發(fā)布時(shí)間：2017-05-11 08:22

第 1 章 緒論

由圖 1.1、圖 1.2、圖 1.3 知：2015 年，中國機(jī)床消費(fèi)、生產(chǎn)及進(jìn)口排名均世界第一。在消費(fèi)方面，中國的機(jī)床消費(fèi)甚至比排名第二位至第六位國家的總和還多；在生產(chǎn)方面，中國機(jī)床生產(chǎn)總額是排名第二的日本的 1.6 倍；然而，在出口方面，中國只排在了第四位，并且只是排名第一位國家德國機(jī)床出口額的 36%左右。和德國、日本有較大差距。由此說明，雖然我國機(jī)床行業(yè)得到了飛速發(fā)展，但處于大而不強(qiáng)的局面。《中國制造 2025》更是一針見血的指出了我國數(shù)控機(jī)床目前發(fā)展的瓶頸：國內(nèi)機(jī)床大部分性能指標(biāo)都可以與國外先進(jìn)機(jī)床相媲美，但國內(nèi)數(shù)控機(jī)床可靠性和精度保持性差[7]。目前，國外數(shù)控機(jī)床整機(jī)的 MTBF 普遍高于 2000 小時(shí)，而 2009 年我國確立的國家科技重大專項(xiàng)“高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”的目標(biāo)在十二五末 MTBF 才能達(dá)到 1500多小時(shí)，差距較大。因此，提高國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床可靠性水平是當(dāng)前機(jī)床發(fā)展急需解決的問題。

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第 2 章 數(shù)控機(jī)床用戶現(xiàn)場可靠性試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集與可靠性評估

2.1 引言

用戶現(xiàn)場可靠性試驗(yàn)按試驗(yàn)截尾方式不同可分為可靠性定數(shù)截尾試驗(yàn)與可靠性定時(shí)截尾試驗(yàn)�？煽啃远〝�(shù)截尾試驗(yàn)要求試驗(yàn)進(jìn)行到事先確定的故障個(gè)數(shù)即停止試驗(yàn)。定數(shù)截尾試驗(yàn)獲得的故障數(shù)是固定的，便于試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，但其試驗(yàn)周期是隨機(jī)不可控的，使試驗(yàn)人員無法預(yù)估試驗(yàn)費(fèi)用和試驗(yàn)周期等，造成試驗(yàn)計(jì)劃制訂困難�？煽啃远〞r(shí)截尾試驗(yàn)是指試驗(yàn)進(jìn)行到事先規(guī)定的時(shí)間即停止試驗(yàn)，其試驗(yàn)周期是可控的，能夠使試驗(yàn)人員易于控制可靠性試驗(yàn)的進(jìn)程，能夠?qū)υ囼?yàn)費(fèi)用、資源等預(yù)先調(diào)配，使試驗(yàn)有序、有計(jì)劃的進(jìn)行與管控。對于數(shù)控機(jī)床用戶來說，為了盡可能降低可靠性試驗(yàn)對企業(yè)正常生產(chǎn)的影響，更希望可靠性試驗(yàn)有明確的可靠性試驗(yàn)周期。因此用戶現(xiàn)場可靠性試驗(yàn)一般采用定時(shí)截尾試驗(yàn)方法。

2.2 數(shù)控機(jī)床用戶現(xiàn)場可靠性試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集

