一种机械设备再制造时机的预测方法技术

本发明专利技术涉及一种机械设备再制造时机的预测方法，先获取机械设备中若干部件的失效时间，作为样本数据，利用中位秩法估计累计失效概率；最小二乘法进行参数拟合，得到累计失效概率和可靠度的关系表达式；利用累计失效概率和可靠度的关系表达式以及两参数威布尔分布的可靠度表达式，获得两参数威布尔故障率h(t)的求解公式；利用h(t)的求解公式，根据公式

A prediction method for the time of remanufacturing of mechanical equipment

The invention relates to a prediction method for the time of remanufacturing of mechanical equipment. First, the failure time of some components in the mechanical equipment is obtained. As sample data, the cumulative failure probability is estimated by using the median rank method. The least square method is used to fit the parameters, and the cumulative failure probability and reliability are derived, and the cumulative failure is used. The relation expression of probability and reliability and the reliability expression of the two parameter Weibull distribution are used to obtain the formula of the two parameter Weibull failure rate H (T), and the formula of H (T) is used for the formula, and the formula is based on the formula.

【技术实现步骤摘要】
一种机械设备再制造时机的预测方法
本专利技术涉及再制造领域，具体涉及一种机械设备再制造时机的预测方法。
技术介绍
绿色再制造作为循环净得重要组成部分，一直备受国内外学者关注，再制造被定义为：再制造(Remanufacture)是以损坏或行将报废的整机或零部件为加工对象，在性能失效分析，剩余寿命评估等可再制造性评定的基础上，采用一些列先进的再制造工程技术，对废旧产品实施高技术修复和改造，使再制造品的质量达到甚至超过新品的过程。再制造是对维修的创新发展，实在先进再制造维修服务体系中的交叉，融合，优化出来的新型产业领域。再制造就是让旧的机器设备重新焕发生命活力的过程。它以废旧的机器设备为毛坯(Core)，采用先进的再制造工艺，使废旧零部件重新被利用，再制造产品无论是性能还是质量都不亚于原先的新品。对废旧设备的回收时机很重要，过晚回收，零部件损耗加剧，需要投入更多的成本进行再制造，回收时间过早，废旧设备还处于平稳期没有必要进行再制造。再制造修复时间不确定主要与废旧零部件的失效程度有关，不同废旧零部件的修复时间存在较大差异，这在传统制造系统中是不存在的。这些因素极大地增加了再制造系统优化控制的复杂性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种机械设备再制造时机的预测方法，能够预测机械设备再制造时机，便于在废旧产品失效之前对其进行主动回收，控制废品失效程度。为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：包括以下步骤：步骤一：获取机械设备中若干部件的失效时间，作为样本数据，利用中位秩法估计累计失效概率；步骤二：最小二乘法进行参数拟合，得到累计失效概率和可靠度的关系表达式；步骤三：将累计失效概率和可靠度的关系表达式代入两参数威布尔分布的可靠度表达式中，再依次经过取对数和变形，获得两参数威布尔故障率h(t)的求解公式；步骤四：利用两参数威布尔故障率h(t)的求解公式，根据公式求解N(t)；步骤五：构建再制造时机决策模型，将N(t)代入再制造时机决策模型中，求解理论再制造时机Td；步骤六：对比理论再制造时机Td和机械设备失效后的回收时机Tb的大小，确定机械设备再制造时机。进一步地，步骤一中，累计失效概率的计算公式为：其中，i是机械设备中若干部件失效的先后次序；n是样本大小；t为时间变量，i＝1，2，......，n。进一步地，步骤二中，累计失效概率和可靠度的关系表达式的具体获得步骤包括：两参数威布尔分布的可靠度表达式为：其中，β为形状参数，η为尺度参数；将累计失效概率与两参数威布尔分布的可靠度表达式结合，并进行拟合得到累计失效概率和可靠度的关系表达式：1-F(t)＝R(t)(3)。进一步地，步骤三中，两参数威布尔故障率h(t)的求解公式的获得步骤具体包括：首先将式(3)代入式(2)中得：再取两次对数简化为一条直线方程：再对式(5)两边取对数，有：继续取对数，有：令将式(7)变形成y＝ax+b的形式，通过最小二乘法进行参数估计，使待求解的拟合函数值与实际数值之间的误差平方和最小，求得两参数威布尔分布的形状参数β和尺度参数η，并得到两参数威布尔故障率求解公式：其中，进一步地，两参数威布尔分布的形状参数和尺度参数取值在1～7之间。进一步地，步骤五中，再制造时机决策模型是根据优化目标为机械设备在生命周期内单位服役时间的成本最小构建的，再制造时机决策模型的表达式为：其中：C0为机械设备的原始价值；Cr为再制造成本系数；Cm为维修成本期望值；N(t)为累计失效次数；SC(tb)为优化目标；tb为机械设备失效后的回收时机，t3为浴盆曲线的第三阶段起点；式中h(s)为机械设备的失效概率函数，由威布尔拟合失效数据确定。进一步地，步骤六中，若Tb<Td，则Tb为机械设备再制造时机，否则Td为机械设备再制造时机。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术首先根据浴盆曲线判断出再制造在损耗期内，再通过可靠度和失效率评价指标对产品的服役情况进行量化分析，并通过威布尔分布来表征失效率函数，同时结合再制造时机决策模型来对再制造时机进行可靠预测，能够在废旧产品失效之前对其进行主动回收，控制废品失效程度，将会大大降低不确定性对再制造生产的影响。本专利技术能够对械设备再制造时机准确预测，便于在恰当的时机对机械设备进行再制造，节省再制造成本，延长设备的服役年限，使制造商与消费者利益最大化。附图说明图1是浴盆曲线图。图2是决策模型图。图3是求解流程图图。图4是利益流动图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细说明。废旧设备在服役过程中不可避免地会出现故障失效现象，在产品服役后期，由于疲劳，磨损，腐蚀等多种失效形式的耦合作用使得产品的失效频率增高，维修次数和维修成本也逐渐上升，选择恰当的时机对产品记性再制造性能修复和提升非常关键，本专利技术利用两参数威布尔分布的再制造时机预测，在适当的时机对废旧设备进行回收再制造修复。参见图1的浴盆曲线，研究发现，产品在服役过程中其性能曲线大致服从“浴盆曲线”，从产品的服役时间进入浴盆曲线的第三个阶段伊始，产品性能急剧下降，直至失效。在前期产品由于缺乏调试和磨合，因此失效率较高，但极易修复，维修成本较低；磨合过程结束后，产品基本处于稳定的工作状态，此阶段的失效往往是由于设备的不规范操作等认为因素引起的，维修频率较低，维修成本也较低；在浴盆曲线第三阶段，由于磨损量日益渐增，腐蚀失效，疲劳损坏等因素，使得产品的故障率偏高，属于损耗期，即故障多发期，次级端维修的频次和维修成本均较高。因此再制造应从第三阶段开始，具体最优回收时机由下面得出。参见图2所示的决策模型，模型只考虑产品在第三阶段的维修成本，此外，产品的原始价值和再制造修复成本是产品在原始生命周期内服役成本的重要组成部分。优化目标为产品在生命周期内单位服役时间的成本最小：上式中：C0为产品的原始价值；Cr为再制造成本系数；Cm为维修成本期望值；N(t)为累计失效次数；SC(tb)为优化目标；tb为决策变量，即再制造时机或设备失效后的回收时机，是浴盆曲线进入t3时刻之后的任意一点，t3为浴盆曲线的第三阶段起点。式中h(s)为产品的失效概率函数，可由威布尔拟合失效数据确定。如图3所示，为设备机械备最佳再制造时间的求解过程。本专利技术选取可靠度和失效率评价指标对产品的服役情况进行量化分析，并通过威布尔分布来表征失效率函数，同时结合再制造时机决策模型来确定旧件再制造的最佳时机。具体求解步骤如下：步骤一：获取产品关键部件的样本数据，本专利技术以发动机的运行时间为例，取其中主要部件，如气缸，飞轮，活塞，凸轮轴，涡轮增压器等，获取其失效前运行时间，即发生故障的时间，利用中位秩法估计累计失效概率；式中，i是机械设备中若干部件失效的先后次序；n是样本大小，t为时间变量；对故障数据从小到大进行排列得到有序的故障时间序列(t1,t2,...,tn)。取n＝5的样本，i＝1，2，3，4，5。步骤二：最小二乘法进行参数拟合；传统威布尔分布为三参数，本专利技术将其简化为两参数威布尔分布；两参数威布尔分布的可靠度表达式为：其中，β为形状参数，η为尺度参数。将累计失效概率与两参数威布尔分布的可靠度表达式结合，并进行拟合得到失效率与可靠度的关系表达式：1-F(t)＝R(t)(3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机械设备再制造时机的预测方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：获取机械设备中若干部件的失效时间，作为样本数据，利用中位秩法估计累计失效概率；步骤二：最小二乘法进行参数拟合，得到累计失效概率和可靠度的关系表达式；步骤三：将累计失效概率和可靠度的关系表达式代入两参数威布尔分布的可靠度表达式中，再依次经过取对数和变形，获得两参数威布尔故障率h(t)的求解公式；步骤四：利用两参数威布尔故障率h(t)的求解公式，根据公式

