基于性能參數(shù)的數(shù)控裝備服役可靠性評估方法與應(yīng)用.pdf

1、國產(chǎn)數(shù)控裝備的可靠性是制約數(shù)控裝備行業(yè)發(fā)展的重大共性和關(guān)鍵性工程問題之一。作為一種對數(shù)控裝備可靠性進行定量控制的必要手段，數(shù)控裝備服役可靠性評估的主要任務(wù)是衡量數(shù)控裝備是否達到預(yù)期的設(shè)計目標(biāo)及使用要求，指出數(shù)控裝備運行中的薄弱環(huán)節(jié)，為改進數(shù)控裝備的設(shè)計、制造、工藝與維護等指明方向，從而實現(xiàn)數(shù)控裝備的可靠性增長，保證數(shù)控裝備長期安全可靠運行。本文根據(jù)數(shù)控裝備的固有特征，分別從理論方法、工程應(yīng)用、軟件系統(tǒng)三個層面對數(shù)控裝備服役可靠性評估進行

2、了較為深入系統(tǒng)地研究與探索。 首先，綜述了目前數(shù)控裝備可靠性研究及其相關(guān)領(lǐng)域的理論方法和研究現(xiàn)狀，指出傳統(tǒng)的基于二元狀態(tài)（正常和故障）的可靠性評估研究的諸多缺陷。在此基礎(chǔ)上，定義數(shù)控裝備服役可靠性評估的內(nèi)涵，給出數(shù)控裝備服役可靠性指標(biāo)，提出數(shù)控裝備服役可靠性評估的核心內(nèi)容與方法。構(gòu)建數(shù)控裝備服役可靠性評估的三層結(jié)構(gòu)，并論述數(shù)控裝備的性能狀態(tài)監(jiān)測與加工過程動力學(xué)建模方法。 圍繞著數(shù)控裝備服役可靠性評估的三層結(jié)構(gòu)，開展基于性

3、能參數(shù)的數(shù)控裝備服役可靠性評估研究，具體包括： （1）分析了數(shù)控裝備使用過程中的性能劣化現(xiàn)象，考慮性能狀態(tài)變化特征，提出基于性能狀態(tài)監(jiān)測的數(shù)控裝備性能劣化建模與分析的原理。建立基于非平穩(wěn)ARIMA時間序列法的數(shù)控裝備性能劣化模型，探索數(shù)控裝備的性能劣化時變性規(guī)律。引入離散隱Markov鏈分析多觀測序列下數(shù)控裝備可靠性變動狀況，較好地解決了數(shù)控裝備使用過程中所觀測到的性能特征參數(shù)不能與性能狀態(tài)一一對應(yīng)的問題。在此過程中，采用Llo

4、yd算法實現(xiàn)性能特征參數(shù)的矢量量化，建立性能劣化的狀態(tài)變遷模型及其可靠性變動計算模型，該方法能夠準(zhǔn)確地感知數(shù)控裝備隱狀態(tài)變遷過程，并能推斷數(shù)控裝備完成規(guī)定功能的概率以及處于不同狀態(tài)下的概率。 （2）分析了傳統(tǒng)方法應(yīng)用于數(shù)控裝備服役可靠性評估時的困境，考慮數(shù)控裝備結(jié)構(gòu)特性和加工工藝特征等因素，采用動力學(xué)建模手段，分析數(shù)控裝備處于某一性能狀態(tài)時不同因素對數(shù)控裝備輸出性能的影響，提出小樣本條件下數(shù)控裝備服役可靠性評估的新思路。引入統(tǒng)計

5、學(xué)習(xí)理論（SLT），建立數(shù)控裝備服役可靠性評估模型，并給出相應(yīng)的模型選擇算法和模型求解算法，得到數(shù)控裝備在某一性能狀態(tài)下的概率型可靠性指標(biāo)。在此基礎(chǔ)上，將Bootstrap與SLT相結(jié)合進行可靠性置信區(qū)間估算，并對評估結(jié)果進行可靠性敏感度和重要度分析，以發(fā)現(xiàn)影響服役可靠性的最敏感因素以及不同單元對系統(tǒng)服役可靠性影響的重要度順序等。該方法較好地解決了小樣本條件下數(shù)控裝備服役可靠性評估中非線性、評估準(zhǔn)確度低等問題，提高了數(shù)控裝備服役可靠性評

6、估模型的穩(wěn)健性和準(zhǔn)確性。 （3）以數(shù)控DM4600型立式銑床為研究對象，通過結(jié)構(gòu)綜合動剛度實驗和銑削力實驗，得到相應(yīng)的動力學(xué)模型參數(shù)和銑削力模型參數(shù)，建立該裝備的銑削加工過程非線性動力學(xué)模型，并進行實驗校驗。在此基礎(chǔ)上，采用仿真手段分析數(shù)控裝備機械結(jié)構(gòu)與工藝系統(tǒng)的動態(tài)特性對數(shù)控裝備銑削加工輸出性能的影響，進而對數(shù)控裝備在一個加工周期內(nèi)的服役可靠性進行了評估。 （4）自主設(shè)計與開發(fā)了數(shù)控裝備可靠性建模與評估（MRME）原型