數(shù)控機(jī)床可靠性試驗(yàn)數(shù)據(jù)是指在各種可靠性活動中能夠描述數(shù)控機(jī)床可靠性水平和狀況的各種相關(guān)數(shù)據(jù)，可以是文字、符號、數(shù)字、圖表等。準(zhǔn)確收集數(shù)控機(jī)床可靠性試驗(yàn)數(shù)據(jù)能夠?yàn)楫a(chǎn)品的改進(jìn)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)提供信息，為管理人員提供生產(chǎn)決策，為提高可靠性、改進(jìn)維修性提供依據(jù)。數(shù)控機(jī)床可靠性試驗(yàn)數(shù)據(jù)具有以下特點(diǎn)：（1）隨機(jī)性，即數(shù)控機(jī)床故障的發(fā)生是隨機(jī)的，可以用隨機(jī)變量來表示，以數(shù)理統(tǒng)計(jì)理論進(jìn)行分析；（2）有價(jià)性，數(shù)控機(jī)床試驗(yàn)數(shù)據(jù)的收集需要大量的人力、物力和財(cái)力支持，數(shù)據(jù)的收集的成本較高；（3）時(shí)效性，試驗(yàn)采集的數(shù)據(jù)與數(shù)控機(jī)床所處的全生命周期階段的特點(diǎn)是相對應(yīng)的，同時(shí)，數(shù)控機(jī)床技術(shù)也在不斷發(fā)展，在經(jīng)歷較長時(shí)間后，原來的試驗(yàn)數(shù)據(jù)就不能完全反應(yīng)現(xiàn)有數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)了，因此試驗(yàn)數(shù)據(jù)具有時(shí)效性。（4）時(shí)間性，即數(shù)控機(jī)床試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集通常用時(shí)間來描述，這里的時(shí)間指的是廣義的時(shí)間，如換刀時(shí)間、換刀次數(shù)、生產(chǎn)時(shí)間、故障時(shí)間等[85]。

第 3 章 考慮工況差異的數(shù)控機(jī)床可靠性建模.........33

3.1 引言...........33
3.2 考慮工況差異的數(shù)控機(jī)床可靠性建模.........33
3.3 實(shí)例分析.............47
3.4 本章小結(jié)............60
第 4 章 考慮定時(shí)截尾數(shù)據(jù)的數(shù)控機(jī)床可靠性 Bootstrap 區(qū)間估計(jì)...........61
4.1 前言.......61
4.2 數(shù)控機(jī)床定時(shí)截尾試驗(yàn)時(shí)的故障時(shí)間數(shù)據(jù)............61
4.3 數(shù)控機(jī)床可靠性模型.......63
4.4 模型參數(shù)的點(diǎn)估計(jì)..............63
第 5 章 數(shù)控機(jī)床可靠性評估試驗(yàn)的試驗(yàn)周期設(shè)計(jì)........85
5.1 數(shù)控機(jī)床可靠性試驗(yàn)計(jì)劃分析...........85
5.2 可靠性試驗(yàn)周期設(shè)計(jì)判據(jù)..........87
5.3 基于 Bootstrap 方法的數(shù)控機(jī)床可靠性試驗(yàn)周期設(shè)計(jì)............. 89
5.4 實(shí)例分析........93

第 5 章 數(shù)控機(jī)床可靠性評估試驗(yàn)的試驗(yàn)周期設(shè)計(jì)

5.1 數(shù)控機(jī)床可靠性試驗(yàn)計(jì)劃分析

在數(shù)控機(jī)床可靠性試驗(yàn)前應(yīng)該制定詳細(xì)的可靠性試驗(yàn)計(jì)劃，擬定試驗(yàn)樣品抽取、試驗(yàn)程序制定、故障判據(jù)、試驗(yàn)周期、試驗(yàn)條件、試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理等各項(xiàng)試驗(yàn)原則[171]�？煽啃栽囼�(yàn)計(jì)劃主要包括以下內(nèi)容：（1）確定被試數(shù)控機(jī)床規(guī)定的可靠性指標(biāo)通常以被試機(jī)床的 MTBF 的點(diǎn)估計(jì)和區(qū)間估計(jì)作為數(shù)控機(jī)床可靠性的評價(jià)指標(biāo)。（2）確定被試數(shù)控機(jī)床可靠性試驗(yàn)的條件數(shù)控機(jī)床可靠性試驗(yàn)條件通常包括：可用于試驗(yàn)的數(shù)控機(jī)床數(shù)量、型號、數(shù)控機(jī)床能夠用于可靠性試驗(yàn)的時(shí)間、數(shù)控機(jī)床所處的應(yīng)力環(huán)境、維修條件等。不同的試驗(yàn)?zāi)康膶υ囼?yàn)條件的要求是不同的。例如，當(dāng)試驗(yàn)以檢測數(shù)控機(jī)床安全性為試驗(yàn)?zāi)康臅r(shí)，試驗(yàn)條件應(yīng)是在使用條件下應(yīng)力最大的情況，這里的使用條件一般在數(shù)控機(jī)床使用說明書中有明確規(guī)定。（3）確定試驗(yàn)中對數(shù)控機(jī)床性能的檢測要求及指標(biāo)數(shù)控機(jī)床性能一般由各子系統(tǒng)的性能來體現(xiàn)，如主軸系統(tǒng)、自動換刀裝置、進(jìn)給系統(tǒng)、電氣裝置、冷卻潤滑裝置等子系統(tǒng)的性能。在試驗(yàn)前要確定對這些性能的檢測方法、檢測工裝以及檢測要求，要達(dá)到的相應(yīng)的具體的指標(biāo)。對于要檢測的性能，要制定監(jiān)測點(diǎn)以及監(jiān)測周期、檢測的手段等。

