可重构制造系统多态可靠性建模与分析

针对利用传统方法建立多状态系统可靠性模型引起的组合爆炸问题,提出一种基于随机过程方法和改进的通用产生函数法(Universal generating function,UGF)的含中间缓冲区的可重构制造系统(Reconfigurable manufacturing system,RMS)多态可靠性建模方法。利用随机过程方法建立存在非相邻状态转移的可重构机床(Reconfigurable machine tool,RMT)的马尔科夫模型,求解机床各理论稳态概率;定义中间缓冲区状态,并通过分析中间缓冲区对机床可用度的影响,得到中间缓冲区可用度和机床各状态的实际稳态概率;结合RMS和RMT性能多态性的特点,对UGF进行改进。在此基础上,表示设备层和系统层的发生函数,建立多零件族可修RMS的多态可靠性模型,并对系统的各项性能指标进行分析。以双零件族四工序非串行缸盖机加工系统为例,验证该模型与分析方法的有效性。     

基于状态熵的多态制造系统可靠性分析

针对制造系统的状态多样性和传统可靠性分析问题的条件约束,研究了一种基于状态熵的多态制造系统可靠性分析方法。采用从元件到子系统、从子系统到系统的层级划分方法对多态制造系统进行性能分析,在信息熵理论的基础上建立了多态制造系统状态熵数学模型,提出通用发生函数与最大熵原理相结合的多态制造系统可靠性分析方法,给出了求解最大熵概率密度函数的步骤。通过勒让德转换和牛顿切线法,得出最大熵概率密度函数中的拉格朗日乘子并求出系统的可靠度,对多态制造系统的可靠性进行了探讨。结合实例分析,并与传统的可靠性分析方法做比较,验证了所建模型的合理性和所用方法的有效性。     

基于状态熵的制造系统结构复杂性建模与评价

针对现有结构复杂性建模方法存在的不足,在考虑中间缓冲区状态对制造系统状态影响的基础上,提出一种基于通用发生函数法和信息熵理论的非串行制造系统结构复杂性建模与评价方法,从系统角度对制造系统的复杂性进行测度。通过建立中间缓冲区的状态转移方程,定义缓冲区的状态,分析中间缓冲区状态对非串行制造系统各工位加工设备状态的影响,将原制造系统转化为等效系统;利用通用发生函数法描述各等效加工设备的性能及其发生概率,并将制造系统分解成若干并联和串联子系统,引入并联和串联复合算子求解整个系统的发生函数,得到系统的状态空间及其对应的概率空间;从系统角度出发,利用信息论中的信息熵模型建立非串行制造系统的结构复杂性模型。以某车间的非串行缸盖柔性加工线为例,验证该模型与评价方法的有效性。     

基于脆性理论的多状态制造系统可靠性分析

针对传统制造系统可靠性分析方法的不足,将复杂系统脆性理论与多状态制造系统理论相结合,提出一种基于脆性理论的多状态制造系统可靠性分析方法。研究了制造系统多态性的产生机理与脆性激发机理,从加工过程、人员、环境三个方面构建了脆性激发因素集以及三方面因素之间的相互耦合关系,并给出各脆性激发因素风险度、耦合度与脆性度的量化方法;引入状态空间模型,描述了脆性效应作用下多状态制造系统的状态演变过程,在此基础上建立多状态制造系统的状态演变模型;提出一种考虑脆性效应的改进通用生成函数法,分别定义了多状态制造系统及其设备单元的生成函数,对多状态制造系统的工作性能状态与实际稳态可靠度等指标进行了分析。以国内某制造企业的双缸体零件族制造系统为例,证明了所提方法的可用性与有效性。     

灰色理论在核电轮槽铣床可靠性分析中的应用

针对核电数控轮槽铣床可靠性数据样本量复杂、传统可靠性分析方法无法准确预测机床的可靠性,采用灰色理论对核电数控轮槽铣床进行可靠性分析。建立灰色理论可靠性模型,确定机床各子系统可靠度及对应的平均无故障时间与系统可靠度之间的关系,建立模型的理论输出与实际系统可靠性灰色综合相关度,确定核电数控轮槽铣床整体的可靠性,为系统可靠性分析和系统维修决策的研究提出了新的思维路径,具有较好的应用前景。     

精密数控车床电主轴-轴承-转子系统动态性能计算分析

建立了SH-32精密车床电主轴—轴承—转子系统的三维物理模型,考虑组合方式对轴承刚度的影响,采用数值计算结合有限元分析方法,分析了电主轴-转子系统自由状态以及约束状态时的模态,研究了不同支撑刚度组合以及主轴结构对系统动态性能的影响。为精密机床与电主轴的相关设计提供理论及有限元基础。     

