基于MATLAB的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)加工自動(dòng)化線可靠性研究①

王仕雄

(宣城職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械與汽車(chē)工程系,安徽 宣城242000)

0 引 言

作為汽車(chē)關(guān)鍵部件的發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)加工線工藝的研究分析,并解決在發(fā)動(dòng)機(jī)在制造過(guò)程中出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題、降低生產(chǎn)成本以及提高汽車(chē)的產(chǎn)能,也能夠?qū)ζ?chē)制造廠商生產(chǎn)管理者在遇到頻繁的設(shè)備故障及其如何處理這些故障起到指導(dǎo)作用,通過(guò)CDF的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)加工自動(dòng)化線可靠性研究,找出發(fā)動(dòng)機(jī)加工自動(dòng)化線系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié),并以此為依據(jù)來(lái)對(duì)自動(dòng)線工藝和設(shè)備進(jìn)行改進(jìn),進(jìn)而確保產(chǎn)品加工的良率和提升產(chǎn)能,并找出自動(dòng)線中經(jīng)常發(fā)生的設(shè)備故障規(guī)律性,有助于提升自動(dòng)化產(chǎn)線的自我管理水平。

1 汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)加工自動(dòng)化線概述

發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體、缸蓋均采用鋁合金材質(zhì),目前發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體、缸蓋自動(dòng)化產(chǎn)線采用并線生產(chǎn),且大多數(shù)采用以GROB加工中心和以ABB機(jī)器人為主的輔機(jī),以實(shí)現(xiàn)缸體、缸蓋機(jī)加線的高柔性化,發(fā)動(dòng)機(jī)加工自動(dòng)化線布局圖,如圖1所示。

圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)加工自動(dòng)化線布局圖

由圖1所示,發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)加自動(dòng)線的設(shè)備主要由GROB高速加工中心、上料桁架、專機(jī)、臺(tái)清洗機(jī)、上下料專用設(shè)備、二維碼打刻機(jī)、珩磨機(jī)、缸體最終檢測(cè)機(jī)、集中供液設(shè)備、SPC站、三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、卓勒高精度對(duì)刀儀以及熱漲儀組成的。

2 汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)加工自動(dòng)化線可靠性分析的指標(biāo)確定

將故障發(fā)生間隔周期和維修時(shí)間作為可靠性分析指標(biāo),按照發(fā)動(dòng)機(jī)加工自動(dòng)線的工藝技術(shù)參數(shù)要求:故障發(fā)生間隔周期≦600h,維修時(shí)間≦2.0h,以驗(yàn)證GROB高速高柔性加工中心的穩(wěn)定性和檢測(cè)出其正常使用壽命。

2.1 故障發(fā)生間隔周期

故障發(fā)生間隔周期,即相鄰間隔維修周期的無(wú)故障工作時(shí)間,無(wú)故障工作時(shí)間可以直接地體現(xiàn)出設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性能[3]。

2.2 維修時(shí)間

當(dāng)GROB高速高柔性加工中心維修時(shí),需要對(duì)每次的維修時(shí)間做評(píng)估,而維修時(shí)間可以直觀地反映出加工中心的維修程度和使用壽命。

3 基于Matlab的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)加工自動(dòng)化線可靠性研究

對(duì)GROB高速高柔性加工中心發(fā)生故障的情況做了相關(guān)的數(shù)據(jù)采集,并找出每臺(tái)GROB高速高柔性加工中心相連的故障的故障周期,作為分析的樣本,如表1所示。

表1

基于Matlab的故障發(fā)生間隔周期模型構(gòu)建

以時(shí)間t為橫坐標(biāo),每一組的頻率密度f(wàn)'（t）為縱坐標(biāo),來(lái)繪制頻率密度的分布圖,如圖2示。

圖2 頻率密度分布

以時(shí)間t為橫坐標(biāo),各組的累積頻率作為縱坐標(biāo),利用標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布函數(shù)擬合找出故障間隔周期的經(jīng)驗(yàn)分布函數(shù),如圖3所示。

圖3 故障間隔周期隨經(jīng)驗(yàn)分布函數(shù)擬合的函數(shù)

由圖3可看出,設(shè)定位置參數(shù)用代號(hào)α表示,形狀參數(shù)用代號(hào)β表示,則位置參數(shù)α與故障呈反比關(guān)系,而形狀參數(shù)與故障呈正比關(guān)系,則針對(duì)故障間隔周期t的α與β參數(shù)的概率密度函數(shù)為:

針對(duì)故障間隔周期t的α與β參數(shù)的概率分布函數(shù)為:

故障間隔周期t作為觀測(cè)點(diǎn),可用來(lái)表示,對(duì)

在線性方程中,結(jié)合表1數(shù)據(jù),經(jīng)過(guò)詳細(xì)計(jì)算可得:

所以線性方程為y=0.943x+38.59,可得:α

4 指標(biāo)評(píng)估與分析

發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)加工自動(dòng)化線的機(jī)加設(shè)備故障間隔周期的概率密度方程為:

故障間隔周期t的α與β參數(shù)的概率分布函數(shù)為:

4.1 平均的零故障周期

零故障周期指的是平均故障周期中的上次發(fā)生故障到下一次發(fā)生故障的時(shí)間段,用Z-Fa表示,可以根據(jù)參數(shù)估計(jì)中的平均故障周期的時(shí)間分布積分求出:

4.2 平均的維修時(shí)長(zhǎng)

用FT表示平均的維修時(shí)長(zhǎng),根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式:

式中,N0表示故障發(fā)生的次數(shù),T Fi表示第i次發(fā)生故障的維修周期

5 結(jié) 語(yǔ)

以故障發(fā)生間隔周期和維修時(shí)間作為汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)加工自動(dòng)線的可靠性分析指標(biāo),通過(guò)Matlab軟件對(duì)故障發(fā)生間隔周期模型構(gòu)建與數(shù)據(jù)處理,并得出結(jié)論:平均的零故障周期為585h,平均的維修時(shí)長(zhǎng)1.85h,滿足發(fā)動(dòng)機(jī)加工自動(dòng)線的工藝技術(shù)參數(shù)要求。