基于网络层次和数据包络的数控机床可靠性分析

doi:10.13229/j.cnki.jdxbgxb20211197

Abstract

Abstract:

In view of the existing numerical control machine tool FMECA analysis factors are few， the interaction between factors is not considered and the weight of each factor is the same， the analytic network process（ANP ） and data envelopment analysis（OCD ） model are applied to the study of FMECA in the use stage of numerical control machine tool， with the score of each factor as the input index. Taking economic loss as output index， the OCD model is established and the efficiency value of each failure mode is obtained. Then a new method is proposed to calculate the risk priority number and the damage degree of failure mode is ranked according to RPN. Taking a numerical control machine tool as an example， the influence and effect of the failure modes are analyzed by using the proposed method， and the effectiveness of the proposed method is verified.

Key words: CNC machine tools, the analytic network process, date envelopment analysis, failure mode effects and criticality analysis

CLC Number:

TH17

Li-juan YU,Ang LIU,Zhao-jun YANG,Hai-long TIAN,Chuan-hai CHEN,Jing-wen GAO. Reliability analysis of numerical control machine tools based on analytic network process and date enevalopment analys[J].Journal of Jilin University(Engineering and Technology Edition), 2022, 52(2): 400-408.

Figures/Tables 21

Fig.1

Table 1

Table 2

Table 3

Table 4

Table 5

Table 6

Table 7

Fig.2

Table 8

Index dominance interpretation table"

优势度	优势度释义
1	同样重要
3	稍微重要
5	明显重要
7	非常重要
9	极度重要
2、4、6、8	重要程度介于上述标准之间
上述数值的倒数	$i$ 拥有上述不为0的值之一，与 $j$ 比较时， $j$ 的值与其互为倒数

Table 8

Table 9

Table 10

Table 11

Fig.3

Table 12

Table 13

Table 14

Table 15

Fig.4

Table 16

Failure mode assessment result table"

	FM1	FM2	FM3	FM4	FM5	FM6	FM7	FM8	FM9	FM10	FM11	FM12	FM13	FM14	FM15	FM16	FM17	FM18	FM19
$O 1$ ^1-	0.00	0.00	1.67	0.00	0.00	1.34	0.00	0.00	0.00	0.00	2.89	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	1.00	0.00	0.00
S₂^1-	0.00	0.00	-1.35	0.00	0.00	0.44	0.44	0.00	0.00	0.00	-1.73	0.00	0.00	0.00	3.43	0.00	0.00	0.00	0.00
S₂^2-	0.00	0.00	1.00	0.00	0.00	-0.33	0.56	0.00	0.00	0.00	1.28	0.00	0.00	0.00	1.16	0.00	5.00	0.00	0.00
D₃^1-	0.00	0.00	1.79	0.00	0.00	2.11	0.87	0.00	0.00	0.00	1.17	0.00	0.00	0.00	-1.38	0.00	0.00	0.00	0.00
S₂^2-	0.00	0.00	0.33	0.00	0.00	0.88	2.87	0.00	0.00	0.00	1.95	0.00	0.00	0.00	0.53	0.00	0.00	0.00	0.00
M₄^1-	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	1.56	0.44	0.00	0.00	0.00	0.72	0.00	0.00	0.00	-0.27	0.00	2.00	0.00	0.00
M₄^2-	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	-1.33	-0.38	0.00	0.00	0.00	-0.62	0.00	0.00	0.00	0.23	0.00	1.00	0.00	0.00
φ	1.00	1.00	3.06	1.00	1.00	1.94	2.65	1.00	1.00	1.00	1.66	1.00	1.00	1.00	1.43	1.00	3.00	1.00	1.00
η	1.00	1.00	0.33	1.00	1.00	0.51	0.38	1.00	1.00	1.00	0.60	1.00	1.00	1.00	0.70	1.00	0.33	1.00	1.00

Table 16

Table 17

References 20

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发生频率类别	描述	故障频率参考值	评分
Ⅰ类	经常发生	>20%	10
Ⅱ类	有时发生	10~20%	7、8、9
Ⅲ类	偶尔发生	1~10%	4、5、6
Ⅳ类	较少发生	0.1~1%	2、3
Ⅴ类	极少发生	<0.1%	1

机床危害类别	描述	评分
Ⅰ类	系统丧失规定功能，系统严重受损	8、9、10
Ⅱ类	系统规定功能减退，性能部分丧失	4、5、6、7
Ⅲ类	系统性能尚可接受	1、2、3

人身危害类别	描述	评分
Ⅰ类	重大安全事故，可能引起人员伤亡	8、9、10
Ⅱ类	一般安全事故，可能引起人员伤亡	4、5、6、7
Ⅲ类	很小事故，基本不会引起人员伤亡	1、2、3

