吉林大学学报(工学版) ›› 2022, Vol. 52 ›› Issue (2): 433-438.doi: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20211146

• 车辆工程·机械工程 • 上一篇    

基于灰色理论的加工中心故障分析

张英芝1,2,侯胜冬1,2,王志琼1,2(),董仁豪1,2,杨升1,2   

  1. 1.吉林大学 数控装备可靠性教育部重点实验室,长春 130022
    2.吉林大学 机械与航空航天工程学院,长春 130022
  • 收稿日期:2021-10-30 出版日期:2022-02-01 发布日期:2022-02-17
  • 通讯作者: 王志琼 E-mail:1094267138@qq.com
  • 作者简介:张英芝(1970-),女,教授,博士.研究方向:数控装备全寿命周期工程.E-mail:zhangyz @jlu.edu.cn
  • 基金资助:
    吉林省科技发展计划项目(20190302104GX);吉林大学博士研究生交叉学科科研计划项目(101832020DJX037)

Fault analysis of machining center based on gray theory

Ying-zhi ZHANG1,2,Sheng-dong HOU1,2,Zhi-qiong WANG1,2(),Ren-hao DONG1,2,Sheng YANG1,2   

  1. 1.Key Laboratory of CNC Equipment Reliability,Ministry of Education,Jilin University,Changchun 130022,China
    2.College of Mechanical and Aerospace Engineering,Jilin University,Changchun 130022,China
  • Received:2021-10-30 Online:2022-02-01 Published:2022-02-17
  • Contact: Zhi-qiong WANG E-mail:1094267138@qq.com

摘要:

针对传统故障模式、影响及危害性分析(FMECA)中因指标等权及主观确定故障影响概率带来的危害度计算偏差,提出一种综合故障概率、故障影响及故障后果的改进故障分析方法。应用最小二乘法、邻接矩阵、Pagerank、统计分析等评估故障概率、故障影响度、故障维修时间,据此引入灰色理论构建各指标的白化权函数并计算评估值,形成指标评价矩阵,基于熵权法计算指标权重,应用加权平均法计算并评估故障风险。以某国产加工中心为例进行方法应用,并与传统方法比较验证了本文方法的有效性。

关键词: 加工中心, 故障分析, 灰色理论, 熵权法, 加权平均法

Abstract:

Based on the traditional FMECA analysis due to the right of indicators and subjective determination of the probability of failure impact, an improved fault analysis method is proposed. Applying the least squares, adjacent matrix, Pagerank, statistical analysis, etc. to evaluate the probability of failure, fault impact, fault repair time, according to which the grey theory is introduced to construct the albino function of each indicator and calculate the evaluation value, form the index evaluation matrix, calculate the index weight based on entropy weighting method, apply the weighted average method to calculate and evaluate the failure risk. Take a domestic processing center as an example for method application, compared with traditional methods to verify the effectiveness of the proposed method.

Key words: machining center, fault analysis, gray theory, entropy right method, weighted average method

中图分类号: 

  • TG659

图1

基于灰色理论的故障分析原理图"

图2

加工中心故障传递关系图"

图3

加工中心故障传递有向图"

表1

加工中心子系统故障影响度"

子系统CI值子系统CI值
主轴系统0.0847刀库系统0.0625
进给系统0.0625数控系统0.0858
液压系统0.0902电气系统0.2194
气动系统0.0902润滑系统0.0991
冷却系统0.0714排屑系统0.0714
防护系统0.0625

表2

加工中心子系统故障间隔时间参数估计及D检验"

子系统序号子系统α?β?D检验
1主轴系统542.1990.7340.081
2刀库系统675.8470.9080.054
3进给系统538.9650.7540.053
4数控系统880.4810.9830.137
5液压系统126.2190.9170.091
6电气系统651.0560.6710.089
7气动系统1323.7480.6650.112
8润滑系统1101.4030.9030.147
9冷却系统756.5180.6760.136
10排屑系统546.8530.6380.159
11防护系统721.5990.5790.090

表3

1000 h加工中心子系统故障概率"

子系统故障概率子系统故障概率
主轴系统0.7914刀库系统0.7600
进给系统0.7968数控系统0.6780
液压系统0.9987电气系统0.7365
气动系统0.5639润滑系统0.6001
冷却系统0.7011排屑系统0.7700
防护系统0.7012

表4

加工中心子系统故障维修时间"

子系统故障维修 时间/h子系统故障维修 时间/h
主轴系统87.68刀库系统89.68
进给系统59.68数控系统51.24
液压系统58.36电气系统34.98
气动系统56.76润滑系统26.43
冷却系统69.12排屑系统42.71
防护系统46.20

图4

分析指标白化权函数"

表5

加工中心子系统故障综合风险值"

