一种提高卧式加工中心可靠性的设计方法，旨在使用旧批次的数据来改进设计新批次加工中心的可靠性。首先将加工中心分成十个子系统，确定分配的指标为平均无故障时间MTBF，在收集加工中心的旧批次和新批次的可靠性相关数据后，分别计算新旧批次加工中心的各个子系统的危害影响度、平均维修时间、故障频数、费用比的矩阵R1，R2，再计算影响因素比重矩阵W，最后计算出各个子系统应该分配的MTBF，得出可靠性设计结果。本发明专利技术为加工中心的可靠性设计提供一种改进的方法，利于了旧批次的数据，增大样本量，是更加贴合实际的可靠性设计方法。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，该方法利用旧批次卧式加 工中心使用阶段的故障数据来改进新批次卧式加工中心的可靠性设计，提高了新批次卧式 加工中心整机可靠性水平。
技术介绍
卧式加工中心是柔性加工生产线上最重要的设备。目前很多生产线上都会用到大 量的卧式加工中心，比如汽车发动机缸体缸盖生产线。但是目前很多卧式加工中心的可靠 性水平仍然相对较低。卧式加工中心可靠性水平低会直接影响到卧式加工中心使用用户的 生产效率。 卧式加工中心从设计到报废会经过三个阶段：设计、制造和装配、使用。大部分改 进卧式加工中心可靠性水平的措施都主要集中在制造和装配阶段。但是如果在设计阶段就 注意提高卧式加工中心的可靠性水平，就可以最有效地整合资源，减少人力物力成本，并提 高卧式加工中心的可靠性水平。 卧式加工中心的构成非常复杂，需要很多设计人员共同协调设计才能完成。而且 如果卧式加工中心仅一个系统发生故障就会造成卧式加工中心整机停机。因此卧式加工中 心的整机可靠性水平与各个子系统的可靠性水平息息相关。如果卧式加工中心某些部件可 靠性水平非常高，而其他部件可靠性水平很低，那么整机的可靠性水平就主要取决于这些 可靠性水平低的部件，那些可靠性水平高的部件就体现不出其价值，而造成经济上的浪费。 综上所述，提高卧式加工中心的整机可靠性水平十分重要，而其解决方法之一就 是在设计时就协调规划卧式加工中心的各个子系统的可靠性水平，使每个子系统的可靠性 水平都能达到最合理的设计值。
技术实现思路
为了协调卧式加工中心整机可靠性水平与各个子系统可靠性水平之间的关系，本 专利技术提供了一种有效利用旧批次卧式加工中心的故障数据来改进新批次卧式加工中心可 靠性设计的方法。 为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下： (一）划分卧式加工中心的结构模型 根据卧式加工中心的复杂性特点，将卧式加工中心分为不同功能的子系统，包括： 工件传输系统、控制电气系统、夹具系统、刀库系统、进给系统、机床防护及基础件、液压气 动系统、主轴系统和冷却排肩除尘除雾系统，各系统之间顺序串联；整机的故障率\与各 个子系统的故障率A ,之间的关系： 其中n代表子系统数。 (二）确定卧式加工中心可靠性指标（MTBF) 用平均故障间隔时间（MTBF)来衡量卧式加工中心整机和每个子系统的可靠性水 平，其单位为小时。 (三）确定子系统的四个影响因素及其计算方法 (1)危害度：危害度表示的是每个功能子系统发生故障时对整机的危害影响的相 对大小，采用FMECA方法计算子系统的危害度。将子系统i的危害度用Ci表示，其计算公 式如下： 其中n是影响子系统i的故障模式的个数；Cu是每个故障模式的危害度；j是每 个子系统中的故障模式数。 Cij的计算公式如下： Cij=aX0u (3) 其中a为某一故障模式发生的频率；0 ^表示故障对机床造成损伤的可能性（损 失概率），的具体取值情况如下，u=〇,表示该故障对卧式加工中心没有损伤；u =0. 1-0. 9,表示该故障会对卧式加工中心造成损伤，具体大小视具体情况而定；|3ij= 1， 表示该故障对卧式加工中心肯定造成损伤。 (2)平均维修时间： 第i个子系统的平均维修时间凡的计算公式如下： t表示子系统i每次发生故障时的维修时间，单位为min。 (3)故障频数；同样时间里，第i个子系统的故障次数记为队。 (4)费用比；即子系统的维修费用。 (四）利用旧批次的故障数据来计算R1矩阵 首先利用下面的公式得到4个矩阵Alk。 