CN109901515A - 一种基于owa算子的重型机床可靠性分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于OWA算子的重型机床可靠性分配方法，属于机床可靠性设计领域，具体是首先根据所研究的重型机床的结构和功能特征，将机床划分成若干机床子系统。其次确定影响重型机床可靠性分配的重要因素种类，根据这些影响因素确定可靠性分配的准则，然后利用最小可变性OWA权重法计算出这些影响因素在可靠性分配过程中的顺序权重值。最后，根据重型数控机床设计数据和机床故障数据得到在各影响因素下机床各子系统所占的权重值并利用OWA算子集结所有权重信息，进行归一化后得到各子系统可靠性分配比例，然后根据机床整机可靠性目标，得出机床各子系统的可靠性指标。

Description

一种基于OWA算子的重型机床可靠性分配方法

技术领域

本发明涉及到重型数控机床的可靠性分配方法，属于机床可靠性设计领域。

背景技术

重型数控机床是一种先进制造技术的基础与核心设备，广泛应用于国防、交通、航天等重点领域的生产之中，并制约着制造领域和各高新科技的发展。目前国产重型数控机床在种类、精度等方面取得了显著进展，但可靠性指标与国际水平存在明显差距，严重影响国产重型装备的市场的竞争力。随着对机床可靠性的研究不断加大，机床可靠性相关理论不断发展，但由于重型机床产品数量较少，又广泛应用于军工企业，所以关于重型数控机床可靠性的研究并不多。首先机床可靠性是设计出来的，而可靠性分配技术是可靠性设计的重点内容，采用正确的可靠性分配方法可以从源头上提高重型数控机床的可靠性水平，因此提出一个简单正确的重型数控机床可靠性分配技术方法，对提高机床可靠性具有重大意义和作用。

目前关于机床可靠性分配的方法比较多，主要分为两类，一类是基于专家经验的分配方法，这些方法对于不确定信息会利用专家经验来解决，导致引入主观因素干扰，分配结果和实际情况会产生一定的差距。另一类是完全基于客观数据的机床可靠性分配方法，这类方法利用到的数据种类比较少，考虑到的影响因素也比较少。为了避免人的主观因素影响，提出一种基于机床设计数据和机床故障数据并充分考虑到多种影响因素的方法是很必要的。

本发明利用机床设计数据和故障数据，结合OWA算子及其相关理论得到重型机床各子系统的可靠性分配权重。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于OWA算子的重型数控机床可靠性分配方法，主要步骤是：首先根据所研究的重型机床的结构和功能特征，将机床划分成若干机床子系统。其次确定影响重型机床可靠性分配的重要因素种类，根据这些影响因素确定可靠性分配的准则，然后利用最小可变性OWA权重法计算出这些影响因素在可靠性分配过程中的权重值。最后，根据重型数控机床设计数据和机床故障数据得到在各影响因素下机床各子系统所占的权重并利用OWA算子集结所有权重信息，进行归一化后可得到各子系统可靠性分配比例，使机床可靠性总体目标合理的分配到各个子系统上，从而提高国产重型数控机床的可靠性。

本发明采用的技术方案为一种基于OWA算子的重型机床可靠性分配方法，具体包括如下步骤：

步骤1：每种机床都有不同的结构形式，根据所研究的重型数控机床的结构特征和功能原理，对其进行子系统划分并列举出来，划分的子系统数目为m。

步骤2：确定出需要考虑的影响重型数控机床可靠性分配的因素为易损度、易维修性、成本、工作时间和重要程度等5个。

步骤3：利用最小可变性OWA权重法计算关于这5个影响因素的顺序权重。设影响因素的顺序权重向量为则权重值的计算公式如下所示：

当时，

当j∈{2,…,n-1}时，

其中参数α取0.7，n表示影响因素个数。

步骤4：结合5种影响因素，利用机床设计时的数据和机床故障数据进行权重计算，得出各个子系统在各影响因素下的权重值。权重值的计算需要按照统一的标准，以下给出了权重值的计算标准：

