孫 恒 劉 超

1. 北京任仕達企業(yè)管理有限責(zé)任公司，北京 100027 2. 齊魯工業(yè)大學(xué)（山東省科學(xué)院），山東省科學(xué)院海洋儀器儀表研究所，山東 青島 266061

數(shù)控磨床作為高精密零件加工所使用的工業(yè)母機，其可靠性對零件精度有著至關(guān)重要的意義。對其故障過程進行研究可以較好地把握數(shù)控磨床整體的性能，了解數(shù)控磨床所處階段，從而更好地提高裝備的可靠性[1-3]。張英芝等人對數(shù)控車床頭架系統(tǒng)的故障過程進行建模，獲得了其故障過程符合更新故障過程，為后續(xù)進行可靠性分析和評估提供了理論依據(jù)[4]。任麗娜等人為描述經(jīng)歷早期故障和耗損故障且故障強度隨工作時間增加而趨近于某一常數(shù)的數(shù)控機床故障過程，提出了一種新的4 參數(shù)非齊次泊松過程模型，為排除早期故障提供了一定的理論依據(jù)[5]。采用截尾法獲得的可靠性數(shù)據(jù)可能由于每個試驗機床投入及使用情況的不同而出現(xiàn)不同的特性，隨著數(shù)控磨床本身可靠性水平的不斷改善，故障數(shù)據(jù)的獲取量變相對較少，針對這一情況，對故障過程進行建模就顯得尤為重要。本文跟蹤數(shù)控磨床使用情況，獲得故障數(shù)據(jù)，利用獲得的數(shù)據(jù)建立數(shù)控磨床早期故障過程模型，并根據(jù)模型進行假設(shè)檢驗，獲得了數(shù)控磨床早期故障過程符合威布爾過程模型，為后續(xù)進行可靠性分析評估提供理論依據(jù)，也驗證了故障過程符合設(shè)備故障的浴盆曲線，具有一定的實際應(yīng)用價值。

1 數(shù)控磨床故障數(shù)據(jù)的采集

數(shù)控磨床故障數(shù)據(jù)的采集[6,7]需要貫穿于整個數(shù)控磨床的壽命周期，獲得有效、完整的數(shù)控磨床的故障數(shù)據(jù)是后續(xù)對數(shù)控磨床開展可靠性分析的基礎(chǔ)，需要及時的跟蹤與記錄，對后續(xù)進行數(shù)控磨床的可靠性分析和評價提供良好的數(shù)據(jù)支撐，也使數(shù)控磨床得到更好的設(shè)計與改進，從而達到提高數(shù)控磨床可靠性的目的。常用的方法是截尾試驗法。

圖1 定時截尾試驗

2 基于故障總時間法的故障數(shù)據(jù)預(yù)處理

以某機床廠的數(shù)控機床為例，以采集到的6 臺數(shù)控磨床的165 條數(shù)據(jù)為依據(jù)，進行故障模型的建立。故障總時間法[8]的基本原理如圖2 所示。

圖2 故障總時間法原理

式中n—參加試驗的數(shù)控磨床數(shù)量；

使用的是對6 臺數(shù)控磨床進行試驗采集到的165 條數(shù)據(jù)，使用故障總時間法得到的處理后的數(shù)據(jù)如表1 所示。

表1 故障點總時間

圖3 數(shù)控磨床散點圖

3 故障數(shù)據(jù)的趨勢檢驗

從做出的圖中可以看出故障數(shù)據(jù)可能呈單調(diào)趨勢，為驗證數(shù)據(jù)是否具有單調(diào)趨勢，現(xiàn)使用統(tǒng)計法進行趨勢檢驗[9,10]。

3.1 U 檢驗法

先假設(shè)該故障數(shù)據(jù)具有單調(diào)趨勢。利用檢驗統(tǒng)計量，即：

3.2 t 檢驗法

求 =2.2409。

4 故障強度函數(shù)的擬合及相關(guān)性檢驗

4.1 故障強度函數(shù)擬合

已知威布爾過程的故障強度函數(shù)為：

由此累計故障數(shù)函數(shù)為：

根據(jù)以上算式，兩邊同時取對數(shù)得：

由此可得：

4.2 故障強度函數(shù)的相關(guān)性檢驗

利用線性相關(guān)系數(shù)法進行相關(guān)性檢驗，相關(guān)系數(shù)的計算公式為：

5 數(shù)控磨床故障過程分析

6 結(jié)論