考虑不完全维修的加工中心刀库可靠性增长模型研究

作     者：李果果 

作者单位：吉林大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李国发

授予年度：2023年

学科分类：07[理学] 08[工学] 080202[工学-机械电子工程] 0802[工学-机械工程] 0701[理学-数学] 

主      题：Duane模型 不完全维修 模型修正 可靠性改进设计 软件系统设计 

摘      要：加工中心是现代机械制造业的重要装备,是国家制造业发展水平的代表。随着市场需求的增长和科技的飞速发展,加工中心的自动化程度、精确度、效率、速度以及可靠性都在不断提升。作为加工中心的标志性关键功能部件,刀库及机械手自动换刀系统(以下简称刀库系统/刀库)具有故障率高、维修困难等特点,提高其可靠性水平是实现加工中心整机可靠性水平有效增长的重要途径。可靠性增长改进设计是提高产品可靠性的关键技术。通过建立可靠性增长模型,制定合理精确的可靠性目标和可靠性增长改进设计方案,使某些故障不再发生,提高刀库系统可靠性。通过对改进设计后的刀库系统进行可靠性计算,还可以及时调整增长目标和改进设计措施。由于刀库系统在实际工作时故障维修不完全,且维修程度不是定值,故本文在Duane模型的基础上进行了改进,建立了一种新的可靠性增长修正模型,并基于此修正模型对刀库系统进行了可靠性改进设计,改进设计结果显示所建立的模型和提出的改进设计方法使刀库系统固有可靠性得到显著提高。本文主要研究工作如下:(1)以加工中心配备的YP40-24圆盘式刀库系统为研究对象,分析了刀库系统的类型、主要结构和工作过程。根据现场跟踪试验数据,分析了刀库主要故障模式和故障原因,对刀库故障数据的威布尔寿命分布模型以及模型检验进行了拟合和计算,为后续可靠性增长模型研究和可靠性改进设计提供了依据。(2)对可靠性增长模型及其影响因素进行了研究。对经典Duane模型和AMSAA模型进行模型描述、参数计算、适用范围和优缺点等方面的对比,得出影响模型准确性的三个因素:样本量、维修时间和维修程度,并对其各自影响性进行了分析。(3)建立了考虑不完全维修的可靠性增长修正模型。先引进了故障总时间法则,解决了由小样本、多截尾导致的可靠性不准确这一问题。而后引入了随时间变化的故障修复率函数和故障引入率函数。基于此改进了经典Duane模型,建立了三参数的可靠性增长修正模型,并进行了参数求解,以及对模型的假设检验和拟合优度检验。(4)进行了基于可靠性增长模型的可靠性改进设计及其可靠性计算。在修正模型的应用下,针对刀库系统各模式类型故障制订了具体的改进设计措施,并对改进后刀库的可靠性增长效果进行了评价,得出改进损坏型、失调型或动作型故障均可使刀库可靠性水平达到增长目标的结论,使刀库设计阶段的固有可靠性得到明显提升。设计了可独立安装运行的“加工中心刀库的可靠性增长模型拟合与计算软件,可作为刀库系统的可靠性评估和改进设计进一步研究的工具。