数控机床可靠性多尺度精细建模方法研究

Reliability modeling is one of the key links on the reliability of the general technology.A correct reliability modeling is an important prerequisite for carrying out reliability design, reliability test and reliability growth.Based on the reliability of the control technology of NC machine in the application of this project.Study on dynamic change law of reliability under time scale and functional scale.Fine division principle is obtained for multiple time reliability scale and multiple function scale. A hierarchical tree structure model is established. The relationship of reliability-time and reliability-function is researched.Using piece wise logistic mapping bifurcation diagram and Lyapunov index equation to establish a mapping model. Research the transmission mechanism of multiple-time scale and multiple-function scale data .Using the method of discrete wavelet to transfer from fine scale observation to coarse scale and obtain a transfer function. Research on across the scale reliability data integration mechanism, a integration model of the nc machine tool reliability across scales is established.In this paper, a large number of reliability data test research work is carried out on two kinds of typical machine tools. Application of experimental results to improve the reliability of multiple scale fine modeling theory, finally get the correct method of reliability modeling.

可靠性建模是可靠性基础共性技术的关键环节之一，正确的可靠性建模是开展数控机床可靠性设计、可靠性试验和可靠性增长的重要前提。本课题在申请者研究数控机床可靠性控制技术的基础上，研究时间尺度与功能尺度下可靠性的动态渐变规律，获得可靠性的多时间尺度与多功能尺度的精细划分原则，建立层次树结构模型。研究可靠性-时间、可靠性-功能间的映射关系，利用分段logistic映射的分岔图和Lyapunov指数方程，建立映射模型。研究可靠性多时间尺度与多功能尺度数据的传递机理，利用离散小波变换将细尺度观测值向粗尺度传递，获得数控机床可靠性的多时间尺度传递函数与多功能尺度传递函数。研究可靠性跨尺度数据集成机理，建立数控机床可靠性跨尺度精细集成模型。在两类典型机床上进行大量的可靠性数据试验研究工作，应用试验结果完善可靠性的多尺度精细建模理论，获得正确的可靠性建模方法，为提高数控机床可靠性提供理论和使能技术支撑。

从不同的视角研究可靠性建模问题，为可靠性建模趋于精确提供保障，是数控机床可靠性控制的重要前提。本项目从整机功能尺度、部件运动尺度、元动作尺度研究可靠性的映射机理，建立映射模型，制定元动作尺度的确定原则；研究各元动作的多属性特征表达方式，利用可变精度粗糙集理论对元动作单元进行分类。各类元动作单元的装配情景是保障其可靠性的关键环节，本项目建立了元动作单元装配情景的贝叶斯网络结构，利用证据推理法实现了元动作单元装配情景异常概率的智能推理，获取了元动作单元输出的异常概率，以元动作故障为起点进行了贝叶斯网络反向推理，识别出导致元动作故障的各装配情景异常概率。针对元动作装配情景异常结果，确定误差源，结合误差源与装配尺寸链建立不同类别元动作装配过程误差传递模型，构建装配误差传递有向图，基于有向图建立系统动力学下装配误差传递累积模型并进行仿真分析，为装配过程可靠性的动态控制奠定基础。元动作装配单元运转时受自身零件装配优良程度和零件的可靠性以及工作环境的影响会出现振动异常，此振动往往突发、不可控且会造成元动作单元工作性能下降，本项目结合主动控制思想采用简易、精准的作动装置建立了一种智能的振动控制系统，设计了变论域自适应模糊PID控制器，搭建了机械元动作单元振动控制系统试验平台，试验结果表明，该系统表现出极好的消振性以及具有突出的自适应能力。元动作单元运行过程中隐性故障随时间尺度其状态繁多且转移过程复杂，本项目提出了一种基于振动信号分析与马尔可夫（Markov）过程融合的机械元动作单元隐性故障多状态系统可靠性建模分析方法，得出其状态概率、瞬时可用度、瞬时平均性能及瞬时平均性能缺额的变化曲线，为元动作多状态隐性故障的识别提供有效的途径。.现阶段的研究从不同的功能尺度视角、时间尺度视角着重对元动作单元可靠性建模问题进行了深入研究，为后续数控机床可靠性控制提供使能技术。