矩阵Alk中，各个元素的求解公式如下： (1)矩阵A11 中， Cei表示旧批次卧式加工中心子系统i的危害度值。 (2)矩阵A12 中， Tei表示旧批次子系统i的维修时间平均值。 (3)矩阵 A13中， Nei表示旧批次卧式加工中心子系统i的故障频数。 (4)矩阵 A14 中， Mi表示旧批次子系统i的费用比。 之后利用公式（10)，可得矩阵R1。 (五）利用新批次的故障数据来计算矩阵R2 R2矩阵首先需要新批次卧式加工中心的故障数据，仍然要先求出4个矩阵A 2k: 矩阵A2k中，各个元素的求解公式如下： (1)矩阵 A21 中， Cdi表示新批次卧式加工中心子系统i的危害度。 (2)矩阵 A22 中， 表示新批次卧式加工中心子系统i的平均维修时间。 (3)矩阵 A23 中， 队表示新批次卧式加工中心子系统i的故障频数。 (4)矩阵 A24 中， ]\^表示新批次卧式加工中心系统i费用比。 之后利用公式（16)，可得矩阵R2。 (六）利用R1和R2组合而成矩阵R 矩阵R公式如下： R=aR:+ 0R2 (17) 其中a、0两者取值是与卧式加工中心运行时间有关的。当卧式加工中心刚刚投 入运行时，卧式加工中心的可靠性不高，可靠性设计只能依靠旧批次卧式加工中心的故障 数据R1来计算。随着运行时间的增加，维修工作的不断进行，新批次卧式加工中心可靠性 的数据R 2不断增多。 当机床运行的时间为T个月的时候（不到一个月按一个月算）：(七）求四个影响因素（危害度、平均维修时间、故障频数、费用比）的权重向量 W ； 这里是单独考虑四个影响因素在分配过程中的权重，需要请专家进行打分。打的 分数求平均值并进行归一化处理，可得向量W中各个元素的值，公式如下： Wm表示第i个专家对第j个因素的权重打分，其值为0至1之间任意小数，权重 越大打的分数越大。为了防止打分时出现某个专家对所有因素打的分都很高或很低而体现 不出各因素之间的区别，在打分时，要求每个专家对所有因素打出的分数和要为1。 (八）求得设计结果 利用层次分析法建立规划设计模型，公式如下： 向量D是可靠性设计的层次模型中的目标层，也就是整机的可靠性设计指标 (MTBF)，D中各个值的比就是各子系统故障率的比，也是平均故障间隔时间的反比，求出向 量D就可以得到各个子系统应该规划到的平均故障间隔时间；向量W是层次模型中的准则 层，也就是可靠性设计中影响可靠性设计的因素，其数值表示各个因素的权重，矩阵R是层 次模型中的方案层，是指最后设计出的各个子系统的可靠性，其数值是各个子系统在各考 虑因素影响下的故障率所占比重。向量W和R两者相乘可得向量D。 向量D还需进一步的变形才可以得出每个子系统的平均故障间隔时间。 如果要求新设计出的卧式加工中心整机平均故障间隔时间要求达到x小时，则每 个子系统应得到的最合理的平均故障间隔时间奶^匕可由如下公式计算出。 本专利技术为加工中心的可靠性设计提供一种改进的方法，利于了旧批次的数据，增 大样本量，是更加贴合实际的可靠性设计方法。在现有故障数据不足的情况下，应用旧批次 同型号的卧式加工中心的故障数据，扩大故障数据群，该方法可以帮助设计人员协调规划 各个子系统的可靠性水平，以设计出可靠性水平更高的新批次卧式加工中心。【附图说明】 图1是本专利技术的结构流程图。当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种提高卧式加工中心可靠性的设计方法，其特征在于以下步骤，(一)划分卧式加工中心的结构模型将卧式加工中心分为不同功能的子系统，包括：工件传输系统、控制电气系统、夹具系统、刀库系统、进给系统、机床防护及基础件、液压气动系统、主轴系统和冷却排屑除尘除雾系统，各系统之间顺序串联；整机的故障率λs与各个子系统的故障率λi之间的关系：λs=Σi=1nλi---(1)]]>其中n代表子系统数；(二)确定卧式加工中心可靠性指标MTBF用平均故障间隔时间来衡量卧式加工中心整机和每个子系统的可靠性水平，其单位为分钟；(三)确定子系统的四个影响因素及其计算方法(1)危害度：危害度表示的是每个功能子系统发生故障时对整机的危害影响的相对大小，采用FMECA方法计算子系统的危害度；将子系统i的危害度用Ci表示，其计算公式如下：Ci=Σj=1nCij---(2)]]>其中n是影响子系统i的故障模式的个数；Cij是每个故障模式的危害度；j是每个子系统中的故障模式数；Cij的计算公式如下：Cij＝a×βij (3)其中a为某一故障模式发生的频率；βij表示故障对机床造成损伤的可能性(损失概率)，βij的具体取值情况如下，βij＝0，表示该故障对卧式加工中心没有损伤；βij＝0.1‑0.9，表示该故障会对卧式加工中心造成损伤；βij＝1，表示该故障对卧式加工中心肯定造成损伤；(2)平均维修时间：第i个子系统的平均维修时间Ti的计算公式如下：Ti=t1+t2+......+tnNi---(4)]]>t表示子系统i每次发生故障时的维修时间，单位为min；(3)故障频数；同样时间里，第i个子系统的故障次数记为Ni；(4)费用比；即子系统的维修费用；(四)利用旧批次的故障数据来计算R1矩阵首先利用下面的公式得到4个矩阵A1k；A1k=a111ka121k...a1n1ka211ka221k...a2n1k......an11kan21k...ann1kn×n---(5)]]>矩阵A1k中，各个元素的求解公式如下：(1)矩阵A11中，aij11=CejCei+Cej---(6)]]>Cei表示旧批次卧式加工中心子系统i的危害度值；(2)矩阵A12中，aij12=TejTei+Tej---(7)]]>Tei表示旧批次子系统i的维修时间平均值；(3)矩阵A13中，aij13=NeiNei+Nej---(8)]]>Nei表示旧批次卧式加工中心子系统i的故障频数；(4)矩阵A14中，aij14=MiMi+Mj---(9)]]>Mi表示旧批次子系统i的费用比；之后利用公式(10)，可得矩阵R1；rki1=1nΣj=1naij1k---(10)]]>(五)利用新批次的故障数据来计算矩阵R2R2矩阵首先需要新批次卧式加工中心的故障数据，先求出4个矩阵A2k：A2k=a112ka122k...a1n2ka212ka222k...a2n2k......an12kan22k...ann2kn×n---(11)]]>矩阵A2k中，各个元素的求解公式如下：(1)矩阵A21中，aij21=CdjCdi+Cdj---(12)]]>Cdi表示新批次卧式加工中心子系统i的危害度；(2)矩阵A22中，aij22=TjTi+Tj---(13)]]>Ti表示新批次卧式加工中心子系统i的平均维修时间；(3)矩阵A23中，aij23=NiNi+Nj---(14)]]>Ni表示新批次卧式加工中心子系统i的故障频数；(4)矩阵A24中，aij24=MiMi+Mj---(15)]]>Mi表示新批次卧式加工中心系统i费用比；之后利用公式(16)，可得矩阵R2；rki2=1nΣj=1naij2k---(16)]]>(六)利用R1和R2组合而成矩阵R矩阵R公式如下：R＝αR1+βR2 (17)其中α、β两者取值是与卧式加工中心运行时间有关的；当卧式加工中心刚刚投入运行时，卧式加工中心的可靠性不高，可靠性设计只能依靠旧批次卧式加工中心的故障数据R1来计算；随着运行时间的增加，维修工作的不断进行，新批次卧式加工中心可靠性的数据R2不断增多；当机床运行的时间为T个月的时候(不到一个月按一个月算)：α=T20,β=1-α;(T<20)---(18)]]>(七)求四个影响因素的权重向量W单独考虑四个影响因素在分配过程中的权重，需要请专家进行打分；打的分数求平均值并进行归一化处理，可得向量W中各个元素的值，公式如下：Wjm=1nΣi=1nWji---(19)]]>Wj=WjmΣj=14Wjm×1---(20)]]>Wji表示第i个专家对第j个...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：丛明，郝思文，韩玉婷，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21
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