(1)易损度：子系统损坏度是指子系统中容易出现故障的零部件的数量，子系统中容易出故障的零部件越多，子系统越容易出故障，所以分配的可靠性越低。所以基于机床故障信息数据，统计机床出现故障的零部件种类，确定所有故障零部件所属子系统，设每个子系统中出现故障的零部件的数量为S_i，i＝1,…,m，则每个子系统易损度的权重计算公式为：

(2)易维修性：易维修性是指子系统出故障后容易维修的程度，主要是以维修时间和维修成本来衡量，维修时间容易受到多种因素影响，所以这里采用维修成本量衡量易维修性。越容易维修的子系统，维修成本越低，应分配越低的可靠性。设每个子系统的维修成本为M_i，所有子系统的维修成本总和为M，则每个子系统易维修性的权重计算公式为：

(3)成本：子系统的成本是指每个子系统制造完成所花费的成本，成本越高的子系统，应分配越高的可靠性。设每个子系统的成本为C_i，所有子系统的成本总和为C，则每个子系统成本的权重计算公式为：

(4)工作时间：子系统工作时间越长，可靠性随之降低，故障率随之增加，所以对于工作时间越长的子系统，应分配越低的可靠性。机床的准备时间和从一个工作任务完成到另一个工作任务完成时，每个子系统完成其规定功能的时间为T_i，则每个子系统工作时间的权重值计算公式为：

(5)重要程度：子系统的重要程度是指子系统的故障频数，子系统故障频数越高，其对整机可靠性影响越大，所以应分配的可靠性越高。设每个子系统故障频数为Z_i，所有子系统的故障频数总和为Z，则每个子系统重要程度的权重值计算公式为：

步骤5：利用OWA算子集结所有子系统的权重信息，得到各个子系统的综合权重值θ_i。

其中b_j表示中第j个大的数值。

步骤6：将综合权重值进行归一化，得到各子系统可靠性分配比例k_i。

步骤7：根据分配比例计算各子系统可靠性，完成重型数控机床的可靠性分配。

各个子系统的可靠度R_i的计算公式：

其中R_s是机床整体的可靠度，R_i是分配给第i个子系统的可靠度。

附图说明

图1是本发明方法实施的流程图。

具体实施方式

本发明以某国产重型数控龙门铣床为例，对上述重型机床可靠性分配方法进行验证。具体包括如下步骤：

步骤1：对该重型数控机床进行子系统划分，根据机床的机构形式和工作原理将其划分成9个子系统，如下表1所示：

表1 重型数控龙门铣床的子系统划分结果

步骤2：影响机床可靠性分配的因素有易损度、易维修性、成本、工作时间和重要程度等5个。

步骤3：利用最小可变性OWA权重法计算这5个影响因素的顺序权重。

同理得：

综上，5个影响因素的顺序权重值为：

步骤4：结合五种影响因素，利用机床设计时的数据和故障数据进行权重计算，得出各个子系统在所有影响因素下的权重值。选取10台机床运行一年的数据进行计算，得到各子系统在每个影响因素下的权重值。

(1)各子系统易损度的权重为：

μ_S＝(0.02,0.14,0.08,0.36,0.04,0.08,0.16,0,0.12)

(2)子系统易维修性的权重为：

μ_S＝(0.121,0.108,0.104,0.083,0.116,0.119,0.11,0.125,0.114)

(3)子系统成本的权重为：

μ_C＝(0.122,0.119,0.114,0.123,0.125,0.122,0.09,0.108,0.078)

(4)子系统工作时间的权重为：

μ_T＝(0.131,0.126,0.131,0.131,0.066,0.123,0.033,0.131,0.126)

(5)子系统重要程度的权重为：

μ_Z＝(0.1235,0.0979,0.116,0.1054,0.1145,0.116,0.0964,0.125,0.1054)

