重型數(shù)控機(jī)床可靠性建模與評估技術(shù)研究.pdf

1、重型數(shù)控機(jī)床作為高精尖的國家戰(zhàn)略性“工作母機(jī)”，肩負(fù)著多個(gè)關(guān)系國計(jì)民生和國防安全的關(guān)鍵產(chǎn)品和零部件的加工制造，其技術(shù)水平和可靠性的高低已成為影響制造業(yè)和國防安全的關(guān)鍵所在。近年來，在《裝備制造業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃》以及《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020年)》等規(guī)劃的專項(xiàng)支持下，我國重型數(shù)控機(jī)床取得了“從小到大”的突破，填補(bǔ)了多個(gè)重點(diǎn)工業(yè)領(lǐng)域制造裝備的空白。然而在機(jī)床型號和整機(jī)指標(biāo)取得突破之后，國產(chǎn)重型數(shù)控機(jī)床卻暴露出嚴(yán)重

2、的可靠性問題：故障頻發(fā)且無法追溯、性能波動(dòng)且難以控制、維護(hù)成本高昂等。因此，迫切需要開展重型數(shù)控機(jī)床可靠性關(guān)鍵技術(shù)的研究，并著實(shí)構(gòu)建重型數(shù)控機(jī)床壽命周期的可靠性技術(shù)體系。
　　重型數(shù)控機(jī)床可靠性建模與評估技術(shù)是關(guān)鍵的可靠性基礎(chǔ)共性技術(shù)，正確的可靠性建模是開展可靠性設(shè)計(jì)、可靠性試驗(yàn)和可靠性增長的重要前提，而精確的可靠性評估則是對機(jī)床進(jìn)行定量控制、研制考核和健康管理的關(guān)鍵手段。重型數(shù)控機(jī)床由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、制造裝配、任務(wù)工況、使用維護(hù)等方

3、面均有別于傳統(tǒng)中小型數(shù)控機(jī)床，使得現(xiàn)有的可靠性建模與評估技術(shù)難以適用。因此，針對重型數(shù)控機(jī)床的可靠性建模與評估技術(shù)，已成為首當(dāng)其沖的研究要點(diǎn)和亟待解決的應(yīng)用難點(diǎn)。本論文在“高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”科技重大專項(xiàng)課題的驅(qū)動(dòng)下，針對重型數(shù)控機(jī)床的可靠性建模與評估技術(shù)展開研究，主要內(nèi)容和成果如下：
　?。?）提出了考慮維修程度、故障關(guān)聯(lián)程度和模型不確定性的故障時(shí)間數(shù)據(jù)建模與系統(tǒng)可靠性評估方法。針對重型數(shù)控機(jī)床在壽命周期多因素的影響下，

4、其故障時(shí)間數(shù)據(jù)并非獨(dú)立同分布的問題，系統(tǒng)地研究了完好維修、最小維修和非完好維修下故障時(shí)間數(shù)據(jù)建模的方法。通過提出故障關(guān)聯(lián)因子模型，并將其引入到故障時(shí)間數(shù)據(jù)模型中，形成了同時(shí)計(jì)及維修程度和故障關(guān)聯(lián)程度的故障時(shí)間數(shù)據(jù)建模方法。針對重型數(shù)控機(jī)床故障時(shí)間數(shù)據(jù)難以采用單一模型建模分析的問題，提出了基于貝葉斯模型綜合方法的故障時(shí)間數(shù)據(jù)分析和可靠性評估方法，實(shí)現(xiàn)了多模型評估結(jié)果的綜合以及模型不確定性的量化表征。
　?。?）提出了基于貝葉斯方法和

5、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的多源層次信息融合評估方法。針對重型數(shù)控機(jī)床多源層次信息集中，信息的多樣性、數(shù)據(jù)的覆蓋性以及信息的主客觀共存性等給可靠性建模與評估帶來的挑戰(zhàn)，提出了系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)和層次多類型數(shù)據(jù)的可靠性建模方法，為多源層次信息的建模融合提供了基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了混合貝葉斯方法和貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型的多源層次信息融合框架，在此框架下突破了基于貝葉斯方法的獨(dú)立來源層次客觀數(shù)據(jù)的融合方法、基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的層次覆蓋數(shù)據(jù)的融合方法、基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的層次主客觀

6、信息的融合方法，為重型數(shù)控機(jī)床基于多源層次信息集的可靠性建模與評估提供了系統(tǒng)的解決方案。
　　（3）提出了軌跡形式多樣化的性能演變過程建模方法，研究了基于貝葉斯方法的性能檢測數(shù)據(jù)分析和可靠性評估方法。針對重型數(shù)控機(jī)床性能演變過程中，軌跡形式的多樣性和個(gè)體之間的差異性，借助于性能退化建模的研究思路，研究了基于隨機(jī)過程的性能演變過程建模方法。提出了性能演變速率模型并將其引入到逆高斯過程模型中，解決了軌跡多樣性和個(gè)體差異性的性能演變過程

7、建模問題。針對重型數(shù)控機(jī)床驗(yàn)證交付時(shí)，主機(jī)廠和用戶廠性能檢測數(shù)據(jù)協(xié)同分析的需求，提出了基于貝葉斯方法的模型參數(shù)估計(jì)、性能演變預(yù)測和剩余壽命評估等方法，實(shí)現(xiàn)了主機(jī)廠和用戶廠性能檢測數(shù)據(jù)的融合分析與可靠性的動(dòng)態(tài)評估。
　?。?）提出了動(dòng)態(tài)環(huán)境與任務(wù)應(yīng)力下多性能退化過程的建模方法，研究了基于貝葉斯方法的不完全狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析與可靠性評估方法。針對重型數(shù)控機(jī)床在使用階段，狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)所呈現(xiàn)的性能指標(biāo)的多樣、環(huán)境工作應(yīng)力的多變等問題，利用C