基于元?jiǎng)幼鞯臄?shù)控機(jī)床可用性分析方法研究

李健 慕宗燚 杜彥斌 黃廣全 冉琰

摘要：為了準(zhǔn)確分析數(shù)控機(jī)床可用性，結(jié)合元?jiǎng)幼骼碚?，提出了基于元?jiǎng)幼鞯臄?shù)控機(jī)床可用性分析方法。首先通過“功能-運(yùn)動(dòng)-動(dòng)作”結(jié)構(gòu)化分解方法對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行分解，得到元?jiǎng)幼麈満驮獎(jiǎng)幼?，以元?jiǎng)幼鳛樽钚》治鰡卧?，以組成單元零件的故障和維修數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，建立單元穩(wěn)態(tài)可用度模型；然后，結(jié)合馬爾可夫過程建立元?jiǎng)幼麈湹姆€(wěn)態(tài)可用度分析模型；最后，根據(jù)整機(jī)功能形成過程，建立了整機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)可用度模型。以數(shù)控磨床的可用度分析為例，對(duì)所提方法進(jìn)行了說明。

關(guān)鍵詞：可用性；元?jiǎng)幼?；?shù)控機(jī)床；馬爾可夫過程

中圖分類號(hào)：TG659

DOI：10.3969/j.issn.1004-132X.2023.15.009

Research on Availability Analysis Method of CNC Machine Tools Based on Meta-action

LI Jian1，2 MU Zongyi3 DU Yanbin1 HUANG Guangquan4 RAN Yan4

1.Chongqing Key Laboratory of Manufacturing Equipment Mechanism Design and Control，Chongqing Technology and Business University，Chongqing，400067

2.College of Mechanical Engineering，Chongqing Technology and Business University，Chongqing，400067

3.School of Intelligent Manufacturing Engineering，Chongqing University of Arts and Sciences，Chongqing，402106

4.College of Mechanical and vehicle Engineering，Chongqing University，Chongqing，400044

Abstract： In order to accurately analyze the availability of CNC machine tools， a analyzing method for the availability of CNC machine tools was proposed based on meta-action theory. Firstly， the “function-motion-action” structural decomposition tree was used to decompose the mechanical system， and the basic meta-action and meta-action chain were obtained. And a steady-state availability model was established based on the faults and maintenance data of the constituent components of the meta-action unit. Then， a steady-state availability analysis model for the meta-action chain was established based on Markov process. Finally， a steady-state availability model of the whole machine system was established based on the formation processes of the whole machine system function. Taking the availability analysis of CNC grinding machines as an example， and the proposed method was explained.

Key words： availability； meta-action； CNC machine tool； Markov process

0 引言

可用性是評(píng)價(jià)系統(tǒng)有效運(yùn)行的重要指標(biāo)，綜合考慮了系統(tǒng)可靠性和維修性兩個(gè)方面的因素，綜合反映了系統(tǒng)的可靠性、維修性和維修保障性［1］。目前對(duì)系統(tǒng)可用性的相關(guān)研究主要集中于計(jì)算機(jī)及控制系統(tǒng)領(lǐng)域，通過冗余結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提高系統(tǒng)的可用性［2-4］。然而，對(duì)于機(jī)電產(chǎn)品，控制系統(tǒng)技術(shù)成熟且穩(wěn)定可靠，影響其可用性的主要是機(jī)械系統(tǒng)，而且相對(duì)于控制系統(tǒng)，機(jī)械系統(tǒng)很少有冗余結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，因此對(duì)機(jī)械系統(tǒng)可用性提出了更高的要求。國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)機(jī)電產(chǎn)品可用性進(jìn)行了研究，LI等［5］、MORADI等［6］和NEIL等［7］分別采用馬爾可夫過程、遺傳算法、混合貝葉斯網(wǎng)絡(luò)等構(gòu)建了可修復(fù)系統(tǒng)的可用度解析表達(dá)式，得到了系統(tǒng)的可用度評(píng)估模型。CATELANI等［8］采用Monte Carlo等仿真方法對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的可用性評(píng)估方法進(jìn)行了研究。魏領(lǐng)會(huì)等［9］通過分析數(shù)控機(jī)床運(yùn)行的動(dòng)態(tài)變化過程，利用故障總時(shí)間法得到各子系統(tǒng)的狀態(tài)，結(jié)合可靠性隨機(jī) Petri 網(wǎng)模型，然后通過Monte Carlo仿真建立了數(shù)控機(jī)床可用性模型。SHEN等［10］和張英芝等［11］研究了數(shù)控機(jī)床可用性評(píng)價(jià)方法，通過分析子系統(tǒng)對(duì)整機(jī)系統(tǒng)的影響規(guī)律，建立數(shù)控機(jī)床可用性評(píng)價(jià)模型。

