加工中心部件故障相关度评估


伯特利数控 加工中心  钻攻中心  

 前言:

 加工中心故障相关性、功能先进性及其结构复杂性,导致系统故障存在相关性,使系统多模、连锁故障频率有增加趋势.早在50年代,在核反应堆设计和操作的初始阶段就发现了相关失效现象,1962年Lennox等将其称为交叉摇合故障.相关失效分析主要包括定性分析和定量计算.定性分析常用方法是显示模型法,如事件树、故障树、因果表等;定量计算主要指参数模型,如B因子模型、C因子模型、基本参数(BP)模型、a因子模型、多希腊字母MGL)模型等数,但这些定量模型多以共因失效为主[1].Pickles[2]借助Domino骨牌将独立的可靠性评价扩展成连续失效过程,借助指定的系数来刻画某一子系统故障对其相邻子系统的影响,但因假定的失效序列比较单一,无法适用于故障的多路径传递方式;Sim[3_4]构建了定量化分析关联故障的可靠性模型,并结合故障数据计算子系统的相关系数,但是该相关系数是一个综合指标.很多学者借助Copula函数来研究故障相关性问题[5-7],文献[8]GumbelCopula函数建立CNC装备部件故障间函数关系,但无法体现相关关系的作用方向.还有一些学者应用复杂系统相关理论对连锁关联故障进行研究,主要包含两个方面:一是基于复杂网络理论的“小世界网络”模型WWatts构造模型[i"]Hlme[||]的相隔中心性模型、MotterLai模型[1- 13]等进彳了连锁关联故障机理分析;二是利用Carlo模拟法[14]、递归算法[15]、基于AHP和灰色关联度选择故障序列等进行连锁关联故障路径搜索[|6_17].加工中心部件相关故障是连锁故障类型,且不存在冗余,因此,不能直接照搬电力系统连锁故障分析及相关度计算方法.

本文将相关故障机理分析与图论相结合,建立系统部件故障传递有向图,使系统部件相关度评估转化为复杂网络节点重要度计算,由邻接矩阵及其转置变换并结合Pagemnk算法,实现加工中心系统部件故障相关度求解.

1系统关联故障建模与评估原理

工程实际中,系统部件的故障事件可能从系统中某一故障源开始,继而引发系列元件故障,这种关联故障的迅速传播最终导致系统崩溃.本文引入图论构建系统部件故障传递有向图模型,将部件节点相关度转化为节点重要度.应用邻接矩阵量化图中节点关联关系,邻接矩阵归一及转置变换形成系统状态转移矩阵,结合pagemnk算法实现故障传递有向图中节点相关度计算.

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结束语:

 1)    故障相关度的大小与部件间故障关联关系成正比,存在故障相关关系的部件的故障相关度大于不存在故障相关关系的部件的故障相关度;

2)    故障相关度反映部件在故障传递中的位置.若部件被影响度大,影响度小,说明其是故障表象部件;反之,影响度大而被影响度小的是故障源部件,这有助于故障诊断与维护.

3)    通过对某加工中心相关故障数据分析发现,进给系统、刀库和主轴系统的被影响度比较高,这些子系统属于执行机构,是故障表象子系统;电气系统、润滑系统、液压系统、气动系统等子系统的影响度比较高,它们属于动力或控制系统,属于故障源子系统.这与故障相关性定性分析结果一致,说明该方法是合理有效的.

4)    基于Pagenmk算法的子系统相关度计算,能够定量评价系统部件故障相关度,为后续的系统部件故障率计算、可靠性评价及可靠性分配等研究奠定理论基础.

 

 

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