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基于自由度约束的元动作单元误差传递路径识别方法

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中国机械工程 2023年第2期34卷 135-141页

作者：李健张根保冉琰王勇勤重庆大学机械与运载工程学院重庆400044

准确识别元动作单元的误差传递路径是误差分析的前提。基于机械系统中自由度约束的概念,提出了一种利用自由度约束判断误差传递路径的新方法。首先,通过分析元动作单元功能和结构,确定精度输出件自由度约束要求并初步确定误差传递路径;... 详细信息

准确识别元动作单元的误差传递路径是误差分析的前提。基于机械系统中自由度约束的概念,提出了一种利用自由度约束判断误差传递路径的新方法。首先,通过分析元动作单元功能和结构,确定精度输出件自由度约束要求并初步确定误差传递路径;然后,分析路径中零件结合面的约束属性,并沿误差传递路径计算精度输出件的自由度约束属性。将得到的自由度约束属性与自由度约束要求进行对比,确定误差传递路径。与传统方法相比,所提方法极大提高了误差传递路径分析和识别的效率。

关键词：元动作单元装配误差误差传递路径自由度

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数控机床元动作单元装配可靠性控制技术

数控机床元动作单元装配可靠性控制技术

作者：王拓西安科技大学

学位级别：硕士

装配过程的可靠性控制是保证产品可靠性的重要环节。作为“工作母机”的数控机床,是典型的复杂机电产品,直接对其开展装配可靠性研究会异常困难。本文以构成机床的不可划分、可独立运转的元动作单元为切入点,研究元动作单元装配过程的... 详细信息

装配过程的可靠性控制是保证产品可靠性的重要环节。作为“工作母机”的数控机床,是典型的复杂机电产品,直接对其开展装配可靠性研究会异常困难。本文以构成机床的不可划分、可独立运转的元动作单元为切入点,研究元动作单元装配过程的可靠性控制与实验技术。(1)针对装配误差的传递与累积最终导致装配可靠性降低的问题,提出了一种误差传递累积模型仿真方法并开展装配误差传递分析。以蜗杆元动作单元为例,通过分析元动作装配单元的组成结构,结合误差源与装配尺寸链建立元动作装配过程误差传递模型,并构建了装配误差传递有向图。基于有向图建立了装配误差传递累积模型,进行了元动作单元装配误差传递累积的仿真分析,得出了误差累积结果超出阈值,需要进一步开展影响装配误差的装配情景识别研究。(2)在元动作装配误差超出阈值的状况下,进一步提出了基于贝叶斯网络的元动作单元装配情景可靠性异常推理识别方法。利用故障模式及影响分析方法建立了元动作单元关键装配情景构成模型,并给出了元动作单元装配情景的贝叶斯网络结构,利用证据推理法实现了元动作单元装配情景异常概率的智能推理。以蜗杆元动作单元为例进行了装配情景异常识别,确定了异常概率较大的装配情景。(3)在确定了关键异常装配情景的基础上,提出了一种改进SPAR-H(标准化核电厂人因风险分析)方法进行装配行为的可靠性分析。通过装配操作任务处理时间、装配难度、装配复杂度、装配压力、经验/培训、装配工艺规程、人机环境和工作过程八个方面对装配过程PSFs水平确定标准进行改进,研究了关键异常装配情景下的装配行为,并针对人因失误率较大的人误行为给出了详细的可靠性控制措施。(4)搭建了元动作单元装配可靠性控制试验验证平台,设计了试验方案,以蜗杆元动作单元装配工序卡为基础,对元动作单元装配过程可靠性控制措施实施前后开展了对比试验,试验结果表明:在实施装配可靠性控制措施后明显提升了元动作单元的运行可靠性,验证了装配过程可靠性控制方法的有效性。