上述研究針對(duì)數(shù)控機(jī)床等機(jī)電產(chǎn)品可用性分析已經(jīng)取得了相關(guān)成果，但是依然沿用電子產(chǎn)品的研究方法，即將數(shù)控機(jī)床按照系統(tǒng)、子系統(tǒng)進(jìn)行分解。對(duì)于機(jī)械系統(tǒng)，其可靠性和維修性與電子產(chǎn)品差別很大，相對(duì)于電子產(chǎn)品，機(jī)械系統(tǒng)的功能和性能是通過其組成部件（零件）之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)予以實(shí)現(xiàn)和保障的。傳統(tǒng)的分析方法屬于“靜態(tài)”分析方法，無法反映機(jī)械系統(tǒng)“運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)功能”的特點(diǎn)，若分析過程中忽略機(jī)械部件之間的相互運(yùn)動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致其可靠性和可用性等分析結(jié)果不合理［12-14］。因此，利用電子產(chǎn)品的分析方法對(duì)數(shù)控機(jī)床可用性進(jìn)行分析和建模存在一定局限性。李冬英等［12］通過分析機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及功能和性能的形成過程，提出了一種元?jiǎng)幼骼碚摚瑢?shù)控機(jī)床按“功能—運(yùn)動(dòng)—?jiǎng)幼鳌狈纸獾阶罨镜脑獎(jiǎng)幼?。目前該理論成功?yīng)用到數(shù)控機(jī)床等機(jī)電產(chǎn)品的可靠性、精度等建模和分析研究中，并取得了一定成果［13-18］。本文引入元?jiǎng)幼骼碚?，以元?jiǎng)幼鲉卧鳛榭捎眯苑治龊徒５淖钚卧?，研究?shù)控機(jī)床整機(jī)系統(tǒng)可用性的建模和分析方法，為數(shù)控機(jī)床可用性的評(píng)估和預(yù)測(cè)提供依據(jù)。

1 元?jiǎng)幼骼碚?/p>

1.1 FMA結(jié)構(gòu)化分解樹

元?jiǎng)幼骼碚撌峭ㄟ^研究機(jī)電產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及功能和性能的形成過程而提出的一種新方法［12］。該方法將機(jī)電產(chǎn)品（數(shù)控機(jī)床）按“功能—運(yùn)動(dòng)—?jiǎng)幼鳌保╢unction-motion-action，F(xiàn)MA）分解到最基本的元?jiǎng)幼?，以元?jiǎng)幼鲉卧獮榛A(chǔ)進(jìn)行可靠性、精度、可用性的分析和建模，分析結(jié)果更加合理。圖1所示為機(jī)電產(chǎn)品FMA結(jié)構(gòu)化分解樹和典型元?jiǎng)幼鲉卧Y(jié)構(gòu)模型。

1.2 元?jiǎng)幼鲉卧Y(jié)構(gòu)組成

元?jiǎng)幼鲉卧饕蓜?dòng)力輸入件、中間件、支撐件、緊固件和動(dòng)力輸出件組成，其結(jié)構(gòu)模型如圖2所示。上游元?jiǎng)幼鲉卧ㄟ^動(dòng)力輸出件將動(dòng)力傳遞給當(dāng)前元?jiǎng)幼鲉卧膭?dòng)力輸入件，然后經(jīng)本單元中的中間件傳遞給動(dòng)力輸出件，再由本單元的動(dòng)力輸出件傳遞給下游元?jiǎng)幼鲉卧膭?dòng)力輸入件。通過此方式，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力在機(jī)械系統(tǒng)中的傳遞。

1.3 元?jiǎng)幼麈溄Y(jié)構(gòu)

將元?jiǎng)幼靼凑者\(yùn)動(dòng)傳遞順序進(jìn)行有序鏈接，用來表示系統(tǒng)將運(yùn)動(dòng)由動(dòng)力源傳遞到特定執(zhí)行機(jī)構(gòu)的元?jiǎng)幼骷?，如圖3所示，其建立對(duì)象是一個(gè)單一的運(yùn)動(dòng)傳遞關(guān)系［14，16］。

