機械可靠性維修性優(yōu)化設計方法及其在工程機械中的應用.pdf

1、產品可靠性維修性是產品固有屬性，二者共同作用決定了產品的可用性。產品可靠性維修性在設計時即已經賦予，并通過制造、使用、維護來保證?？煽啃跃S修性設計方法研究主要集中在軍工、電氣電子、發(fā)電站等領域。而隨著工程機械在國民經濟發(fā)展中地位日益提高，對工程機械可靠性維修性要求也越來越高，國內工程機械產品與國外同類產品相比，甚至與國內其它行業(yè)產品相比還相差很遠。針對國內工程機械產品可靠性維修性較低的現(xiàn)狀，在重點研究機械產品可靠性維修性設計方法的同時，

2、對研究成果在工程機械設計中的應用進行了研究。 通過對產品全生命周期費用與產品可靠性維修性之間關系的研究，提出基于可靠性維修性綜合優(yōu)化設計方法。首先，對產品生命周期費用的組成進行了分析研究，給出了生命周期各項費用與可靠性之間的函數(shù)關系，結果表明，產品成本隨可靠度的提高而提高，當產品失效時造成的直接損失和間接損失也隨成本的增加而提高，通過對各項費用之間關系的研究，以及產品可靠性維修性對產品使用性能的作用，提出了基于全生命周期投資．效

3、益準則可靠性維修性綜合優(yōu)化設計方法，建立了可靠性維修性綜合優(yōu)化分配模型，通過該優(yōu)化模型，可以確定最優(yōu)的可靠度和維修度。 對適合產品不同設計階段的可靠性維修性具體分配方法進行了研究，為可靠性維修性設計目標的制定提供了依據(jù)。 可靠性維修性分配是進行產品可靠性維修性開發(fā)過程中的一個重要工作，目的是將優(yōu)化確定的系統(tǒng)的可靠性維修性總指標，轉換為每一個分系統(tǒng)的可靠性維修性指標，用以指導分系統(tǒng)的開發(fā)。在進行分配方法研究之前，首先對工程

4、機械的可靠性定性、定量指標和維修性定性、定量指標進行了研究，在此基礎上對分配方法開展了研究。 提出了模糊層次分析法進行可靠度分配，層次分析法是進行模糊決策的有效方法，將模糊數(shù)學與層次分析相結合，形成了模糊層次分析方法，主要用來分析模糊決策問題。而可靠性分配模糊性較強，因此，將模糊三角數(shù)應用到可靠度分配中的專家評判中，體現(xiàn)了專家評判的模糊性，通過建立層次結構模型和模糊評判矩陣，采用概率方法計算權重，最終以裝載機車橋為例進行可靠性分

5、配驗證，結果表明該方法是有效的。該分配方法適合于對產品進行創(chuàng)新設計時的可靠性分配，主要體現(xiàn)專家的設計意圖。比例組合進行可靠度分配適用于產品的再設計，主要目的對舊的產品進行可靠性提高，基于以上兩種方法提出了復合法進行可靠性分配，該方法將以上兩種方法按權重復合，擁有以上兩種方法的優(yōu)點，面向產品的全生命周期。對維修性分配方法進行了研究，對適合產品創(chuàng)新設計加權因子分配法進行了研究，提出了適合工程機械的加權因子分配模型，確定了因子的組成和權重，加

6、權因子越大，維修性越差。從全生命周期費用角度出發(fā)，提出了維修費用最少的維修度分配方法，通過對維修費用與單元維修性的關系研究，建立了優(yōu)化分配模型，提出目標函數(shù)和約束條件，采用外點懲罰函數(shù)法，將約束條件和目標函數(shù)構造新懲罰函數(shù)，從而將約束優(yōu)化問題轉化為無約束優(yōu)化問題求解。 建立了適合工程機械構件壽命預估的疲勞失效和磨損失效的壽命計算模型，通過該模型可以方便的進行壽命估計。 通過分析工程機械的主要失效形式，研究其失效機理，以裝

