[发明专利]考虑故障相关的数控机床可靠性评估方法

权利要求书

1.一种考虑故障相关的数控机床可靠性评估方法，其特征在于，包括下述步骤：

步骤一、将整个数控机床划分为N个组件；根据采集的数控机床现场故障信息，借助于数据计算、故障致因分析和系统结构功能方面的相关经验确定故障间隔时间，建立各个组件与故障间隔时间对应关系；

步骤二、结合历史经验，构建数控机床组件状态空间图；利用半马尔科夫过程模型求解各组件处于各状态概率；

步骤三、根据故障相关分析建立组件故障相关图，并用极大相关类方法对数控机床组件进行相关类划分；

步骤四、利用copula函数求解关联组件的联合可靠度函数，借助粒子群算法分析关联组件的相关系数；并依此求得关联组件的联合可靠度值；

步骤五、依据通用生成函数定义，构建独立组件u_独函数和关联组件u_联函数表达式；

步骤六、构建数控机床整机系统的u_系统函数以及数控机床系统可靠度函数，分析整机的动态可靠度。

2.根据权利要求1所述的考虑故障相关的数控机床可靠性评估方法，其特征在于：

步骤二中所述构建数控机床组件空间状态图，是指将组件状态分为正常和故障两种状态，基于半马尔科夫过程模型的各状态概率分析具体步骤如下：

(1)SMP模型的内核矩阵

Qⁱ(t)为组件i的内核矩阵；Qⁱ(t)中的每个元素Qⁱ_ml,mk(t)代表在时间区间[0,T]内，组件i从状态m_l到状态m_k的一步转移概率；组件i从状态m_l开始可能发生m_l-1次转移；如果组件首先从状态m_l转移到状态m_l-1，两状态之间的转移时间为随机变量其分布函数为依次可知，组件从状态m_l转移到状态m_k时，两状态之间的转移时间为随机变量其分布函数为最后，组件从状态m_l转移到状态1，两状态之间的转移时间为随机变量其分布函数为假设各状态之间相互独立，则可得m_l转移到状态m_k的一步转移概率Qⁱ_ml,mk(t)，可以表示为式(3)

(2)组件状态概率

设表示组件i在时间t＝0处于状态m_l，在t时刻处于状态m_k的概率，表达形式为式(4):

其中

依据式(3)(4)和(5)可得组件状态概率表达式如式(6)

3.根据权利要求1所述的考虑故障相关的数控机床可靠性评估方法，其特征在于：

步骤四中所述利用copula函数求解关联组件的联合可靠度函数具体分析如下：

影响组件和被影响组件统称为关联组件，关联组件构成一个关联组件集合；假设某关联组件集合包含n个关联组件，具有相关性的n个组件可靠度函数分别为R₁(t)R₂(t)…R_n(t)，则n个组件构成的关联组件联合可靠度函数表示为式(7)：

其中R₁(t)R₂(t)…R_n(t)代表步骤二中组件处于正常工作时的概率；θ为n个关联组件的相关系数，取值范围为[0,1]。

4.根据权利要求1所述的考虑故障相关的数控机床可靠性评估方法，其特征在于：

步骤五中依据通用生成函数定义，构建独立组件的u_独函数和关联组件集合u_联函数表达式分别为式(8)和式(9)

其中代表组件i在m_n状态下的概率；代表组件i在m_n状态下的性能。

5.根据权利要求1所述的考虑故障相关的数控机床可靠性评估方法，其特征在于：

步骤六中数控机床整机系统u_系统函数以及数控机床系统可靠度函数表达式分析如下：

对于由S个独立关联组件集合串联构成的整机系统，其整机系统的u_系统表达式为式(10)：

其中s,s∈{1,2,...,S}代表第s个关联组件集合；P_s0(t)代表第s个关联组件集合正常工作的概率；代表第s个关联组件集合正常工作的性能。

任意t≥0时刻，系统的可靠度为：

式(11)中为示性函数，表达形式为式(12)

其中w为指定需求，取w＝1；

至此数控机床动态可靠度模型建立完毕，实现数控机床可靠性的评估。