2 數(shù)控機(jī)床可用性分析方法

可用性是評(píng)價(jià)數(shù)控機(jī)床等可修復(fù)機(jī)電產(chǎn)品的重要指標(biāo)，是由系統(tǒng)的可靠性（故障率）和維修性（修復(fù)率）共同決定的。數(shù)控機(jī)床的無故障時(shí)間服從威布爾分布，三參數(shù)威布爾分布下系統(tǒng)在t時(shí)刻的可靠性R（t）函數(shù)與故障率λ（t）函數(shù)關(guān)系［19-20］如下：

其中，a為位置參數(shù)，η為尺寸參數(shù)，m為形狀參數(shù)。特別地，當(dāng)形狀參數(shù)為1時(shí)，系統(tǒng)無故障時(shí)間分布退化為指數(shù)分布，即系統(tǒng)故障率為恒定值。

本文旨在設(shè)計(jì)階段對(duì)元?jiǎng)幼鲉卧⒃獎(jiǎng)幼麈溡约罢麢C(jī)進(jìn)行穩(wěn)態(tài)可用性分析和建模工作，因此假設(shè)零件、元?jiǎng)幼鲉卧⒃獎(jiǎng)幼麈満驼麢C(jī)系統(tǒng)故障率恒定，即系統(tǒng)的故障和維修時(shí)間均服從指數(shù)分布，其數(shù)值均以已有故障數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行分析和計(jì)算。

數(shù)控機(jī)床是集“機(jī)、電、液”于一體的復(fù)雜機(jī)電產(chǎn)品，其控制系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)均對(duì)整機(jī)可用性產(chǎn)生影響。由元?jiǎng)幼麈溄Y(jié)構(gòu)可知，元?jiǎng)幼髦g通過動(dòng)力輸出件和動(dòng)力輸入件之間的配合，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的傳遞，因此元?jiǎng)幼髦g存在相互耦合作用［18］。限于篇幅，本文在對(duì)數(shù)控機(jī)床可用性進(jìn)行建模和分析過程中，僅考慮機(jī)械系統(tǒng)對(duì)整機(jī)可用性的影響，而且假設(shè)元?jiǎng)幼髦g相互獨(dú)立。關(guān)于控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)以及元?jiǎng)幼鏖g相互耦合作用對(duì)可用性建模和分析的影響，將在后續(xù)研究中進(jìn)行討論。

2.1 元?jiǎng)幼鲉卧捎眯苑治龇椒?/p>

元?jiǎng)幼鲉卧獮榈湫偷臋C(jī)械結(jié)構(gòu)，評(píng)價(jià)其穩(wěn)態(tài)可用性可以采用傳統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)的計(jì)算方法。對(duì)于一個(gè)機(jī)械單元，假設(shè)其故障次數(shù)為Pe，工作時(shí)間為Xe，成功修復(fù)次數(shù)為Me，總維修時(shí)間為Ye，則對(duì)于該系統(tǒng)，其維修系數(shù)為

ρe=λe/δe（2）

其中，λe表示單元故障率，δe表示單元修復(fù)率，其計(jì)算公式為

則該系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)可用度

利用上述方法可以對(duì)元?jiǎng)幼鲉卧姆€(wěn)態(tài)可用度進(jìn)行分析和計(jì)算。然而一方面，在數(shù)控機(jī)床實(shí)際維修工作中，針對(duì)元?jiǎng)幼鲉卧M(jìn)行維修和統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)較少，利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)較難得到元?jiǎng)幼鲉卧墓收下屎托迯?fù)率；另一方面，元?jiǎng)幼鲉卧彩怯蓹C(jī)械零件裝配得到的，這些零件在機(jī)械系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，故障和維修數(shù)據(jù)豐富。因此，可以從元?jiǎng)幼鲉卧悴考墓收蠑?shù)據(jù)入手，對(duì)元?jiǎng)幼鲉卧€(wěn)態(tài)可用度進(jìn)行分析。