7、載機工作裝置為例，進行了工作裝置各主要構件主要失效形式的確定，最終得出工作裝置各構件的主要失效形式為疲勞失效和磨損失效。 針對疲勞失效，建立了構件疲勞壽命計算模型。通過多體動力學軟件ADAMS建立了裝載機工作裝置虛擬樣機模型，運用該模型進行載荷的計算，確定載荷的大小和作用方向，將得到的載荷結果加載到結構有限元模型上，通過有限元分析得到構件隨時間變化的應力結果，結果表明該隨機應力并不是標準的分布，傳統(tǒng)的疲勞理論并不適合，由此建立了

8、等效疲勞累積方法，進行構件疲勞壽命預估。 針對磨損失效，建立了基于磨損量的磨損壽命計算模型?；诮⒌匿N軸磨損模型，分別通過ADAMS軟件進行了磨損行程和銷軸最大受力的計算，然后建立了接觸壓力計算模型，根據(jù)此模型，進行了磨損強度的確定，從而根據(jù)磨損壽命計算模型，估計出基于磨損量的使用壽命。 提出了工程機械維修性評估模型。通過研究國家軍用標準和美軍軍用標準，分析了影響工程機械維修性的組成因素，確定了各因素對維修性的影響權重

9、。重點進行了維修單元拆卸性評定，建立了拆卸順序生成模型，由此模型生成了零部件的拆卸順序，并計算出拆卸時間，得到拆卸效率，最終根據(jù)影響維修性的各因素及權重，得到構件的維修性度量。通過對可靠性維修性定義的研究，提出了可靠度維修度計算模型，運用該模型可以準確計算產品的使用可靠度和維修度。 提出并建立了工程機械數(shù)據(jù)流通網絡，通過該網絡，可以收集到完整的產品可靠性維修性數(shù)據(jù)，基于完整的可靠性維修性數(shù)據(jù)，采用優(yōu)度擬合法和似然比較法，進行數(shù)據(jù)

10、分布的確定，為可靠度維修度的計算，奠定了基礎。 由可靠度定義，根據(jù)不同的分布，給出了相應的可靠度計算模型。根據(jù)維修度的全概率定義，研究出故障服從威布爾分布和正態(tài)分布的維修度計算模型，得出該兩種故障分布形式的產品維修度不僅與維修時間有關，還與產品工作時間有關。 為保證產品的使用可靠性達到設計目標，對工程機械的修復策略進行了研究，建立了以產品利潤為準則的各故障時期分界點的劃分模型，由此模型可以清楚地求出各時期的分界點，從而針

11、對不同故障時期確定維修策略，提出了預防維修策略中最佳維修周期優(yōu)化模型，為理想預防維修周期的確定提供理論依據(jù)。 進行了工程機械可靠性維修性綜合優(yōu)化設計系統(tǒng)的總體框架研究，制定了系統(tǒng)設計結構和組成模塊，并研究了各模塊功能。依據(jù)可靠度、維修度綜合優(yōu)化分配理論和方法開發(fā)了綜合優(yōu)化模塊，該模塊主要完成可靠性、維修性優(yōu)化問題。 針對工程機械中典型零件的壽命預估理論和方法，開發(fā)了以構件結構尺寸為依據(jù)的可靠度和維修度分析模塊，完成產品或

12、零部件的可靠性、維修性預測功能。 建立了可靠性、維修性數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析模塊，開發(fā)了數(shù)據(jù)分布分析算法，為后續(xù)的實際可靠性、維修性測算奠定了基礎。根據(jù)統(tǒng)計的產品實際可靠性、維修性數(shù)據(jù)，開發(fā)了使用可靠性、維修性估算模塊，可靠性估算能夠進行構件疲勞壽命和磨損壽命的估算，結果表示產品的實際可靠性和維修性水平。整個設計系統(tǒng)中信息、數(shù)據(jù)多而復雜，通過研究開發(fā)的信息管理模塊，實現(xiàn)了對設計系統(tǒng)信息綜合管理。 本課題由企業(yè)博士后科研工作站項目：