5.2 可靠性試驗(yàn)周期設(shè)計(jì)判據(jù)

產(chǎn)品進(jìn)行可靠性試驗(yàn)時(shí)，合理的可靠性試驗(yàn)周期設(shè)計(jì)不僅應(yīng)使試驗(yàn)費(fèi)用盡可能低，而且也應(yīng)使可靠性試驗(yàn)評估精度達(dá)到預(yù)先設(shè)定的精度要求。在實(shí)際的產(chǎn)品可靠性試驗(yàn)中，，由于產(chǎn)品可靠性試驗(yàn)?zāi)康牟煌�或被試產(chǎn)品類型的差異，其可靠性試驗(yàn)周期設(shè)計(jì)方法往往也是不同的。無論是什么樣的試驗(yàn)周期設(shè)計(jì)方法，其試驗(yàn)周期的確定都有一個(gè)判定規(guī)則——判據(jù)�？煽啃栽囼�(yàn)周期設(shè)計(jì)判據(jù)也可以解釋為：確定可靠性試驗(yàn)進(jìn)行到特定時(shí)間停止的依據(jù)。不同的試驗(yàn)周期設(shè)計(jì)方法，其判據(jù)也是不同的。（1）平均故障間隔工作時(shí)間 MTBF 的瞬時(shí)值---可靠性增長試驗(yàn)的試驗(yàn)周期確定方法
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第 6 章 總結(jié)與展望

本文結(jié)合國家科技重大專項(xiàng)課題，以國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床為研究對象，研究并制定了數(shù)控機(jī)床用戶現(xiàn)場可靠性定時(shí)截尾試驗(yàn)時(shí)工況信息采集流程和方法，提出了一種考慮工況差異的數(shù)控機(jī)床可靠性建模方法；進(jìn)一步提出了一種基于 Bootstrap 重抽樣的數(shù)控機(jī)床可靠性的區(qū)間估計(jì)方法；研究并給出了一種數(shù)控機(jī)床可靠性試驗(yàn)周期設(shè)計(jì)方法。本文主要研究成果如下：（1）在分析數(shù)控機(jī)床用戶現(xiàn)場可靠性試驗(yàn)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了數(shù)控機(jī)床工況信息采集流程和方法。設(shè)計(jì)了故障信息與工況信息記錄的對應(yīng)標(biāo)識方法，使現(xiàn)場試驗(yàn)得到的故障信息與工況信息準(zhǔn)確對應(yīng)。以用戶現(xiàn)場可靠性試驗(yàn)不能影響用戶正常生產(chǎn)為前提條件，提出了切削力、換刀次數(shù)、切削液等工況信息的采集與數(shù)據(jù)分析方法。對用戶現(xiàn)場定時(shí)截尾試驗(yàn)獲得的故障數(shù)據(jù)進(jìn)行了未考慮工況差異的數(shù)控機(jī)床可靠性建模與評估。

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參考文獻(xiàn)（略）

本文編號：356791