【技术特征摘要】
1.一种机械设备再制造时机的预测方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：获取机械设备中若干部件的失效时间，作为样本数据，利用中位秩法估计累计失效概率；步骤二：最小二乘法进行参数拟合，得到累计失效概率和可靠度的关系表达式；步骤三：将累计失效概率和可靠度的关系表达式代入两参数威布尔分布的可靠度表达式中，再依次经过取对数和变形，获得两参数威布尔故障率h(t)的求解公式；步骤四：利用两参数威布尔故障率h(t)的求解公式，根据公式求解N(t)；步骤五：构建再制造时机决策模型，将N(t)代入再制造时机决策模型中，求解理论再制造时机Td；步骤六：对比理论再制造时机Td和机械设备失效后的回收时机Tb的大小，确定机械设备再制造时机。2.根据权利要求1所述的一种机械设备再制造时机的预测方法，其特征在于：步骤一中，累计失效概率的计算公式为：其中，i是机械设备中若干部件失效的先后次序；n是样本大小；t为时间变量，i＝1，2，......，n。3.根据权利要求2所述的一种机械设备再制造时机的预测方法，其特征在于：步骤二中，累计失效概率和可靠度的关系表达式的具体获得步骤包括：两参数威布尔分布的可靠度表达式为：其中，β为形状参数，η为尺度参数；将累计失效概率与两参数威布尔分布的可靠度表达式结合，并进行拟合得到累计失效概率和可靠度的关系表达式：1-F(t)＝R(t)(3)。4.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡宗琰，张丹，刘清涛，张野，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61