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【6h】

机电产品早期故障主动消除技术研究

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目录

1 绪 论

1.1.1 课题研究背景

1.1.2 课题研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 机电产品分解技术研究进展

1.2.2 机电产品故障建模方法研究进展

1.2.3 机电产品故障机理研究进展

1.2.4 面向机电产品早期故障消除的可靠性分配技术研究进展

1.2.5 机电产品可靠性及故障消除技术研究进展

1.2.6 存在的不足及本文的研究思路

1.3.1 课题来源

1.3.2主要研究内容

1.4 论文框架

2 元动作及元动作单元建模技术研究

2.1 引言

2.2.1 元动作及元动作单元的概念

2.2.2 元动作分解技术

2.3 关键元动作及其提取技术

2.3.1 关键元动作

2.3.2 关键元动作提取

2.4 元动作单元的标准化结构建模

2.5 应用

2.5.1 元动作结构化分解实例

2.5.2 关键元动作提取实例

2.5.3 元动作单元标准化结构建模实例

2.6 本章小结

3 机电产品元动作早期故障建模及分析

3.1 引言

3.2 早期故障建模

3.2.1 元动作早期故障定义

3.2.2 元动作早期故障模型建立

3.2.3 整机早期故障建模

3.3.1 早期故障影响分析

3.3.2 早期故障相关性分析

3.4 应用

3.4.1早期故障建模实例

3.4.2 早期故障影响分析实例

3.4.3早期故障关联性分析实例

3.5 本章小结

4 机电产品元动作早期故障机理研究

4.1 引言

4.2 机电产品元动作早期故障机理的分析流程

4.3 元动作早期故障机理分析

4.3.1 元动作早期故障模式

4.3.2 元动作早期故障原因

4.3.3 元动作早期故障机理

4.3.4 元动作早期故障机理建模

4.4 应用

4.4.1 元动作单元理想建模实例

4.4.2 元动作单元故障建模实例

4.4.3 模型求解

4.4.4 仿真及分析

4.5 本章小结

5 面向早期故障主动消除的元动作可靠性分配技术研究

5.1 引言

5.2 元动作可靠性分配技术

5.2.1 分配原则

5.2.2 可靠性分配影响因子及优化目标因子

5.2.3 影响因子和目标因子权重

5.2.4 多目标优化分配模型

5.2.5 可靠度分配规则

5.3 应用

5.3.1 元动作可靠性分配

5.3.2 结果及分析

5.4 本章小结

6 机电产品元动作单元早期故障主动消除体系研究

6.1 引言

6.2 早期故障主动消除体系

6.2.1 FRACAS简介

6.2.2 基于元动作的早期故障主动消除体系的建立

6.3 早期故障主动消除保障机制

6.4 应用

6.4.1 历史故障数据分析

6.4.2 早期故障消除及保障

6.6 本章小结

7 结论与展望

7.1 全文总结

7.2 创新点

7.3 展望

参考文献

附 录

A. 作者在攻读博士学位期间发表的论文

B. 作者在攻读博士学位期间参加的科研项目

C. 学位论文数据集

致 谢

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摘要

针对国产机电产品早期故障频发、固有可靠性低、使用可靠性差等诸多问题,本文以提高机电产品可靠性为目的,提出了一套基于元动作单元的早期故障主动消除方法。对元动作理论和FMA(Function-Motion-Action)分解法进行了系统化扩展,提出了关键元动作的概念,并给出了具体的提取方法,研究了元动作单元的标准化建模技术;对收集到的元动作故障数据进行分析,使用BBIP(Bounded Bathtub Intensity Process)模型来描述机电产品元动作的早期故障发生机理,求出了机电产品元动作的早期故障期,并探究了元动作单元前、后次故障之间的关系;给出元动作早期故障模式、原因和机理的定义,研究了三者之间的关系,以元动作为基础制定了故障模式的定量判据,对关键元动作单元的故障产生机制进行定量的分析;以元动作而非静态的零部件为基础对机电产品进行可靠性分配,并对分配结果进行合理的优化,进而从本质上提高了出厂产品的固有可靠性;以FRACAS(Failure ReportAnalysis and CorrectiveAction System)和元动作单元为基础探究了机电产品的早期故障“归零”消除方法,并制定了相应的故障纠错实施保障体系,降低了其早期故障出现的概率。