关键词：数控机床元动作单元装配误差传递装配情景异常识别装配可靠性控制

隐性故障影响下的数控机床元动作单元多状态可靠性控制

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隐性故障影响下的数控机床元动作单元多状态可靠性控制

作者：刘园西安科技大学

学位级别：硕士

数控机床对国民经济有着重大的影响,相较于发达国家而言,其自身的可靠性仍然是制约行业发展的瓶颈,数控机床的可靠性问题也一直以来是人们广泛关注的焦点。数控机床是集电气、液压、机械、微电子和信息各种技术于一体的复杂系统,本文从... 详细信息

数控机床对国民经济有着重大的影响,相较于发达国家而言,其自身的可靠性仍然是制约行业发展的瓶颈,数控机床的可靠性问题也一直以来是人们广泛关注的焦点。数控机床是集电气、液压、机械、微电子和信息各种技术于一体的复杂系统,本文从元动作单元入手,拟通过研究元动作单元的多状态可靠性对数控机床进行可靠性控制,本文以THM6380卧式数控机床为例,论文从元动作单元层出发,通过分析与控制元动作单元多状态可靠性,从而实现控制数控机床整机可靠性的目的。(1)针对数控机床结构复杂、元动作单元种类繁多、整机可靠性研究难度较大的问题,按照FMA分解原理将其从功能层分解至元动作层,并建立了功能—元动作的二级树映射模型;通过统计分析元动作单元的属性,对元动作单元进行聚类研究,最后对元动作单元进行重要度分析,得到关键元动作单元。(2)采用故障树分析与故障重要度分析,提取出影响元动作单元多状态可靠性的关键隐性故障;以关键隐性故障的初次故障前平均时间为依据,确定元动作单元的性能水平计算方法;根据元动作单元的历史故障数据以及状态划分依据,对其进行状态划分并建立连续型马尔可夫模型,最终通过求解该马尔可夫模型得到元动作单元的可靠性输出结果。(3)通过控制关键元动作单元的可靠性输出结果,来控制关键元动作单元的可靠性。通过故障原因分析,得出导致出现关键隐性故障的原因,以此确立关键元动作单元的故障源,随之采用可靠度熵的方法提取出故障源中的重要故障源,最后根据重要故障源,提出相应的可靠性控制措施,并运用多色集合理论,将关键隐性故障、重要故障源以及可靠性控制措施,绘制成多色集合控制表,达到控制其可靠性的目的。(4)设计了可靠性控制试验,制定了试验方案,并根据试验原理完成了试验平台的搭建;分析了关键元动作单元在出现关键隐性故障时的“振动—转速”信号特征;实施了相应的可靠性控制措施,提高了关键元动作单元的可靠性;在提高了可靠性之后,对关键元动作单元进行可靠性控制后的多状态可靠性分析,得出其可靠性控制后的可靠性输出结果,并最终进行可靠性控制效果评价与分析。通过评价与分析,验证了可靠性控制措施的合理性与有效性。

关键词：数控机床元动作单元隐性故障多状态分析可靠性控制

基于逼近理想解和模糊综合评价的机械产品元动作健康状态评估

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现代制造工程 2024年第5期 1-9页

作者：蔡易峰冉琰重庆大学机械与运载工程学院重庆400044 重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400044

健康状态评估是机械产品高质量发展不可或缺的一环。从运动层面出发,以机械产品中的元动作单元为研究对象,提出一种基于逼近理想解和模糊综合评价的健康状态评估方法。首先,采用M-FMMECA方法,确定元动作单元的关键性能退化指标,给出元... 详细信息

健康状态评估是机械产品高质量发展不可或缺的一环。从运动层面出发,以机械产品中的元动作单元为研究对象,提出一种基于逼近理想解和模糊综合评价的健康状态评估方法。首先,采用M-FMMECA方法,确定元动作单元的关键性能退化指标,给出元动作单元健康指数这一量化指标;接着,将逼近理想解法运用到元动作健康状态评估中,建立元动作单元健康状态量化模型;然后,在完成健康状态分级后,采用模糊综合评价法确定元动作单元健康状态隶属度函数,完成健康状态评估;最后,以某可靠性试验台锥齿轮转动元动作单元为例,进行健康状态评估方法的实例分析。研究表明,将逼近理想解与模糊综合评价结合,可以定量且更加全面地评估元动作单元健康状态。