基于制造组合状态跃迁的制造系统建模方法

针对制造资源状态的时变性,以及制造资源状态、制造资源组合状态、任务状态之间存在非线性关系的问题,提出一种基于制造组合状态跃迁的制造系统建模方法。该方法通过建立制造资源在时序上与组合逻辑上的多层状态拓扑结构,定义了不同层次状态之间的跃迁函数,形成了制造组合状态之间的跃迁机制,实现了对制造系统内不同状态之间的非线性关系描述。以关联制造系统不同层次状态的制造组合状态跃迁为基础,建立了从制造资源个体状态、组合状态及任务状态的自动机模型,最终实现了制造系统建模。最后,利用所建的自动机模型对两个卫星箱体混线生产过程进行描述,验证了所提建模方法的有效性。     

数控机床可靠性评价体系探究

在分析数控机床关键故障部位、早期故障原因、性能要求的基础上,从系统、寿命周期及评价要素这3个维度,建立了可靠性评价体系的三维模型。以某型数控落地铣镗床为研究对象,通过对售后维修数据的分析确定了该机床发生故障较多的子系统,通过早期故障原因分析确定了该机床寿命周期各阶段的可靠性工作重心,进而结合该机床的性能要求建立了其可靠性评价体系。     

神经网络法在核电数控轮槽铣床可靠性分析中的应用

针对核电数控轮槽铣床可靠性数据样本量复杂,传统可靠性分析方法无法进行可靠性分析或分析误差较大等问题,采用神经网络对核电数控轮槽铣床进行可靠性分析,通过建立神经网络可靠性模型,可以准确的确定各子系统可靠度及对应的平均无故障时间与系统可靠度之间的关系,将训练结果与实际结果相比最大误差仅为0.089,可见神经网络大幅度提高了机床的可靠度分析精度。为系统可靠性分析和系统维修决策的研究提出了新的思维路径,具有很好的应用前景。     

基于随机Petri网的复杂机械设备可用度分析方法研究

设备的可用度是衡量设备运行过程中随机故障的主要指标,提高其可用度是设备优化运行过程中极为重要的一环。通过分析不同维修策略下设备状态的演变规律,研究不同状态之间的时间依赖关系,建立基于随机Petri网的复杂设备可用度模型。模型着重描述设备运行过程中的劣化状态以及不同维修策略对运行过程的影响。在此模型的基础上,根据设备不同维修策略分析模型的可达图,构造同构的马尔可夫链模型,求解模型不同状态下的各个稳态概率,计算不同维修策略下的设备可用度。通过可用度的求解可得到较优的设备维修策略,从设备预防性维修效率和故障维修效率因子出发,定量分析这两个因子对设备可用度以及设备维修费用的影响,并给出趋势图。以一个实例说明该模型及分析方法的有效性。     

基于拉普拉斯特征马氏距离的滚珠丝杠健康评估

滚珠丝杠的性能是影响数控机床加工精度的重要因素之一。提出一种机床滚珠丝杠的性能衰退及健康状态的评估方法,该方法结合拉普拉斯特征降维与马氏距离分析模型,建立不同健康状态下传感器信号样本点在特征空间中与健康值的非线性映射关系,从而得到滚珠丝杠性能衰退程度的量化评估。通过不同健康状态的滚珠丝杠性能试验,将该方法应用于滚珠丝杠的驱动电动机速度和转矩信号,通过对传感器信号的内蕴流形及其不同健康状态下的采样特征点在内蕴特征空间中分布相关性分析,以得到量化的性能评估结果。与常见方法所得结果相比,该模型能准确地反映滚珠丝杠的性能衰退趋势,鲁棒性更好。该方法可采用数控机床自带的传感器,无须改动机床整体结构,不影响其动态加工性能,可广泛应用于工业数控机床滚珠丝杠的在线实时健康状态评估。     

基于可靠性的消防车成组维修优化模型

针对目前消防车维修任务重以及维修费用高等问题,考虑复杂系统维修过程中各子系统之间的经济相关性,以系统可靠性为约束,以整体维修费用最小为目标,建立复杂系统维修优化模型。以消防车制动系统为例进行优化分析,获得制动系统维修周期与维修费用的关系,并计算了一定可靠度下各子系统维修任务间隔。该方法可为制定复杂系统维修策略提供一定的指导。     

机床—主轴耦合系统动力学建模与模型修正

复杂精密零件的加工对机床装备的性能不断提出新的挑战。为了保证零件加工精度,有必要在设计阶段对机床整机的动态特性进行精确预测和评估。以机床主轴系统为研究对象,介绍一种机床—主轴系统耦合动力学模型,并指出该模型中存在结合面动态特性参数的辨识问题。为了修正该耦合模型,提出一种基于频率响应函数的有限元模型修正技术。采用包含平动自由度(Degree of freedom,DOF),转动DOF以及平动与转动耦合DOF的刚度矩阵来描述结合面的动态特性,通过测量结合面处的动态响应数据,辨识出高速主轴与机床之间结合面的刚度参数,从而达到模型修正的目的。试验结果表明,修正后的机床—主轴耦合模型反映出了机床结构对主轴动态特性的影响,能较好地预测主轴安装到机床上以后的动态特性,从而为高性能机床的数字化设计与制造提供理论依据。     