子系统综合风险值排名危害度数值排名
主轴系统3.87210.000 1345
刀库系统3.60820.000 2892
进给系统2.71050.000 3691
数控系统2.35070.000 0607
液压系统3.39930.000 2743
电气系统2.56560.000 1036
气动系统2.26380.000 0598
润滑系统1.569110.000 04211
冷却系统2.85440.000 04310
排屑系统2.16690.000 2044
防护系统1.992100.000 0519
1 Du Yan-bin, Liao Lan, Wang Le-su. Failure mode, effects and criticality analysis of remanufactured machine tools in service[J]. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing, 2017, 18(3): 425-434.
2 Nikhil M, Vasu V, Rao P. Failure mode identification and prioritization using FMECA: a study on computer numerical control lathe for predictive maintenance[J]. Journal of Failure Analysis and Prevention, 2019, 19(4): 1153-1157.
3 王晓峰, 申桂香, 张英芝, 等. 基于改进危害度和DEMATEL方法的abc轴进给系统的故障排序[J]. 吉林大学学报: 工学版, 2012, 42(1): 122-127.
Wang Xiao-feng, Shen Gui-xiang, Zhang Ying-zhi, et al. Priortizing failures of abc-axis feeding systems based on improved criticality and DEMATEL method[J]. Journal of Jilin University(Engineering and Technology Edition), 2012, 42(1): 122-127.
4 Gianpaolo B, Alessandro S, Antonio F, et al. AHP-IFM target: an innovative method to define reliability target in an aerospace prototype based on analytic hierarchy process[J]. Quality & Reliability Engineering International, 2017, 33(8): 1731-1751.
5 安相华, 于靖博, 蔡卫国. 基于混合多属性决策和关联分析的模糊粗糙FMEA评估方法[J]. 计算机集成制造系统, 2016, 22(11): 2613-2621.
An Xiang-hua, Yu Jing-bo, Cai Wei-guo. Fuzzy rough FMEA evaluation method ba sed on hybrid multi-attribute decision and correlation analysis[J]. Computer Integrated Manufacturing Systems, 2016, 22(11): 2613-2621.
6 戴城国, 王晓红, 张新, 等. 基于模糊综合评判的电液伺服阀FMECA[J]. 北京航空航天大学学报, 2011, 37(12): 1575-1578.
Dai Cheng-guo, Wang Xiao-hong, Zhang Xin, et al. Fuzzy comprehensive evaluation in FMECA of electro-hydraulic servo valve[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2011, 37(12): 1575-1578.
7 Hu Chen-liu, Jian Xin-you, You Xiao-yue, et al. A novel approach for failure mode and effects analysis using combination weighting and fuzzy VIKOR method[J]. Applied Soft Computing Journal, 2015, 28: 579-588.
8 Wang Hao, Zhang Yi-min, Yang Zhou. A risk evaluation method to prioritize failure modes based on failure data and a combination of fuzzy sets theory and grey theory[J]. Engineering Applications of Artificial Intelligence, 2019, 82: 216-225.
9 申桂香, 张英芝, 薛玉霞, 等. 基于熵权法的数控机床可靠性综合评价[J]. 吉林大学学报: 工学版, 2009, 39(5): 1208-1211.
Shen Gui-xiang, Zhang Ying-zhi, Xue Yu-xia, et al. Comprehensive evaluation of reliability of CNC machine tool based on entropy rights method[J]. Journal of Jilin University(Engineering and Technology Edition), 2009, 39(5): 1208-1211.
10 荣峰. 基于故障率相关的加工中心的可靠性及风险评估[D]. 长春: 吉林大学机械与航空航天工程学院, 2015.
Rong Feng. Reliability and risk assessment of machining center based on failure rate correlation[D]. Changchun: College of Mechanical and Aerospace Engineering, Jilin University, 2015.
[1] 王立平,朱斌,吴军,陶子寒. 基于贝叶斯网络的盘式刀库故障分析[J]. 吉林大学学报(工学版), 2022, 52(2): 280-287.
[2] 杨海吉,何佳龙,李国发,王立鼎,王思远. 改进失效模式和影响分析方法在加工中心主轴系统风险分析中的应用[J]. 吉林大学学报(工学版), 2022, 52(2): 345-352.
[3] 申桂香,栾兰,张英芝,牟黎明,梁树斌. 加工中心组件故障传播影响力评估[J]. 吉林大学学报(工学版), 2022, 52(1): 63-69.
[4] 杨兆军, 杨川贵, 陈菲, 郝庆波, 郑志同, 王松. 基于PSO算法和SVR模型的加工中心可靠性模型参数估计[J]. 吉林大学学报(工学版), 2015, 45(3): 829-836.
[5] 王晓峰, 申桂香, 张英芝, 谷东伟, 李怀洋, 刘葳. 基于改进危害度和DEMATEL方法的 abc轴进给系统的故障排序[J]. 吉林大学学报(工学版), 2012, 42(01): 122-127.
[6] 王晓峰, 申桂香, 张英芝, 张立敏, 王志琼, 刘葳. 加工中心可靠性与维修性影响度仿真分析[J]. 吉林大学学报(工学版), 2011, 41(增刊1): 160-163.
[7] 王晓峰,申桂香,张英芝,陈炳锟,李怀洋. 基于群体决策和多种赋值方式的加工中心关键部件RPN分析[J]. 吉林大学学报(工学版), 2011, 41(6): 1630-1635.
[8] 申桂香,何宇,张英芝,郑锐,樊少华. 基于有向因果图的数控车床关联故障分析[J]. 吉林大学学报(工学版), 2009, 39(增刊2): 328-0331.
[9] 申桂香, 张英芝, 薛玉霞, 陈炳锟, 何宇. 基于熵权法的数控机床可靠性综合评价[J]. 吉林大学学报(工学版), 2009, 39(05): 1208-1211.
[10] 王桂萍,贾亚洲,申桂香,乔巍巍 . 基于故障比重比的加工中心整机故障分析
及可靠性改进措施
[J]. 吉林大学学报(工学版), 2008, 38(增刊): 119-0122.
[11] 乔巍巍,贾亚洲,张海波,王桂萍,张日明 . 数控系统故障分析及可靠性提高措施[J]. 吉林大学学报(工学版), 2006, 36(增刊2): 69-72.
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