基于全寿命周期故障分析的数控系统关键部件进化设计研究
发布时间：2021-07-21 13:22
数控系统是现代机床的“大脑”,由于能控制机床的不同运动状态,所以在整个产品中有着举足轻重的作用。随着我国工业的发展以及“中国制造2025”的战略规划要求,机床行业对数控系统要求越来越高。然而国内对数控系统全寿命周期的认知较为贫乏,导致关键部件的辨识不够明确,优化效果不明显等问题,这成为了我国数控系统走向国际高端市场的绊脚石,因此对国产数控系统的升级换代刻不容缓。本文依托国家《高档数控机床与基础制造装备》科技重大专项“面向航空发动机典型零部件制造的国产数控系统换脑工程”（项目号:2017ZX04011013）,针对国内某企业GNC60型号的数控系统为研究对象,在TRIZ理论的相关进化法则指导下,提出了一种基于全寿命周期故障数据分析的进化设计方法。首先,通过全寿命周期的分析方法,确定了数控系统的薄弱子系统;其次,基于决策与实验室方法和优劣解距离法（DEMATEL-TOPSIS）,得到了数控系统薄弱子系统的关键部件;最后,应用遗传算法和数值模拟的方法对关键部件进行了散热设计。该研究方法对故障数据较多、寿命周期较长、关键部件不明确的系统同样适用。论文的主要内容包括以下几个方面:（1）TRIZ理...
【文章来源】：重庆理工大学重庆市
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
全寿命周期故障数据统计
重庆理工大学硕士学位论文20图3.3全寿命周期故障数据统计根据图3.3可知，数控系统中故障原因发生最高的寿命周期阶段是使用阶段，其次是设计阶段，制造阶段和报废阶段。因此，针对数控系统使用阶段的故障数据进行进一步分析。对数控系统划分为5个子系统[55]，并进行故障部位统计，如表3.2所示。表3.2子系统使用阶段的故障统计表子系统故障次数伺服驱动系统52PLC装置系统53CNC装置系统10检测装置系统17I/O设备系统5为了直观、形象的描述表3.2中的子系统故障部位，这里将用柱状图来代替统计表，如图3.4所示。图3.4故障部位统计由图3.4可知，数控系统使用阶段故障部位发生故障频率最高的为PLC装置系统，其次是伺服驱动系统，检测装置系统，CNC装置系统和I/O设备系统。3.3.2子系统重要性计算根据上一节中的图3.4故障部位统计，PLC装置系统的故障次数最高，如果就这样认为PLC装置系统为薄弱子系统，很明显依据不够。因为伺服驱动系统跟PLC装
重庆理工大学硕士学位论文22表3.4子系统重要性计算结果（续表）BsI(4,p)0.00059teBsI(5,p)0.00031te在3.3.1节中是以使用阶段进行分析，因此取2000h的使用运行时间进行计算。用MATLAB软件计算出运行时间2000h的重要性测度图3.5所示。图3.5子系统重要性测度运行图根据图3.5分析可知，伺服驱动系统（y1）重要性是最高的，第二是PLC装置系统（y2），第三是检测装置系统（y3），然后是CNC装置系统（y4）和I/O设备系统（y5）。通过子系统重要性计算，可以明显看出伺服驱动系统的重要性高于PLC装置系统。其原因是PLC装置系统的故障模式中，失调的故障模式居多，维修时间较短，对系统的影响较小，维修费用比较低，对工作人员和现场环境安全影响也不大。而伺服驱动系统检修繁琐复杂，维修时间较长，因此PLC装置系统的重要性低于伺服驱动系统，与工程实际相符合。由此可以发现，故障频率高的系统不一定比故障频率低的重要性高。此模型弥补了FMECA中频率统计的不足。因此，可以得出数控系统的薄弱子系统为伺服驱动系统。3.3.3伺服驱动系统重要故障统计进一步分析薄弱子系统，得到子系统的重要故障模式。具体分析流程如图3.6所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]面向生命周期的产品低碳优化设计[J]. 戚梦佳,刘丽兰,马仁飞. 制造业自动化. 2018(11)
[2]面向电子系统间歇故障的改进RPN计算框架[J]. 吴虎胜,盛晟,凌晓冬,段东立. 电子测量与仪器学报. 2017(09)
[3]适用于器件级到系统级热仿真的IGBT传热模型[J]. 刘宾礼,罗毅飞,肖飞,汪波. 电工技术学报. 2017(13)
[4]基于DEMATEL权重-TOPSIS法的三峡升船机事故隐患研究[J]. 王建平,刘成友,陈述,王美如,李智. 水力发电. 2017(06)
[5]基于产品全生命周期的产品规划建模与应用[J]. 李柏姝,张刚,黄燕飞. 机械工程学报. 2017(19)
[6]通用电子产品全寿命周期可靠性分析方法[J]. 王宇,王欣汝,黄进永,刘舜鑫. 电子产品可靠性与环境试验. 2017(01)
[7]数控机床轴承全生命周期数据管理系统关键技术开发[J]. 许明莉,马伟,薛玉君,郭媛媛. 机械设计与制造. 2015(08)
[8]伺服驱动器散热器的热设计优化[J]. 史贤忠,杜佳星,刘缵阁,周武. 机电工程. 2014(04)
[9]高频大功率开关电源结构的热设计[J]. 何文志,丘东元,肖文勋,张波. 电工技术学报. 2013(02)
[10]电子风扇与散热器距离匹配的试验研究[J]. 李毅,董琳,张延静. 装备制造技术. 2012(09)
博士论文