基于性能退化和通用发生函数的在轨空间机构系统多状态可靠性分析

在轨空间机构在服役期间,其性能参数往往会因为耗损性机理(如磨损)发生退化,是具有多性能参数输出的多状态系统。因此,基于"两态性"假设的传统可靠性分析方法并不能准确的分析在轨空间机构的多状态可靠性。针对此问题,提出了性能退化和通用生成函数(Universal generating function,UGF)相结合的系统多状态可靠性分析方法。建立了性能参数分布矢量模型,在此基础上利用UGF建立了多性能参数退化下的在轨空间机构系统多状态可靠性模型。分别给出了已知退化机理模型和未知退化机理模型两种情况下的状态概率计算方法,并提出了多性能参数退化下的系统可靠度分析方法。结合双轴驱动机构系统的实例分析,验证了所提方法的有效性,具有工程应用的指导意义。     

基于脆弱性的制造设备故障智能诊断与维护

制造设备故障智能诊断与维护是保障制造系统安全运行的重要手段。为准确地诊断制造设备的健康状态、识别设备故障的关键因素,建立高效的健康维护系统,提出了基于脆弱性的设备故障智能诊断与维护方法。该方法将考虑脆弱性的设备故障智能诊断与维修决策模块嵌入到设备的过程控制系统（Process control system,PCS）中,它基于系统脆弱性的定义和性能劣化理论建立了设备脆弱性评估模型实时判断设备的脆弱状态,利用非线性核映射方法实时监测制造设备的运行参数是否超出预设边界,建立设备参数的高斯核函数模型准确识别故障的关键因素,将设备的脆弱性状态与维护模式相结合建立维修决策模型避免维修过度和维修不足。以某机器人的伺服系统为例,证实了所提方法能有效提高故障诊断效率、智能化诊断故障因素,优化设备维修决策。     

基于矩母函数的工作流网性能分析方法

现有的基于Petri网工作流性能分析方法对模型中活动的时间分布函数有较多限制,求解过程也较为复杂.为此,通过引入矩母函数,并结合Petri网可达图分析方法,将活动服从任意分布的工作流模型同构于可达图,在进一步消减可达图突发状态的基础上,用传递函数替代整个网络的矩母函数.最后,根据矩母函数的特征,结合实例分析了工作流网的系统件能,验证了该方法用于分析工作流模型的时间性能和资源利用率的可行性.     

“数控机床可靠性技术”专题(二十四) 可靠性工程之环境因素分析与控制

机床从设计到制造出来最后投入用户使用,都处于一定的环境中,环境的变化会直接或间接的影响到机床的可靠性,但目前机床制造企业仍然对环境因素与产品质量和可靠性之间的关系缺乏系统的认识。本文从机床的整个寿命周期出发对环境因素与可靠性的关系进行了系统的分析,建立了机床环境影响因素的评价体系,详细分析了各个因素对机床可靠性的影响,论述了机床环境因素的评价方法和控制技术,最后结合一些工程实例说明了机床寿命周期环境因素分析和控制的重要性。     

基于扩展随机Petri网的可重组制造系统建模与分析方法

可重组制造系统(Reconfigurable manufacturing system,RMS)可根据市场变化进行组态调整和组元升级,系统的建模与分析方法必须能适应上述特点。提出基于扩展随机Petri网(Extended stochastic Petri nets,ESPN)的模块化建模方法,将RMS不同的加工资源对应于相应的ESPN基本模块,并通过过渡变迁合成ESPN模型,该模型能适应任意分布的制造系统,可更加精确地反映生产过程。在此基础上采用基于行为表达式的分析方法,得到系统性能指标,该分析方法可不必画出可达图而直接得到系统性能关系函数,使分析过程更加直观、简洁。可重组电动机生产线的实例证明了该建模与分析方法的有效性。     

具有随机机器故障的制造过程建模与性能分析

为研究机器故障和维修活动对制造过程性能的影响,提出一种基于广义随机Petri网的制造过程建模与性能分析方法.分析了随机机器故障特征;定义了两种故障发现模式和两种中断作业处理策略;给出具有随机机器故障的制造过程的不同模型方法;通过对模型结构特征的分析,证明了其有效性.针对不同策略和参数设置进行了性能仿真.分别以平均产量和平均过程流时间等性能指标,分析了单个工作站的性能;采用平均产量,分析了具有两个工作站的流水线的性能.仿真结果表明,故障率、平均维修时间、缓存数量配置、维修工人数量、故障发现模式和中断作业处理策略是影响具有随机机器故障的制造过程性能的主要因素.     

基于元动作链理论的数控机床故障分析

利用所提出的元动作链方法建立宏观系统可靠度变化与微观元动作运行失效原因之间的联系,对数控机床运行过程中的运行故障进行了分析。以蜗轮齿面磨损失效为例,分析了微观失效原因与故障发生概率的联系,并综合所得到的故障底事件发生概率曲线,融合成系统可靠性曲线,从而实现系统结构信息、系统运行信息、微观失效原因信息、宏观可靠性模型的高度集成。算例表明,所提出的元动作链模型能够对机床的状态变换进行准确描述,有助于精确分析机电系统所有的故障模式,消除了传统可靠性建模过程中的不确定性。