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《吉林大学》 2004年
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数控系统软件可靠性研究及应用

盛菲  
【摘要】:1.引言 数控技术是先进制造技术的核心,是制造业实现自动化、网络化、柔性化、集成化的基础。数控装备的整体水平标志着一个国家工业现代化水平和综合国力的强弱。我国数控机床近年来在生产和应用领域都有较快的发展,但与工业发达国家相比,仍存在较大差距。提高数控机床的可靠性已成为当前机床制造企业自身生存和发展的关键。数控机床是否可靠已成为广大用户选购机床的重要标准,我国数控机床产品面临可靠性的严峻挑战。 本文结合国家高技术研究发展计划(国家863计划)项目“数控装备与系统可靠性关键技术开发及应用”对数控系统软件可靠性评价进行了研究,建立数控系统软件的考核方案,评价出数控系统软件的可靠性水平,同时进行故障分析,制订可靠性保证措施,为可靠性增长技术提供理论依据。 2.研究内容及成果 2.1数控系统软件可靠性鉴定模型的建立 本文所使用的数据是某系列数控系统在22个使用厂家9个月的现场实验所采集到的19个软件失效数据,确定出现阶段数控系统软件的平均无故障工作时间MTBF。 结合数控系统使用厂家的使用情况,对故障数据进行了分组,分析给出了数控系统可靠性评价体系的可靠性(Reliability)特征量及其模型和拟合优度检验,维修性参数“平均修复时间”( MTTR)和可用性特征量中的固有可用度(Ai)。具体给出了某数控系统软件的可靠度(R(t))、累积失效概率(F(t))、失效概率密度(f(t))、瞬时失效率(λ(t))四个基本函数的数学模型。 根据试验数据散点图的形状,初步估计故障间隔时间的分布类型。对照常用的各种故障间隔分布类型的函数曲线形状,得出正态分布和对数正态分布比较接近。针对正态分布和对数正态分布类型采用并运用了无偏估计法、回归分析法和矩法进行分布模型的参数估计。对分布模型进行了假设检验(d检验法);运用相关指数法对分布函数进行了优选,确定分布函数为正态分布。并计算MTBF的观测值,对MTBF的进行点估计;计算MTTR和Ai。 根据无偏估计和回归分析法得出的正态分布及对数正态分布的参数值如表1中所列。 WP=74 表1 正态分布和对数正态分布线性估计的参数估计值 估计方法 分布类型 均值 标准差 简单线性 无偏估计法 正态分布 1689.033 835.35 对数正态分布 7.31966 0.51508 回归分析法 正态分布 1471.9586 673.2647 对数正态分布 7.1900 0.5631 采用d检验法,取检验显著性水平 =0.1,得出假设检验统计量Dn = 0.1763,小于临界值 。试验数据在不同分布和不同估计方法下Dn的观察值如表2所示。 表2 试验数据在不同分布和不同估计方法下Dn的观察值 分布类型 Dn(简单线性无偏估计法) Dn(回归分析法) 正态分布 0.2347 0.1375 对数正态分布 0.1596 0.1763 曲线拟合的好坏,即数据遵从所假设分布程度的高低,用相关指数R来衡量。R∈(0,1)。R的值越接近1,说明曲线拟合的越好,即数据遵从所假设分布的程度越高。试验数据在不同分布下和不同估计方法的相关指数表如表3所示。经过比较可以看出,该批数据优先符合正态分布。 表3 试验数据在不同分布下和不同估计方法的相关指数表 分布类型 R(简单线性无偏估计法) R(回归分析法) 正态分布 0.983755 0.896444 对数正态分布 0.966517 0.815580 根据试验数据利用点估计得到故障间隔时间正态分布的参数估计值为 =1471.924, =621.4881。最终确定出可靠度(R(t))、累积失效概率(F(t))、累积失效概率密度(f(t))、瞬时失效率(λ(t))四个基本函数的数学模型分别为, WP=75 MTBF的观测值为: 点估计(矩法估计)值为: 平均维修时间值为: 固有可用度为: 2.2数控系统软件FMECA分析 用FMECA法对某系列数控系统软件进行故障分析。查清系统各故障部位、故障模式及故障原因的比率,从整体上掌握某系列数控系统软件的故障发生情况;找出对整个系统可靠性影响较大的故障模式;对发生故障频繁的模块深入进行故障模式及原因分析,探寻可靠性改进设计的方向;通过致命性分析,摸清此系列数控系统软件的薄弱环节,为排除此系列数控系统软件故障提供依据。 2.2.1总体故障分析 将此系列数控系统分为12个模块,通过分析得出数控系统软件的薄弱环节依次为: 位置控制模块(36.84%):是影响数控系统软件可靠性的主要因素。 实时管理模块(21.05%):可见对软件的改进设计是急需解决的问题。 初始化模块(10.53%):此模块的故障率不高,但具有较高的危害度,应从设计角度切实提高系统可靠性。 预处理模块(10.53%):参数错误,数据处理错误等故障。 PLC模块(10.53%):主要是程序丢失等故障。 主要的故障模式为: CNC参数设定错误(52.94%),变量被修改(10.53%),操作系统失灵(10.53%), WP=76 实时管理软件控制逻辑混乱(10.53)。 2.2.2子系统的故障模式及影响分析 本文对故障频繁的两个子系统进行故障模式分析以确定影响最大的故障模式,从而为数控系统软件的可靠?
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TG659

【引证文献】
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