步骤5：利用OWA算子集结所有权重信息，得到综合权重值θ_i为：

θ₁＝0.121，θ₂＝0.127，θ₃＝0.118，θ₄＝0.207，θ₅＝0.085，

θ₆＝0.119，θ₇＝0.12，θ₈＝0.12，θ₉＝0.118。

步骤6：将综合权重值进行归一化，得到各子系统可靠性分配比例k_i为：

k₁＝0.107，k₁＝0.112，k₁＝0.104，k₁＝0.182，k₁＝0.075，

k₁＝0.105，k₁＝0.105，k₁＝0.106，k₁＝0.104。

步骤7：利用分配比例计算子系统可靠性。

设定所研究的重型机床整机的可靠度R_s为0.85，则利用公式(11)计算得到各个子系统的可靠度为：

液压与气动系统可靠度为0.9828；进给系统可靠度为0.982；主轴系统可靠度为0.9832；电气系统可靠度为0.9709；润滑系统可靠度为0.9779；冷却系统可靠度为0.9831；刀库系统可靠度为0.9831；数控系统可靠度为0.9829，基础部件可靠度为0.9832。

Claims (1)

1.一种基于OWA算子的重型机床可靠性分配方法，其特征在于：具体包括如下步骤，

步骤1：每种机床都有不同的结构形式，根据所研究的重型数控机床的结构特征和功能原理，对其进行子系统划分并列举出来，划分的子系统数目为m；

步骤2：确定出需要考虑的影响重型数控机床可靠性分配的因素为易损度、易维修性、成本、工作时间和重要程度5个；

步骤3：利用最小可变性OWA权重法计算关于这5个影响因素的顺序权重；

设影响因素的顺序权重向量为则权重值的计算公式如下所示：

当时，

当j∈{2,…,n-1}时，

其中参数α取0.7，n表示影响因素个数；

步骤4：结合5种影响因素，利用机床设计时的数据和机床故障数据进行权重计算，得出各个子系统在各影响因素下的权重值；权重值的计算需要按照统一的标准，以下给出了权重值的计算标准：

(1)易损度：子系统损坏度是指子系统中容易出现故障的零部件的数量，子系统中容易出故障的零部件越多，子系统越容易出故障，所以分配的可靠性越低；所以基于机床故障信息数据，统计机床出现故障的零部件种类，确定所有故障零部件所属子系统，设每个子系统中出现故障的零部件的数量为S_i，i＝1,…,m，则每个子系统易损度的权重计算公式为：

(2)易维修性：易维修性是指子系统出故障后容易维修的程度，以维修时间和维修成本来衡量，维修时间容易受到多种因素影响，所以这里采用维修成本量衡量易维修性；越容易维修的子系统，维修成本越低，应分配越低的可靠性；设每个子系统的维修成本为M_i，所有子系统的维修成本总和为M，则每个子系统易维修性的权重计算公式为：

(3)成本：子系统的成本是指每个子系统制造完成所花费的成本，成本越高的子系统，应分配越高的可靠性；设每个子系统的成本为C_i，所有子系统的成本总和为C，则每个子系统成本的权重计算公式为：

(4)工作时间：子系统工作时间越长，可靠性随之降低，故障率随之增加，所以对于工作时间越长的子系统，应分配越低的可靠性；机床的准备时间和从一个工作任务完成到另一个工作任务完成时，每个子系统完成其规定功能的时间为T_i，则每个子系统工作时间的权重值计算公式为：

(5)重要程度：子系统的重要程度是指子系统的故障频数，子系统故障频数越高，其对整机可靠性影响越大，所以应分配的可靠性越高；设每个子系统故障频数为Z_i，所有子系统的故障频数总和为Z，则每个子系统重要程度的权重值计算公式为：

步骤5：利用OWA算子集结所有子系统的权重信息，得到各个子系统的综合权重值θ_i；

其中b_j表示中第j个大的数值；

步骤6：将综合权重值进行归一化，得到各子系统可靠性分配比例k_i；

步骤7：根据分配比例计算各子系统可靠性，完成重型数控机床的可靠性分配；

各个子系统的可靠度R_i的计算公式：

其中R_s是机床整体的可靠度，R_i是分配给第i个子系统的可靠度。