機(jī)械可靠性維修性優(yōu)化設(shè)計(jì)方法及其在工程機(jī)械中的應(yīng)用.pdf

1、產(chǎn)品可靠性維修性是產(chǎn)品固有屬性，二者共同作用決定了產(chǎn)品的可用性。產(chǎn)品可靠性維修性在設(shè)計(jì)時(shí)即已經(jīng)賦予，并通過制造、使用、維護(hù)來保證?？煽啃跃S修性設(shè)計(jì)方法研究主要集中在軍工、電氣電子、發(fā)電站等領(lǐng)域。而隨著工程機(jī)械在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中地位日益提高，對(duì)工程機(jī)械可靠性維修性要求也越來越高，國(guó)內(nèi)工程機(jī)械產(chǎn)品與國(guó)外同類產(chǎn)品相比，甚至與國(guó)內(nèi)其它行業(yè)產(chǎn)品相比還相差很遠(yuǎn)。針對(duì)國(guó)內(nèi)工程機(jī)械產(chǎn)品可靠性維修性較低的現(xiàn)狀，在重點(diǎn)研究機(jī)械產(chǎn)品可靠性維修性設(shè)計(jì)方法的同時(shí)，

2、對(duì)研究成果在工程機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。 通過對(duì)產(chǎn)品全生命周期費(fèi)用與產(chǎn)品可靠性維修性之間關(guān)系的研究，提出基于可靠性維修性綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。首先，對(duì)產(chǎn)品生命周期費(fèi)用的組成進(jìn)行了分析研究，給出了生命周期各項(xiàng)費(fèi)用與可靠性之間的函數(shù)關(guān)系，結(jié)果表明，產(chǎn)品成本隨可靠度的提高而提高，當(dāng)產(chǎn)品失效時(shí)造成的直接損失和間接損失也隨成本的增加而提高，通過對(duì)各項(xiàng)費(fèi)用之間關(guān)系的研究，以及產(chǎn)品可靠性維修性對(duì)產(chǎn)品使用性能的作用，提出了基于全生命周期投資．效

3、益準(zhǔn)則可靠性維修性綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，建立了可靠性維修性綜合優(yōu)化分配模型，通過該優(yōu)化模型，可以確定最優(yōu)的可靠度和維修度。 對(duì)適合產(chǎn)品不同設(shè)計(jì)階段的可靠性維修性具體分配方法進(jìn)行了研究，為可靠性維修性設(shè)計(jì)目標(biāo)的制定提供了依據(jù)。 可靠性維修性分配是進(jìn)行產(chǎn)品可靠性維修性開發(fā)過程中的一個(gè)重要工作，目的是將優(yōu)化確定的系統(tǒng)的可靠性維修性總指標(biāo)，轉(zhuǎn)換為每一個(gè)分系統(tǒng)的可靠性維修性指標(biāo)，用以指導(dǎo)分系統(tǒng)的開發(fā)。在進(jìn)行分配方法研究之前，首先對(duì)工程

4、機(jī)械的可靠性定性、定量指標(biāo)和維修性定性、定量指標(biāo)進(jìn)行了研究，在此基礎(chǔ)上對(duì)分配方法開展了研究。 提出了模糊層次分析法進(jìn)行可靠度分配，層次分析法是進(jìn)行模糊決策的有效方法，將模糊數(shù)學(xué)與層次分析相結(jié)合，形成了模糊層次分析方法，主要用來分析模糊決策問題。而可靠性分配模糊性較強(qiáng)，因此，將模糊三角數(shù)應(yīng)用到可靠度分配中的專家評(píng)判中，體現(xiàn)了專家評(píng)判的模糊性，通過建立層次結(jié)構(gòu)模型和模糊評(píng)判矩陣，采用概率方法計(jì)算權(quán)重，最終以裝載機(jī)車橋?yàn)槔M(jìn)行可靠性分

5、配驗(yàn)證，結(jié)果表明該方法是有效的。該分配方法適合于對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)時(shí)的可靠性分配，主要體現(xiàn)專家的設(shè)計(jì)意圖。比例組合進(jìn)行可靠度分配適用于產(chǎn)品的再設(shè)計(jì)，主要目的對(duì)舊的產(chǎn)品進(jìn)行可靠性提高，基于以上兩種方法提出了復(fù)合法進(jìn)行可靠性分配，該方法將以上兩種方法按權(quán)重復(fù)合，擁有以上兩種方法的優(yōu)點(diǎn)，面向產(chǎn)品的全生命周期。對(duì)維修性分配方法進(jìn)行了研究，對(duì)適合產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)加權(quán)因子分配法進(jìn)行了研究，提出了適合工程機(jī)械的加權(quán)因子分配模型，確定了因子的組成和權(quán)重，加

6、權(quán)因子越大，維修性越差。從全生命周期費(fèi)用角度出發(fā)，提出了維修費(fèi)用最少的維修度分配方法，通過對(duì)維修費(fèi)用與單元維修性的關(guān)系研究，建立了優(yōu)化分配模型，提出目標(biāo)函數(shù)和約束條件，采用外點(diǎn)懲罰函數(shù)法，將約束條件和目標(biāo)函數(shù)構(gòu)造新懲罰函數(shù)，從而將約束優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為無約束優(yōu)化問題求解。 建立了適合工程機(jī)械構(gòu)件壽命預(yù)估的疲勞失效和磨損失效的壽命計(jì)算模型，通過該模型可以方便的進(jìn)行壽命估計(jì)。 通過分析工程機(jī)械的主要失效形式，研究其失效機(jī)理，以裝

