發(fā)布時(shí)間：2018-11-07 14:13

【摘要】：重型數(shù)控機(jī)床作為高精尖的國(guó)家戰(zhàn)略性“工作母機(jī)”,肩負(fù)著多個(gè)關(guān)系國(guó)計(jì)民生和國(guó)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(guó)防安全的關(guān)鍵所在。近年來(lái),在《裝備制造業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃》以及《國(guó)家中長(zhǎng)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(guó)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(hào)和整機(jī)指標(biāo)取得突破之后,國(guó)產(chǎn)重型數(shù)控機(jī)床卻暴露出嚴(yán)重的可靠性問(wèn)題:故障頻發(fā)且無(wú)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(píng)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(zhǎng)的重要前提,而精確的可靠性評(píng)估則是對(duì)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(píng)估技術(shù)難以適用。因此,針對(duì)重型數(shù)控機(jī)床的可靠性建模與評(píng)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(duì)重型數(shù)控機(jī)床的可靠性建模與評(píng)估技術(shù)展開研究,主要內(nèi)容和成果如下:(1)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(píng)估方法。針對(duì)重型數(shù)控機(jī)床在壽命周期多因素的影響下,其故障時(shí)間數(shù)據(jù)并非獨(dú)立同分布的問(wèn)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(guò)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(duì)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(wèn)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(píng)估方法,實(shí)現(xiàn)了多模型評(píng)估結(jié)果的綜合以及模型不確定性的量化表征。(2)提出了基于貝葉斯方法和貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的多源層次信息融合評(píng)估方法。針對(duì)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(píng)估帶來(lái)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(lái)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(píng)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(guò)程建模方法,研究了基于貝葉斯方法的性能檢測(cè)數(shù)據(jù)分析和可靠性評(píng)估方法。針對(duì)重型數(shù)控機(jī)床性能演變過(guò)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(guò)程的性能演變過(guò)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(guò)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(guò)程建模問(wèn)題。針對(duì)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(cè)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(cè)和剩余壽命評(píng)估等方法,實(shí)現(xiàn)了主機(jī)廠和用戶廠性能檢測(cè)數(shù)據(jù)的融合分析與可靠性的動(dòng)態(tài)評(píng)估。(4)提出了動(dòng)態(tài)環(huán)境與任務(wù)應(yīng)力下多性能退化過(guò)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(cè)數(shù)據(jù)分析與可靠性評(píng)估方法。針對(duì)重型數(shù)控機(jī)床在使用階段,狀態(tài)監(jiān)測(cè)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(wèn)題,利用Copula函數(shù)、隨機(jī)過(guò)程模型和協(xié)變量建模方法,構(gòu)建了適用于多種退化軌跡形式的考慮動(dòng)態(tài)環(huán)境工作應(yīng)力的多性能退化模型。針對(duì)重型數(shù)控機(jī)床在不完全狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)下,性能退化預(yù)測(cè)、剩余壽命評(píng)估以及結(jié)果不確定性表征的實(shí)際需求,提出了基于貝葉斯方法的多性能退化分析方法,重點(diǎn)研究了模型參數(shù)的兩步估計(jì)法、缺失觀測(cè)點(diǎn)和未來(lái)觀測(cè)點(diǎn)的性能退化預(yù)測(cè)、考慮個(gè)體差異性的剩余壽命評(píng)估等方法,為重型數(shù)控機(jī)床的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和健康管理提供了可靠性建模與評(píng)估技術(shù)的支撐。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG659

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本文編號(hào)：2316607