故障部位结构复杂性类别	描述	评分
Ⅰ类	非常复杂	9、10
Ⅱ类	复杂	6、7、8
Ⅲ类	一般	3、4、5
Ⅴ类	简单	1、2

检测成本类别	描述	评分
Ⅰ类	几乎无法检测，若检测必须将部件破坏或采用先进设备（非常高）	9、10
Ⅱ类	小机会检测出，仍需要低成本的检测设备（高）	6、7、8
Ⅲ类	当场检测出，不需要设备（一般）	3、4、5
Ⅳ类	目视即可检测（低）	2
Ⅴ类	可自动报警（很低）	1

Reliability analysis of numerical control machine tools based on analytic network process and date enevalopment analys

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技术要求类别	描述	评分
Ⅰ类	需要修复要求非常高	9、10
Ⅱ类	需要修复技术要求比较高	8、7、6
Ⅲ类	需要修复技术要求一般	5、4、3
Ⅳ类	需要修复技术要求低	2
Ⅴ类	需要修复技术要求很低	1

维护成本类别	描述	评分
Ⅰ类	维护成本非常高	10
Ⅱ类	维护成本比较高	7、8、9
Ⅲ类	维护成本一般	4、5、6
Ⅳ类	维护成本低	2、3
Ⅴ类	维护成本很低	1

序号	系统	故障模式	主要故障原因
FM1	主传动系统	几何精度超标	主轴中心线与导轨不平行，螺栓松动
FM2	主传动系统	机械零部件损坏	轴承研伤损坏
FM3	主传动系统	预紧机构松动	轴承预紧力小，松动，间隙过大
FM4	主传动系统	继电器损坏	压力继电器故障，变频器故障
FM5	刀架	编码器损坏	刀架编码器损坏，24 V电压没加上，锁紧开关位置变动
FM6	刀架	刀架失调	电机断路，刀架卡死，液压换向阀卡死
FM7	刀架	继电器损坏	刀架电压为24 V的线路断线，继电器输出接口被击穿
FM8	CNC系统	线路电缆断路	光缆断线，控制板故障
FM9	CNC系统	线路板损坏	系统故障，电源板故障
FM10	CNC系统	电源故障	显示器损坏，24 V电源故障
FM11	进给系统	松动	联轴节松动，齿轮比设置错误，镶条贴合不好
FM12	进给系统	驱动器损坏	伺服模块故障
FM13	进给系统	电机损坏	伺服电机故障，抱闸
FM14	电气系统	电子器件损坏	传感器故障
FM15	电气系统	线路接触不良	电源接触不良，变压器击穿
FM16	液压系统	液、气、油渗漏	调压阀阀芯漏油
FM17	液压系统	液压油压力失调	密封圈损坏，电磁阀故障，漏油
FM18	排屑系统	运动部件卡死	链板卡死，离合器故障
FM19	润滑系统	润滑不良/无润滑	润滑站电机故障，润滑计量件故障

O	S	D	M	权重
C.R.=0<0.1，判断矩阵具有较好的一致性
S	1	2	8	0.615 39
D	1/2	1	4	0.307 69
M	1/8	1/4	1	0.076 92

直接经济损失	描述	评分
Ⅰ类	非常高（机床价格的5%以上）	10、9
Ⅱ类	比较高（机床价格的3~5%）	8、7、6
Ⅲ类	一般（机床价格的1~3%）	5、4、3
Ⅳ类	低（机床价格的1‰~1%）	2
Ⅴ类	很低（机床价格的1‰以下）	1

直接经济损失	描述	评分
Ⅰ类	非常高（机床价格的10%以上）	10、9
Ⅱ类	比较高（机床价格的5~10%）	8、7、6
Ⅲ类	一般（机床价格的1~5%）	5、4、3
Ⅳ类	低（机床价格的1‰~1%）	2
Ⅴ类	很低（机床价格的1‰以下）	1

序号	改进后RPN值	改进后排序
FM1	6.37	6
FM2	5.67	8
FM3	11.47	3
FM4	4.16	9
FM5	3.95	12
FM6	8.91	4
FM7	12.61	2
FM8	3.07	17
FM9	4.15	10
FM10	3.83	14
FM11	7.54	5
FM12	4.02	11
FM13	3.90	13
FM14	3.14	15
FM15	6.01	7
FM16	2.69	18
FM17	22.07	1
FM18	3.10	16
FM19	2.65	19

[1]	Chuan-hai CHEN,Cheng-gong WANG,Zhao-jun YANG,Zhi-feng LIU,Hai-long TIAN. Research status and development trend analysis of reliability modeling of CNC machine tools [J]. Journal of Jilin University(Engineering and Technology Edition), 2022, 52(2): 253-266.
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n	R.I.
1	0.00
2	0.00
3	0.52
4	0.89
5	1.12
6	1.26
7	1.36
8	1.41