关键词：元动作单元逼近理想解法模糊综合评价健康状态评估

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考虑故障差异的等周期预防性维修策略优化

重庆大学学报 2024年

作者：黎新龙姜帅陈法法陈保家张根保重庆大学机械传动国家重点实验室重庆文理学院智能制造工程学院三峡大学水电机械设备设计与维护湖北省重点实验室

等周期预防性维修策略是一种常见的维修策略，具有实施简单的特点。针对等周期预防性维修策略优化建模粒度过大，且鲜有考虑故障差异（预防性维修对不同故障维修效果存在差异性）等问题，本文以元动作单元为研究对象，将其故障分为损伤... 详细信息

等周期预防性维修策略是一种常见的维修策略，具有实施简单的特点。针对等周期预防性维修策略优化建模粒度过大，且鲜有考虑故障差异（预防性维修对不同故障维修效果存在差异性）等问题，本文以元动作单元为研究对象，将其故障分为损伤故障和本质疲劳故障，考虑预防性维修对这2类故障维修效果存在的差异性，以混合故障率模型描述不完全预防性维修效果，建立了元动作单元的等周期不完全预防性维修策略优化模型，并给出了模型的优化求解算法。最后，通过数值分析对模型的有效性进行了验证，分析了不同维修成本对最优维修成本率以及最优维修策略的影响。研究结果表明：不考虑预防性维修效果差异性会低估元动作单元的维修成本率；不同类型维修成本以及故障类型的占比对元动作单元最优维修策略的制定有着显著的影响。

关键词：预防性维修元动作单元不完全维修混合故障率模型维修效果

基于Gamma和混合Copula的元动作单元性能可靠性分析

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湖南大学学报（自然科学版） 2021年第4期48卷 113-125页

作者：张根保张定飞冉琰应广祺重庆大学机械工程学院重庆400044

针对机电产品(系统)性能可靠性建模和分析困难的问题,提出一种基于非线性Gamma随机过程和混合Copula函数的元动作单元性能可靠性分析通用模型.分析性能退化过程特点建立产品性能退化与其实现的特定功能之间的联系,利用“功能(Function)... 详细信息

针对机电产品(系统)性能可靠性建模和分析困难的问题,提出一种基于非线性Gamma随机过程和混合Copula函数的元动作单元性能可靠性分析通用模型.分析性能退化过程特点建立产品性能退化与其实现的特定功能之间的联系,利用“功能(Function)-运动(Motion)-动作(Action)”的功能运动分解方法将机电产品分解成一系列最小运动单元——元动作单元,将机电产品性能可靠性问题转化为实现特定功能的元动作单元性能可靠性问题.非线性Gamma随机退化过程描述单元内关键零件磨损的退化过程,在此基础上,结合Copula函数考虑元动作单元内部零件和结构的依赖耦合关系,提出一种元动作单元的性能可靠性分析方法.为了更准确地评估元动作单元的性能可靠性,采用描述相关关系更优的混合Copula函数建立元动作单元的性能可靠性分析模型,并利用改进的遗传算法,在适应度函数中加入惩罚项,实现混合Copula函数的最优参数估计,最后结合串联系统概念得到考虑内部结构依赖耦合的元动作单元的性能可靠度表达式.以某托盘交换架分解得到的不同元动作单元为例进行分析,并通过实验对比验证了该模型的可行性和有效性.