由元?jiǎng)幼鲉卧x可知，元?jiǎng)幼鹘M成要素包括支撐件、緊固件、中間件、動(dòng)力輸入件、動(dòng)力輸出件五類。每一類要素所包含的零件及種類是確定的，例如元?jiǎng)幼鲉卧木o固件，主要包括螺釘、螺栓、螺母、軸承蓋等；元?jiǎng)幼鲉卧闹虚g件主要包括轉(zhuǎn)動(dòng)軸、鍵、軸承、滑軌等。上述零件都是機(jī)械系統(tǒng)中常見的零件，使用廣泛，故障和維修數(shù)據(jù)容易獲取。因此，可以利用單元組成要素中零件的故障和維修數(shù)據(jù)對(duì)單元的可用性進(jìn)行分析和計(jì)算。具體計(jì)算過程如下：

（1）分析元?jiǎng)幼鲉卧慕M成要素，并將單元中的零件按照組成要素進(jìn)行分類，得到各個(gè)組成要素中零件的規(guī)格和數(shù)量。

（2）針對(duì)組成要素中的具體零件，根據(jù)它在其他機(jī)械系統(tǒng)中的故障數(shù)據(jù)和維修數(shù)據(jù)，計(jì)算該零件的故障率和修復(fù)率。

（3）以單元組成要素為分析對(duì)象，計(jì)算該單元某個(gè)組成要素的故障率和修復(fù)率。以中間件為例，若它共包含n個(gè)零件，第i個(gè)零件的故障率和修復(fù)率分別為λIM，ie和δIM，ie，根據(jù)故障率和修復(fù)率的定義，則該單元中間件的故障率和修復(fù)率分別為

（4）通過上述方法，計(jì)算元?jiǎng)幼鲉卧兄渭?、中間件、緊固件、動(dòng)力輸入件和動(dòng)力輸出件的故障率分別為λSe、λIMe、λFe、λIe、λOe，修復(fù)率分別為δSe、δIMe、δFe、δIe、δOe，則元?jiǎng)幼鲉卧墓收下师薃ctione和修復(fù)率δActione分別為

由式（2）可知，元?jiǎng)幼鲉卧木S修系數(shù)

ρActione=λActione/δActione（7）

由式（4）可知，元?jiǎng)幼鲉卧姆€(wěn)態(tài)可用度

2.2 元?jiǎng)幼麈溈捎眯苑治龇椒?/p>

元?jiǎng)幼麈準(zhǔn)怯稍獎(jiǎng)幼鲉卧嗷ゴ?lián)組成的系統(tǒng)，是典型的可修復(fù)串聯(lián)系統(tǒng)，其基本組成要素為元?jiǎng)幼鲉卧?。因此，以元?jiǎng)幼鲉卧獮樽钚》治鰧?duì)象，建立元?jiǎng)幼麈溝到y(tǒng)可用性分析模型。

本文利用馬爾可夫過程對(duì)元?jiǎng)幼麈溈捎眯赃M(jìn)行建模和評(píng)估，需要做以下假設(shè)：①任意時(shí)刻，元?jiǎng)幼麈溇幱谡＿\(yùn)行或停機(jī)維修狀態(tài)；②組成元?jiǎng)幼麈湹脑獎(jiǎng)幼鲉卧墓收下屎托迯?fù)率是常數(shù)；③狀態(tài)轉(zhuǎn)移可以發(fā)生在任意時(shí)刻；④在某個(gè)時(shí)刻，不多于一次的故障/維修事件；⑤故障/維修事件之間相互獨(dú)立。

若一條元?jiǎng)幼麈溣蒻個(gè)元?jiǎng)幼鲉卧M成，其中任意一個(gè)元?jiǎng)幼鞒霈F(xiàn)故障，則該元?jiǎng)幼麈溚Ｖ构ぷ?，然后?duì)故障單元進(jìn)行維修，故障修復(fù)后繼續(xù)工作。圖4為該元?jiǎng)幼麈湹目捎眯钥驁D。該元?jiǎng)幼麈溸\(yùn)行期間共有m+1種狀態(tài)，具體信息見表1。

在任意時(shí)刻t，元?jiǎng)幼麈溩鳛榭删S修系統(tǒng)，其運(yùn)行狀態(tài)位于表1中的一種。應(yīng)用馬爾可夫過程對(duì)元?jiǎng)幼麈溝到y(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率分析，圖5為系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。