7、載機(jī)工作裝置為例，進(jìn)行了工作裝置各主要構(gòu)件主要失效形式的確定，最終得出工作裝置各構(gòu)件的主要失效形式為疲勞失效和磨損失效。 針對(duì)疲勞失效，建立了構(gòu)件疲勞壽命計(jì)算模型。通過多體動(dòng)力學(xué)軟件ADAMS建立了裝載機(jī)工作裝置虛擬樣機(jī)模型，運(yùn)用該模型進(jìn)行載荷的計(jì)算，確定載荷的大小和作用方向，將得到的載荷結(jié)果加載到結(jié)構(gòu)有限元模型上，通過有限元分析得到構(gòu)件隨時(shí)間變化的應(yīng)力結(jié)果，結(jié)果表明該隨機(jī)應(yīng)力并不是標(biāo)準(zhǔn)的分布，傳統(tǒng)的疲勞理論并不適合，由此建立了

8、等效疲勞累積方法，進(jìn)行構(gòu)件疲勞壽命預(yù)估。 針對(duì)磨損失效，建立了基于磨損量的磨損壽命計(jì)算模型。基于建立的銷軸磨損模型，分別通過ADAMS軟件進(jìn)行了磨損行程和銷軸最大受力的計(jì)算，然后建立了接觸壓力計(jì)算模型，根據(jù)此模型，進(jìn)行了磨損強(qiáng)度的確定，從而根據(jù)磨損壽命計(jì)算模型，估計(jì)出基于磨損量的使用壽命。 提出了工程機(jī)械維修性評(píng)估模型。通過研究國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)和美軍軍用標(biāo)準(zhǔn)，分析了影響工程機(jī)械維修性的組成因素，確定了各因素對(duì)維修性的影響權(quán)重

9、。重點(diǎn)進(jìn)行了維修單元拆卸性評(píng)定，建立了拆卸順序生成模型，由此模型生成了零部件的拆卸順序，并計(jì)算出拆卸時(shí)間，得到拆卸效率，最終根據(jù)影響維修性的各因素及權(quán)重，得到構(gòu)件的維修性度量。通過對(duì)可靠性維修性定義的研究，提出了可靠度維修度計(jì)算模型，運(yùn)用該模型可以準(zhǔn)確計(jì)算產(chǎn)品的使用可靠度和維修度。 提出并建立了工程機(jī)械數(shù)據(jù)流通網(wǎng)絡(luò)，通過該網(wǎng)絡(luò)，可以收集到完整的產(chǎn)品可靠性維修性數(shù)據(jù)，基于完整的可靠性維修性數(shù)據(jù)，采用優(yōu)度擬合法和似然比較法，進(jìn)行數(shù)據(jù)

10、分布的確定，為可靠度維修度的計(jì)算，奠定了基礎(chǔ)。 由可靠度定義，根據(jù)不同的分布，給出了相應(yīng)的可靠度計(jì)算模型。根據(jù)維修度的全概率定義，研究出故障服從威布爾分布和正態(tài)分布的維修度計(jì)算模型，得出該兩種故障分布形式的產(chǎn)品維修度不僅與維修時(shí)間有關(guān)，還與產(chǎn)品工作時(shí)間有關(guān)。 為保證產(chǎn)品的使用可靠性達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)，對(duì)工程機(jī)械的修復(fù)策略進(jìn)行了研究，建立了以產(chǎn)品利潤(rùn)為準(zhǔn)則的各故障時(shí)期分界點(diǎn)的劃分模型，由此模型可以清楚地求出各時(shí)期的分界點(diǎn)，從而針

11、對(duì)不同故障時(shí)期確定維修策略，提出了預(yù)防維修策略中最佳維修周期優(yōu)化模型，為理想預(yù)防維修周期的確定提供理論依據(jù)。 進(jìn)行了工程機(jī)械可靠性維修性綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的總體框架研究，制定了系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和組成模塊，并研究了各模塊功能。依據(jù)可靠度、維修度綜合優(yōu)化分配理論和方法開發(fā)了綜合優(yōu)化模塊，該模塊主要完成可靠性、維修性優(yōu)化問題。 針對(duì)工程機(jī)械中典型零件的壽命預(yù)估理論和方法，開發(fā)了以構(gòu)件結(jié)構(gòu)尺寸為依據(jù)的可靠度和維修度分析模塊，完成產(chǎn)品或

12、零部件的可靠性、維修性預(yù)測(cè)功能。 建立了可靠性、維修性數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析模塊，開發(fā)了數(shù)據(jù)分布分析算法，為后續(xù)的實(shí)際可靠性、維修性測(cè)算奠定了基礎(chǔ)。根據(jù)統(tǒng)計(jì)的產(chǎn)品實(shí)際可靠性、維修性數(shù)據(jù)，開發(fā)了使用可靠性、維修性估算模塊，可靠性估算能夠進(jìn)行構(gòu)件疲勞壽命和磨損壽命的估算，結(jié)果表示產(chǎn)品的實(shí)際可靠性和維修性水平。整個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)中信息、數(shù)據(jù)多而復(fù)雜，通過研究開發(fā)的信息管理模塊，實(shí)現(xiàn)了對(duì)設(shè)計(jì)系統(tǒng)信息綜合管理。 本課題由企業(yè)博士后科研工作站項(xiàng)目：