关键词：机电产品元动作单元可靠性分析随机过程 Copula函数

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考虑性能依赖的元动作单元多态可靠性分析

哈尔滨工业大学学报 2020年第1期52卷 62-68页

作者：周伟朱晓冉琰杨欣柯磊机械传动国家重点实验室(重庆大学)

为研究单元之间相互作用所引起的性能依赖给多态系统可靠性造成的影响.利用功能-运动-动作(FMA)分解理论将多态系统分解成多个元动作,以元动作单元为研究对象,运用非齐次马尔科夫模型描述元动作单元的多状态演变过程;通过设定状态转移... 详细信息

为研究单元之间相互作用所引起的性能依赖给多态系统可靠性造成的影响.利用功能-运动-动作(FMA)分解理论将多态系统分解成多个元动作,以元动作单元为研究对象,运用非齐次马尔科夫模型描述元动作单元的多状态演变过程;通过设定状态转移系数将状态转移率与依赖特性相关联,构建新的状态转移矩阵,再运用Kolmogorov微分方程求得多态单元处于各状态的概率,并利用向量通用发生函数建立考虑单元性能依赖特性的多态系统可靠性分析模型,讨论了不同依赖情形下的模型特点;以国内某卧式加工中心的分度转台系统为例验证了单元依赖特性对系统可靠性的影响.结果表明:具有依赖特性单元的状态转移率会随着对应自立单元的性能退化而改变;与单元相互独立的多态系统相比,在单元处于高性能状态时,具有单元依赖特性的多态系统可靠度更高;在单元处于低性能状态时,具有单元依赖特性的多态系统可靠度更低.研究结果可为机械系统可靠性设计和产品维修周期设计提供相应的理论依据.

关键词：可靠性多态系统元动作单元马尔科夫模型向量通用发生函数

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考虑外界影响的元动作单元故障概率模型

湖南大学学报（自然科学版） 2021年第10期48卷 21-28页

作者：鞠萍华谷豪东许文林黄广全重庆大学机械工程学院重庆400044

为描述数控机床运动构件的故障率随时间变化的情况,本文从元动作单元出发,建立了一个关于元动作单元的故障概率模型.首先,根据元动作单元故障发生的原因将故障分成两类,随机故障和老化故障.然后,根据这两种故障类型故障数据的不同特点,... 详细信息

为描述数控机床运动构件的故障率随时间变化的情况,本文从元动作单元出发,建立了一个关于元动作单元的故障概率模型.首先,根据元动作单元故障发生的原因将故障分成两类,随机故障和老化故障.然后,根据这两种故障类型故障数据的不同特点,选用两个不同的概率分布函数分别进行描述,随机故障用泊松分布进行描述,老化故障用威布尔分布进行描述.接着,给出这两种故障概率模型中各参数的物理意义和估计方法.更进一步,工作负载和工作环境会分别对元动作单元的老化故障和随机故障的故障率造成影响.为比较这两者对故障率影响的大小,提出了工作负载参数Rl和工作环境参数Re,并给出这两个参数的估计方法.最后,根据收集到的运动构件的故障数据作出频率直方图,同时,对故障数据进行参数估计得到概率密度函数,并将这两者画在同一幅图上,发现两者具有较好的拟合效果.表明提出的元动作单元故障概率模型适合于描述运动构件故障率随时间的变化,模型有效.

关键词：元动作单元随机故障老化故障外界影响可靠性

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基于有限元的元动作装配单元薄弱点分析

机械设计与制造工程 2022年第3期51卷 38-42页

作者：葛红玉刘宝强王拓刘园张传伟杨满芝西安科技大学机械工程学院陕西西安710054

元动作装配单元的可靠与否是机械产品能否稳定运行的关键所在。由于机械产品的多层次结构,使整机性能的分析与建模变得困难。开展了从整机到元动作的映射研究,提取出典型的元动作装配单元。根据元动作装配单元的实际装配行为选取过盈装... 详细信息

元动作装配单元的可靠与否是机械产品能否稳定运行的关键所在。由于机械产品的多层次结构,使整机性能的分析与建模变得困难。开展了从整机到元动作的映射研究,提取出典型的元动作装配单元。根据元动作装配单元的实际装配行为选取过盈装配接触压力参数,进行元动作装配单元静力分析及固有频率分析,得出元动作装配薄弱处。利用自主设计的试验台对元动作单元性能进行验证。结果表明,对元动作装配单元进行合理的有限元分析,提取出装配结合处的薄弱点,能够对元动作单元的装配提供现实指导。

关键词：映射模型元动作单元静力分析模态分析元动作实验