數(shù)控機床的可靠性評估與不完全預防維修及其應用.pdf

1、數(shù)控機床是先進制造的基礎裝備，其質(zhì)量通常包含三個指標：即性能指標、可靠性和維修性指標。其中，性能指標的實現(xiàn)，很大程度上有賴于可靠性和維修性的保障。因此，研究數(shù)控機床的可靠性和維修性對于提高其質(zhì)量具有重要意義。
　　 目前在數(shù)控機床可靠性和維修性分析中存在的問題，主要有以下幾個方面：
　　 (1)現(xiàn)有的大多數(shù)數(shù)控機床可靠性評估模型過多的依賴甚至濫用不可修產(chǎn)品的統(tǒng)計分布模型；
　　 (2)缺少針對多故障原因和多故障模

2、式，特別是在使用環(huán)境、保養(yǎng)方式、操作水平、維修水平及首次使用時間各異的情況下的可靠性評估技術；
　　 (3)有關可靠性評估指標的區(qū)間估計的研究較少或估計精度過低；
　　 (4)針對數(shù)控機床的預防維修模型較少。
　　 針對上述問題，本文做了以下工作：
　　 (1)結合Nelson-Aalen和TTT圖形檢驗方法和統(tǒng)計分析檢驗方法，提出了不同于不可修產(chǎn)品的多臺數(shù)控機床時間截尾故障數(shù)據(jù)的綜合趨勢檢驗方法。為了確

3、保評估模型的可靠性和準確性，應用該方法對數(shù)控機床進行可靠性分析時，需對故障數(shù)據(jù)按步驟分別進行趨勢檢驗以及更新過程檢驗。
　　 (2)用自助法和非齊次泊松過程方法分別給出了故障后修復如新和修復如舊的數(shù)控機床的可靠性評估結果。當數(shù)控機床故障后修復如新時，用自助法給出了可靠性模型的參數(shù)估計，包括點估計和區(qū)間估計。計算結果顯示自助法較之傳統(tǒng)的回歸法，其所得參數(shù)的估計區(qū)間、標準差及模型標準殘差均小于后者；當數(shù)控機床故障后修復如舊時，提出了

4、基于隨機點過程的多臺NC機床時間截尾的可靠性評估的可修系統(tǒng)方法，建立了故障時間的冪律模型。用Fisher信息矩陣法給出了模型參數(shù)的點估計和區(qū)間估計，同時也給出了NC機床的累積平均故障間隔時間和累積故障強度在截尾時間的點估計和區(qū)間估計。Akaike信息準則(AIC)計算結果表明，對于故障時間具有某種單調(diào)趨勢的NC機床可靠性評估，可修系統(tǒng)方法優(yōu)于統(tǒng)計分布方法。模型通過了趨勢檢驗和擬合優(yōu)度檢驗。
　　 (3)對于多故障模式和多原因的數(shù)

5、控機床可靠性分析，提出了3-參數(shù)Weibull多重混合模型。用非線性規(guī)劃方法解決了混合模型的參數(shù)估計難題，該方法以負對數(shù)似然函數(shù)為優(yōu)化目標代替求解復雜方程組。采用AIC、Bayes信息準則(BIC)和根均方誤差復合準則，優(yōu)選混合模型重數(shù)。通過具體應用，給出了NC機床的可靠性評估結果。結果顯示該模型優(yōu)于單一模型，適合于多故障模式和多原因的數(shù)控機床可靠性分析。
　　 (4)基于AIC和BIC信息準則，解決了多臺NC機床可靠性評估模型

6、和評估方法的選擇問題。用Fisher信息矩陣法給出了模型參數(shù)和機床平均壽命的可靠度及給定可靠度的工作保證時間的區(qū)間估計，用Monte Carlo仿真法擴大少樣本數(shù)據(jù)的樣本容量，提高了區(qū)間估計的精度。結果顯示，平均壽命的可靠度及可靠度為90％時的工作保證時間的區(qū)間估計長度分別減少了93％、95％。
　　 (5)給出了Kijima型廣義更新過程不完全維修恢復因子的數(shù)值解法。推導了Kijima型廣義更新過程故障時間的抽樣公式，用Mon

7、te Carlo方法驗證了所提方法的有效性和正確性。結果表明，在可修系統(tǒng)可靠性分析中，廣義更新過程模型因考慮了系統(tǒng)的恢復因子，所以其評估結果較普通更新過程模型和冪律非齊次泊松過程模型更接近真實的維修環(huán)境，后兩者只是廣義更新過程模型的特殊情況。
　　 (6)對處于磨損階段的設備，在考慮可靠度的情況下，提出了系統(tǒng)任意維修質(zhì)量的不完全順序預防維修的混合模型，該模型綜合考慮了修復因子和故障率增加因子的影響，并且假設修復因子和故障率增加因