加工中心及其功能部件可靠性評估方法研究.pdf

1、隨著高檔數(shù)控機床應用的日益廣泛及重要性的不斷增加，人們對數(shù)控機床質(zhì)量的要求也越來越高。可靠性作為衡量數(shù)控機床質(zhì)量的重要指標，對其進行定量評估和預測已成為人們關(guān)注的焦點。數(shù)控機床可靠性評估在整個機床的方案論證、工程研制、投入生產(chǎn)及交付使用、維護等各個階段都非常重要，可以衡量機床的可用性是否達到了預期的設(shè)計目標，驗證機床可靠性設(shè)計的合理性，指出機床的薄弱環(huán)節(jié)，為改進機床的設(shè)計、制造、工藝及維修優(yōu)化指明方向。因此，數(shù)控機床可靠性評估技術(shù)的研究

2、對于我國機床產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有非常重要的意義。
　　可靠性評估工作必然涉及到可靠性信息的收集與整理，在可靠性試驗數(shù)據(jù)和現(xiàn)場數(shù)據(jù)匱乏的情況下，可以通過擴充樣本量的方法來解決這一問題；或者通過綜合利用其它一些不同來源的相關(guān)可靠性信息來解決這一困難。另一方面，高檔數(shù)控機床裝配過程對可靠性的影響很大，而人們卻總是忽略了裝配過程對于保證機床可靠性的重要性。這些都使得現(xiàn)有的可靠性評估方法在多數(shù)場合已經(jīng)不能滿足工程上的要求。
　　在這樣的背景

3、下，本文結(jié)合國家科技重大專項和國家自然科學基金項目，在總結(jié)國內(nèi)外同行對機械產(chǎn)品可靠性評估方法研究成果的基礎(chǔ)上，以國產(chǎn)某系列臥式加工中心為研究對象，對加工中心及其典型功能部件的可靠性評估方法進行了比較深入的研究。全文的研究工作主要包括：
　　①針對加工中心可靠性評估過程中可靠性數(shù)據(jù)量極少的單一數(shù)據(jù)類型問題，根據(jù)前期收集的小樣本可靠性數(shù)據(jù)應用徑向基函數(shù)（Radial Basis Function, RBF）神經(jīng)網(wǎng)絡進行擬合、擴充，形成

4、與小樣本可靠性數(shù)據(jù)具有相同失效統(tǒng)計規(guī)律的擴充可靠性數(shù)據(jù)。對擴充后的可靠性數(shù)據(jù)應用最小二乘法和K-S檢驗法進行分析，可以確定可靠性數(shù)據(jù)的分布模型。最后以國產(chǎn)某型號臥式加工中心為例，驗證了所提方法的可行性并計算了相關(guān)的可靠性評價指標。
　　②在加工中心復雜系統(tǒng)可靠性評估方面，為了充分挖掘產(chǎn)品多種來源的可靠性信息，提出了基于環(huán)境因子和信息熵綜合法的可靠性評估技術(shù)。首先，將不同時間環(huán)境下的試驗信息融合為工作環(huán)境下的等效試驗信息；接著，將零

5、部件和子系統(tǒng)的工作環(huán)境試驗信息融合為系統(tǒng)的等效試驗信息；最后利用系統(tǒng)的綜合試驗信息進行可靠性評估。用此方法對主軸系統(tǒng)的可靠性進行了評估，經(jīng)工程實踐驗證，效果很好。
　　③針對現(xiàn)有的可靠性評估技術(shù)大多只是涉及到產(chǎn)品的設(shè)計過程，而卻忽略了對數(shù)控機床最終可靠性影響極大的裝配過程可靠性分析及評價技術(shù)的研究。因此，提出一種應用灰色廣義隨機Petri網(wǎng)（Grey Generalized Stochastic Petri Nets, GGSPN

6、）模型進行數(shù)控機床的可靠性建模與評價的方法。首先，通過對裝配過程中各道工步之間的裝配關(guān)系分析，建立起產(chǎn)品裝配過程的GGSPN模型；其次，采用基本隨機Petri網(wǎng)模型及其性能等價公式對GGSPN模型進行簡化；接著，針對裝配過程故障信息的貧信息不確定性問題，在廣義隨機Petri網(wǎng)模型的變遷激發(fā)率中引入了灰數(shù)進行優(yōu)化處理；然后，針對建立的產(chǎn)品裝配過程可靠性模型，求解出用灰數(shù)表示的穩(wěn)態(tài)概率并對其進行白化處理，再通過對產(chǎn)品裝配過程的可靠性分析，提