本文的具体研究内容如下:  ①元动作及元动作单元建模技术研究。给出元动作及元动作单元最新、最规范的定义,根据“整机功能-部件运动-元动作”的思路详细介绍了机电产品由整机功能到元动作的分解方法,制定了详细的FMA分解准则和相应元动作单元的拆分规则;提出关键元动作的概念,并给出了一种基于PDMC(Probability,Detectivity,Maintainability and Maintenance Cost)的关键元动作单元提取方法;给出元动作单元标准化结构建模的定义和分析方法,研究了模型的构建方法。以实例对数控转台进行了FMA分解,得到了实现数控转台运动的所有元动作及其对应的元动作单元,根据提取准则获得了数控转台的关键元动作和关键元动作单元,对关键元动作单元进行分析,得到了其标准化结构模型,为后续基于元动作和元动作单元的早期故障分析打下了基础。  ②机电产品元动作早期故障建模及分析。对机电产品元动作的早期故障进行了定义,给出了元动作故障数据的来源及收集方法,利用TTT(Total Test Time)法对收集到的故障发生时刻而非故障时间间隔进行预处理,利用TTT图对故障数据的趋势进行预判,在对比分析多种备择模型的基础上,选用BBIP法对机电产品元动作的故障发生过程进行描述,探讨了BBIP模型的数学性质,给出了模型参数估计、拟合优度检验和早期故障期拐点的计算方法,给出了元动作早期故障影响分析的瞬时指标和累积指标,并建立了机电产品元动作单元前、后次早期故障之间关联性的分析模型。实例验证了所提方法的适用性和正确性,求得了不同元动作单元各自的早期故障期,分析了早期故障的存在对元动作链整体可靠性产生的影响,探寻了元动作单元前、后次故障间存在的关系。  ③机电产品元动作早期故障机理研究。给出了元动作早期故障模式、早期故障原因和早期故障机理的定义,分析了这三者之间的联系;元动作的故障模式只与动作有关,元动作的故障原因只与元动作单元的结构有关,以元动作和元动作单元为对象的机电产品早期故障机理分析解决了传统故障分析法中故障模式和故障原因定义混乱和分析困难的问题;以动能定理为基础给出了元动作故障模式的定量判断依据,提高了故障模式归类的合理性和准确性;元动作的故障模式种类比传统分析方法的故障模式种类大大减少,减少了故障分析的难度和工作量;利用FEM(Finite Element Method)、运动学和动力学知识提出了一种面向机电产品元动作早期故障的故障机理分析方法;以前文求得的关键元动作单元为对象,在合理简化的基础上建立了其故障机理分析模型,利用Newmark算法对该故障模型进行了求解,定量分析了该元动作单元故障模式的产生机理。  ④面向早期故障主动消除的元动作可靠性分配技术研究。以前文求得的元动作链MAC342为可靠性的分配对象,在大量企业调研和专家评审的基础上,将元动作重要度、危害度、发生度、复杂度、维修度、维修费用和成熟度等作为影响可靠性分配的考虑因素,将产品制造企业所关心的时间、成本和效益作为可靠性分配的优化目标,在考虑可靠性分配影响因子和优化目标因子时引入各自的权重系数,并在建立其各自的模糊判断矩阵和模糊决策矩阵时引入了一种新的专家权重系数计算方法,使得计算结果更加客观。在以上研究的基础上提出了一种新的、基于元动作的机电产品可靠性多目标优化分配方法,对比分析了常用可靠性分配方法与本文所提方法的优劣,结果验证了本文所提方法的合理性和准确性。  ⑤机电产品元动作单元早期故障主动消除体系研究。根据“闭环回路,故障归零”的FRACAS思想,以元动作单元的早期故障为分析对象,制定出一套涵盖机电产品设计、加工、装配和试验等各个阶段的元动作早期故障主动消除体系。为保障该体系在企业内的实施,建立了一套早期故障主动消除保障机制,并明确了产品生产企业内各个部门的任务和职责,为缩短机电产品的早期故障期和减少早期故障的发生提供了可操作性的方法。将所提方法应用到相关的机床制造企业中,验证了其理论的正确性和可行性。

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