数控机床可靠性试验设计及评估方法研究

【摘要】：可靠性试验是获取故障信息、进行可靠性分析、评价、实施可靠性增长等可靠性研究的重要基础,可靠性试验方案合理与否必将影响后续可靠性工作的顺利进行。因此,进行数控机床可靠性试验和评价技术的研究对于快速、准确确定数控机床可靠性薄弱环节、评定其可靠性水平及选择合理措施实施可靠性增长具有重要的理论意义和实际意义。 本文在现有可靠性试验研究的基础上,结合数控机床的特点,分别从定时截尾试验、定数截尾试验、序贯试验和基于贝叶斯理论的试验四个方面,并综合考虑生产方风险、使用方风险、鉴别比、MTBF预计值等信息进行可靠性试验方案设计,对于不同试验方案提出相应的数据分析和可靠性评估方法。 论文首先针对数控机床服从威布尔分布的特点,将威布尔分布通过参数变换转化为指数分布模式,结合指数分布决策风险方程组,确定数控机床定时截尾试验方案和定数截尾试验并在厂家实施。考虑截尾时间对评估结果的影响,论文采用“故障总时间法”对故障数据进行处理;采用“取中逐步推移检验法”进行异常数据检验;采用“残存比率法”求解经验分布函数;根据故障数据的趋势,建立可靠性模型,根据可靠性模型中的形状参数与定时截尾、定数截尾试验方案设计时选取的形状参数进行对比,验证方案的设计是否合理,进而评价其可靠性水平。 其次根据数控机床故障发生个数的概率在威布尔分布下的描述,结合传统序贯试验方案设计方法,确定数控机床的序贯试验方案。由于序贯试验中故障点可能会处于继续试验区而迟迟不能做出判决,通过增加截尾故障数和截尾试验时间的方式,并调整接收线和拒收线以适应决策风险的约束,对数控机床设计出截尾序贯试验方案。由于序贯试验可能出现早早结束试验的情况,会导致故障信息不足而无法准确评估可靠性真值,因此本文基于序贯思想,采用动态截尾试验的方法,对故障数据进行实时的动态采集、动态评估,当可靠性评价指标值的变化处于允许误差的范围内,停止试验。 最后,根据数控机床故障率的先验信息,将贝叶斯理论引入到可靠性试验研究中,经贝叶斯的后验风险确定基于贝叶斯理论的定时截尾试验方案。将第2章定时截尾试验中采集到的故障数据应用于贝叶斯试验方案中,由于贝叶斯试验方案的试验时间较短使故障数据呈现小样本类型的特点,采用参数偏差修正方法对该故障数据建立的可靠性模型进行修正和验证,进而评价出可靠性水平。 定时或定数截尾试验不仅能做出判决,还能够在试验中得到足够的故障信息,从而可准确评估可靠性指标值。此外,定时截尾试验方案在试验前已确定试验时间及试验台数,便于控制试验的进程,以实现对试验费用和资源的预估;定数截尾试验方案在试验前能确定试验的最大故障数,从而得到足够的故障数据,为故障分析的工作提供基础信息。截尾序贯试验相对于定时和定数截尾试验的平均试验时间短,在只需判决数控机床的可靠性水平是否合格,并不需要评估其指标的情况下,选择截尾序贯试验更为适宜。在厂家急需做出判决,又不愿提高决策风险的情况下,若能够得到准确的故障率先验信息,可采用基于贝叶斯的定时截尾试验方案。