[1]面向全寿命周期管理的刀具直接标识与信息追踪技术研究[D]. 王苏安.西北工业大学 2007
[2]面向机构构型设计的进化设计原理和方法的研究[D]. 李洪杰.华中科技大学 2004
硕士论文
[1]科技专家评价方法研究与实现[D]. 杨青梅.华南理工大学 2017
[2]紧凑型散热结构设计分析[D]. 陈苏蓉.江苏科技大学 2017
[3]TRIZ创新原理在中国公共管理中的应用[D]. 沈甘霖.东北大学 2014
[4]数控加工刀具全生命周期智能化管理系统的研发与应用[D]. 郑飞.重庆大学 2007
本文编号：3295101
【文章来源】：重庆理工大学重庆市
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
全寿命周期故障数据统计
重庆理工大学硕士学位论文20图3.3全寿命周期故障数据统计根据图3.3可知，数控系统中故障原因发生最高的寿命周期阶段是使用阶段，其次是设计阶段，制造阶段和报废阶段。因此，针对数控系统使用阶段的故障数据进行进一步分析。对数控系统划分为5个子系统[55]，并进行故障部位统计，如表3.2所示。表3.2子系统使用阶段的故障统计表子系统故障次数伺服驱动系统52PLC装置系统53CNC装置系统10检测装置系统17I/O设备系统5为了直观、形象的描述表3.2中的子系统故障部位，这里将用柱状图来代替统计表，如图3.4所示。图3.4故障部位统计由图3.4可知，数控系统使用阶段故障部位发生故障频率最高的为PLC装置系统，其次是伺服驱动系统，检测装置系统，CNC装置系统和I/O设备系统。3.3.2子系统重要性计算根据上一节中的图3.4故障部位统计，PLC装置系统的故障次数最高，如果就这样认为PLC装置系统为薄弱子系统，很明显依据不够。因为伺服驱动系统跟PLC装
重庆理工大学硕士学位论文22表3.4子系统重要性计算结果（续表）BsI(4,p)0.00059teBsI(5,p)0.00031te在3.3.1节中是以使用阶段进行分析，因此取2000h的使用运行时间进行计算。用MATLAB软件计算出运行时间2000h的重要性测度图3.5所示。图3.5子系统重要性测度运行图根据图3.5分析可知，伺服驱动系统（y1）重要性是最高的，第二是PLC装置系统（y2），第三是检测装置系统（y3），然后是CNC装置系统（y4）和I/O设备系统（y5）。通过子系统重要性计算，可以明显看出伺服驱动系统的重要性高于PLC装置系统。其原因是PLC装置系统的故障模式中，失调的故障模式居多，维修时间较短，对系统的影响较小，维修费用比较低，对工作人员和现场环境安全影响也不大。而伺服驱动系统检修繁琐复杂，维修时间较长，因此PLC装置系统的重要性低于伺服驱动系统，与工程实际相符合。由此可以发现，故障频率高的系统不一定比故障频率低的重要性高。此模型弥补了FMECA中频率统计的不足。因此，可以得出数控系统的薄弱子系统为伺服驱动系统。3.3.3伺服驱动系统重要故障统计进一步分析薄弱子系统，得到子系统的重要故障模式。具体分析流程如图3.6所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]面向生命周期的产品低碳优化设计[J]. 戚梦佳,刘丽兰,马仁飞. 制造业自动化. 2018(11)
[2]面向电子系统间歇故障的改进RPN计算框架[J]. 吴虎胜,盛晟,凌晓冬,段东立. 电子测量与仪器学报. 2017(09)
[3]适用于器件级到系统级热仿真的IGBT传热模型[J]. 刘宾礼,罗毅飞,肖飞,汪波. 电工技术学报. 2017(13)
[4]基于DEMATEL权重-TOPSIS法的三峡升船机事故隐患研究[J]. 王建平,刘成友,陈述,王美如,李智. 水力发电. 2017(06)
[5]基于产品全生命周期的产品规划建模与应用[J]. 李柏姝,张刚,黄燕飞. 机械工程学报. 2017(19)
[6]通用电子产品全寿命周期可靠性分析方法[J]. 王宇,王欣汝,黄进永,刘舜鑫. 电子产品可靠性与环境试验. 2017(01)
[7]数控机床轴承全生命周期数据管理系统关键技术开发[J]. 许明莉,马伟,薛玉君,郭媛媛. 机械设计与制造. 2015(08)
[8]伺服驱动器散热器的热设计优化[J]. 史贤忠,杜佳星,刘缵阁,周武. 机电工程. 2014(04)
[9]高频大功率开关电源结构的热设计[J]. 何文志,丘东元,肖文勋,张波. 电工技术学报. 2013(02)
[10]电子风扇与散热器距离匹配的试验研究[J]. 李毅,董琳,张延静. 装备制造技术. 2012(09)
博士论文
[1]面向全寿命周期管理的刀具直接标识与信息追踪技术研究[D]. 王苏安.西北工业大学 2007
[2]面向机构构型设计的进化设计原理和方法的研究[D]. 李洪杰.华中科技大学 2004
硕士论文
[1]科技专家评价方法研究与实现[D]. 杨青梅.华南理工大学 2017
[2]紧凑型散热结构设计分析[D]. 陈苏蓉.江苏科技大学 2017
[3]TRIZ创新原理在中国公共管理中的应用[D]. 沈甘霖.东北大学 2014
[4]数控加工刀具全生命周期智能化管理系统的研发与应用[D]. 郑飞.重庆大学 2007
本文编号：3295101
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