數(shù)控機(jī)床的可靠性評估與不完全預(yù)防維修及其應(yīng)用.pdf

1、數(shù)控機(jī)床是先進(jìn)制造的基礎(chǔ)裝備，其質(zhì)量通常包含三個指標(biāo)：即性能指標(biāo)、可靠性和維修性指標(biāo)。其中，性能指標(biāo)的實(shí)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(jī)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(jī)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(jī)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(jì)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(shù)；
　　 (3)有關(guān)可靠性評估指標(biāo)的區(qū)間估計(jì)的研究較少或估計(jì)精度過低；
　　 (4)針對數(shù)控機(jī)床的預(yù)防維修模型較少。
　　 針對上述問題，本文做了以下工作：
　　 (1)結(jié)合Nelson-Aalen和TTT圖形檢驗(yàn)方法和統(tǒng)計(jì)分析檢驗(yàn)方法，提出了不同于不可修產(chǎn)品的多臺數(shù)控機(jī)床時間截尾故障數(shù)據(jù)的綜合趨勢檢驗(yàn)方法。為了確

3、保評估模型的可靠性和準(zhǔn)確性，應(yīng)用該方法對數(shù)控機(jī)床進(jìn)行可靠性分析時，需對故障數(shù)據(jù)按步驟分別進(jìn)行趨勢檢驗(yàn)以及更新過程檢驗(yàn)。
　　 (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(fù)如新和修復(fù)如舊的數(shù)控機(jī)床的可靠性評估結(jié)果。當(dāng)數(shù)控機(jī)床故障后修復(fù)如新時，用自助法給出了可靠性模型的參數(shù)估計(jì)，包括點(diǎn)估計(jì)和區(qū)間估計(jì)。計(jì)算結(jié)果顯示自助法較之傳統(tǒng)的回歸法，其所得參數(shù)的估計(jì)區(qū)間、標(biāo)準(zhǔn)差及模型標(biāo)準(zhǔn)殘差均小于后者；當(dāng)數(shù)控機(jī)床故障后修復(fù)如舊時，提出了

4、基于隨機(jī)點(diǎn)過程的多臺NC機(jī)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(diǎn)估計(jì)和區(qū)間估計(jì)，同時也給出了NC機(jī)床的累積平均故障間隔時間和累積故障強(qiáng)度在截尾時間的點(diǎn)估計(jì)和區(qū)間估計(jì)。Akaike信息準(zhǔn)則(AIC)計(jì)算結(jié)果表明，對于故障時間具有某種單調(diào)趨勢的NC機(jī)床可靠性評估，可修系統(tǒng)方法優(yōu)于統(tǒng)計(jì)分布方法。模型通過了趨勢檢驗(yàn)和擬合優(yōu)度檢驗(yàn)。
　　 (3)對于多故障模式和多原因的數(shù)

5、控機(jī)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(jì)難題，該方法以負(fù)對數(shù)似然函數(shù)為優(yōu)化目標(biāo)代替求解復(fù)雜方程組。采用AIC、Bayes信息準(zhǔn)則(BIC)和根均方誤差復(fù)合準(zhǔn)則，優(yōu)選混合模型重?cái)?shù)。通過具體應(yīng)用，給出了NC機(jī)床的可靠性評估結(jié)果。結(jié)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(jī)床可靠性分析。
　　 (4)基于AIC和BIC信息準(zhǔn)則，解決了多臺NC機(jī)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(jī)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(jì)，用Monte Carlo仿真法擴(kuò)大少樣本數(shù)據(jù)的樣本容量，提高了區(qū)間估計(jì)的精度。結(jié)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(jì)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(fù)因子的數(shù)值解法。推導(dǎo)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(yàn)證了所提方法的有效性和正確性。結(jié)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(fù)因子，所以其評估結(jié)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(shí)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(shè)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(yù)防維修的混合模型，該模型綜合考慮了修復(fù)因子和故障率增加因子的影響，并且假設(shè)修復(fù)因子和故障率增加因