基于MC和T-S融合的数控刀架多态故障树可靠性分析研究

作     者：吴越 

作者单位：吉林大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈菲

授予年度：2019年

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0802[工学-机械工程] 

主      题：数控刀架 关键子系统 多态故障树分析 蒙特卡罗仿真 T-S模糊理论 

摘      要：数控刀架是数控机床关键功能部件之一,其可靠性水平在数控机床整个服役生命周期中起着至关重要的作用。因此开展数控刀架的可靠性研究,发现数控刀架关键子系统的薄弱环节,对数控刀架的安全运行、预防性维修保养以及数控机床的高效生产都具有重要的理论应用与指导意义。在中国由制造大国向制造强国迈进的时代背景下,国产数控刀架的整体制造水平逐步向进口产品靠拢,而数控刀架的结构复杂度愈来愈高,其零部件的故障模式、故障机理愈来愈多样,传统的故障树分析手段已无法满足现有产品的分析需求,因此本文提出了基于蒙特卡罗(MC)和T-S融合的故障树手段来进行数控刀架的可靠性分析。具体研究工作如下:1.由于数控刀架各子系统对整机的影响程度不同,因此首先对数控刀架的子系统进行筛选,排除对整机影响较小的子系统,基于此本文采用层次分析法与逼近理想解排序法结合的方法建立了数控刀架关键子系统评定模型。为消除评价指标多样带来的分析误差,本文选取与数控刀架故障模式危害分析一致的三项指标作为专家打分的基础,由层次分析法确定评价指标权重值,结合逼近理想解排序法,计算得出数控刀架子系统重要度的排序值,得到数控刀架关键子系统。2.考虑数控刀架的故障树模型复杂,且其故障树的定量、定性分析的过程计算复杂繁琐、且准确率不高,本文基于蒙特卡罗仿真方法建立数控刀架二态故障树模型,通过零部件的模糊故障概率并假设其服从指数分布得到故障树底事件的寿命分布抽样函数,利用MATLAB软件对数控刀架关键子系统二态故障树模型进行仿真运算,得到了系统的可靠度、失效概率分布曲线以及各部件的模式重要度值,初步得到系统处于二态故障状态下的薄弱环节。3.由于传统故障树分析中要求明确系统的故障机理、部件的故障概率以及故障程度,为弥补上述不足,本文将T-S模糊理论引入故障树分析中,建立了数控刀架关键子系统的多态模糊故障树模型。基于T-S模糊门规则以及各部件的模糊故障概率,详细分析了系统处于不同故障程度下的模糊故障概率以及各部件的模糊重要度,得到系统在不同故障程度下的薄弱环节。4.由于通过MC仿真和T-S模糊理论分别可以得到数控刀架关键子系统处于二态和多态状态下的薄弱环节,但是两种算法各有优劣,为了得到更准确的评判结果,因此本文新定义一种融合算法,根据MC仿真得到的数控刀架关键子系统各组成部件的模式重要度值构建新T-S模糊门规则表,在新模糊规则下计算数控刀架不同故障程度的模糊故障概率以及各组成部件的模糊重要度,获得系统在不同故障程度时更为准确的薄弱环节。本文弥补了行业有关数控刀架故障树分析方法理论研究方面的不足,对数控刀架的预防性维修以及预防性大修具有指导性意义。