基于贝叶斯网络的链式刀库及ATC可靠性分析

发布时间：2020-09-24 15:30

　　本文以国家科技重大专项为依托,以国产某系列卧式加工中心链式刀库及自动换刀装置(Automatic Tool Changer,ATC)为研究对象,应用FMEA、SADT等技术建立链式刀库及ATC贝叶斯网络模型,基于证据理论确定根节点故障率区间,基于贝叶斯推理进行链式刀库及ATC可靠性分析,确定薄弱环节,为有针对性实现产品可靠性增长奠定基础。首先分析国产某系列卧式加工中心链式刀库及ATC工作原理,对其进行部件划分,使用FMEA法得到部件、子系统间故障相关关系,据此采用结构化分析和设计技术建立其SADT模型,基于模型间的映射关系,将SADT模型转化为链式刀库及ATC贝叶斯网络模型;其次针对链式刀库及ATC可靠性数据缺失导致贝叶斯网络根节点故障率不确定性问题,引入证据理论对设计、制造装配与使用等阶段可靠性信息进行融合,以似然函数与信任函数表示部件故障率区间的上下限,计算出贝叶斯网络中根节点故障率区间;最后在链式刀库及ATC贝叶斯网络模型及根节点故障率区间基础上,结合贝叶斯正向、反向推理技术确定了链式刀库及ATC系统故障率区间及各根节点代表的部件后验故障率区间,并通过根节点重要度分析及后验故障率分析、叶节点故障率分析及基于离散时间贝叶斯网络模型的动态分析等确定其可靠性薄弱环节,为可靠性改进指明方向。
【学位单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG71
【部分图文】：

刀子,贝叶斯网络,代码,链式刀库

对于链式刀库及 ATC 系统，直接将其 SADT 模型转化为 BN 结构模型有较大难度，容易出现疏漏。这里先将各个子系统 SADT 模型分别转化为子系统 BN结构模型，再根据子系统间功能依赖关系连接各子系统 BN 结构模型，得到链式刀库及 ATC 的 BN 结构模型。SADT 模型向 BN 结构模型转化遵循以功能为中心的原则，将系统状态抽象为叶节点T ，将链式刀库及 ATC 的 SADT 模型中各个基础部件抽象表示为根节点lx，将由一个或多个基础部件共同完成某功能抽象为中间节点my ，将完成该功能所需要的输入条件、输出条件分别表示为该中间节点的父节点与子节点。本文使用 MATLAB 中的 BNT 工具箱建立链式刀库及 ATC 贝叶斯网络模型。这里以储刀选刀子系统为例，先将储刀选刀子系统中节点之间的关系作为输入条件，输入如图 2.7 所示代码，得到图 2.8 所示储刀选刀子系统贝叶斯网络模型。

刀子,结构模型

图 2.8 储刀选刀子系统 BN 结构模型对于整个链式刀库及 ATC 系统，输入节点之间的关联信息，最终得到链式刀库及 ATC 贝叶斯网络结构模型，模型中所有节点意义如表 2.5 所示。表 2.5 整个贝叶斯网络中节点含义节点节点含义节点节点含义节点节点含义节点节点含义1x 支撑结构16x 键块、销31x 拉杆8y 控制装置2x 刀套链17x伺服电机232x空气压缩机9y 执行装置3x 刀套18x 凸轮33x三相交流电源10y主轴侧松拉刀4x 减速机构19x换刀传动杆34x数控硬件结构11y机械手松拉刀5x 伺服电机 120x 驱动用链35x数控软件程序12y主轴松拉刀6x 链轮21x 锥齿轮36x 齿轮齿条13y 动力源

曲线,模糊语言,隶属函数,可靠程度

取 a 0.6为例在坐标纸上绘制图3.4 所示隶属函数曲线，由图可知模糊子集之间存在以下包含关系：* * ** * * 1 2 37 6 5A A AA A A……………………………（3.23）表 3.3 修正后证据判断假设评价准则判断假设评价准则极可靠1A 可靠程度最高，正常情况肯定不发生故障，故障率6 0.1 10 h 很可靠2A可靠程度很高，基本不发生故障，故障率6 60.1 10 h 0.5 10h 可靠3A可靠程度较高，故障率6 60.5 10 h 10h 临界可靠4A可靠程度一般，正常情况可能发生故障，故障率6 610 h 10 10h 不可靠5A可靠程度较低，故障频率一般，故障率6 610 10 h 50 10h 很不可靠6A可靠程度很低，故障频率较高，故障率6 650 10 h 100 10h 极不可靠7A可靠程度极低

【参考文献】