對(duì)于微小的時(shí)間Δt，該元?jiǎng)幼麈溝到y(tǒng)的狀態(tài)概率矩陣

則該系統(tǒng)的轉(zhuǎn)移密度矩陣

由元?jiǎng)幼麈湢顟B(tài)轉(zhuǎn)移圖得到系統(tǒng)狀態(tài)概率的微分方程為

對(duì)式（11）進(jìn)行Laplace變換，并根據(jù)初始條件，可得

求解上式得到

綜上，利用Laplace變換的極限定理，可得該元?jiǎng)幼麈湹姆€(wěn)態(tài)可用度

由式（8）得到元?jiǎng)幼麈満驮獎(jiǎng)幼鲉卧捎枚鹊年P(guān)系式：

2.3 整機(jī)可用性分析方法

由數(shù)控機(jī)床整機(jī)拓?fù)潢P(guān)系可知，整機(jī)系統(tǒng)功能由各條元?jiǎng)幼麈湥ㄟ\(yùn)動(dòng)軸）共同實(shí)現(xiàn)。對(duì)于多軸數(shù)控機(jī)床，利用元?jiǎng)幼麈湹目捎枚扔?jì)算方法，可以得到各個(gè)運(yùn)動(dòng)軸的穩(wěn)態(tài)可用度。數(shù)控機(jī)床中通過各個(gè)軸的相互運(yùn)動(dòng)，最終形成了系統(tǒng)規(guī)定的功能和性能。因此，可以得到數(shù)控機(jī)床整機(jī)系統(tǒng)可用度的計(jì)算模型：

式中，n為組成數(shù)控機(jī)床整機(jī)系統(tǒng)的元?jiǎng)幼麈湹臈l數(shù)；AChainj為第j條元?jiǎng)幼麈湹目捎枚取?/p>

將式（15）代入式（16），得到數(shù)控機(jī)床整機(jī)系

統(tǒng)與元?jiǎng)幼鲉卧捎枚戎g的關(guān)系式：

式中，AActionji為第j條元?jiǎng)幼麈湹牡趇個(gè)元?jiǎng)幼鲉卧姆€(wěn)態(tài)可用度；mj為第j條元?jiǎng)幼麈溨性獎(jiǎng)幼鲉卧臄?shù)目。

3 實(shí)例分析

以數(shù)控磨床為例，利用元?jiǎng)幼鲉卧?、元?jiǎng)幼麈満驼麢C(jī)系統(tǒng)可用性建模方法，對(duì)其穩(wěn)態(tài)可用性進(jìn)行分析和計(jì)算，數(shù)控磨床元?jiǎng)幼鞣纸馊鐖D6所示。各個(gè)元?jiǎng)幼鲉卧€(wěn)態(tài)可用度的計(jì)算是實(shí)現(xiàn)整機(jī)可用性分析的基礎(chǔ)，由于篇幅限制，僅以工作臺(tái)回轉(zhuǎn)分度運(yùn)動(dòng)中的蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)元?jiǎng)幼鲉卧獮槔?，?duì)元?jiǎng)幼鲉卧捎眯越＿M(jìn)行說明。其結(jié)構(gòu)組成如圖7所示，包括1-箱體（支撐件）、2-輸入齒輪（動(dòng)力輸入件）、8-蝸桿（動(dòng)力輸出件）、3-左推力軸承（中間件）、4-端蓋（中間件）、5-左軸套（中間件）、6-左滾針軸承（中間件）、7-右推力軸承（中間件）、9-右軸套（中間件）、10-右滾針軸承（中間件）、11-鍵（中間件）、2-左側(cè)螺母（緊固件）、13-右側(cè)螺母（緊固件），其中螺釘和螺栓均為緊固件，圖中未畫出。

根據(jù)數(shù)控磨床生產(chǎn)企業(yè)以及客戶等在生產(chǎn)、制造、使用及維護(hù)和售后數(shù)據(jù)，得到蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)元?jiǎng)幼鲉卧懈鱾€(gè)組成要素的故障率和修復(fù)率，見表2。

由式（6）得到蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)元?jiǎng)幼鲉卧墓收下屎托迯?fù)率分別為

由式（2）可知，元?jiǎng)幼鲉卧木S修系數(shù)ρ622e=0.0013；由式（4）可知，蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)元?jiǎng)幼鲉卧姆€(wěn)態(tài)可用度AAction622=0.998。同理，可以得到數(shù)控磨床中其余元?jiǎng)幼鲉卧姆€(wěn)態(tài)可用度，見表3。根據(jù)式（15）可以得到數(shù)控磨床內(nèi)6條元?jiǎng)幼麈湹姆€(wěn)態(tài)可用度，見表4。

根據(jù)表3中的數(shù)據(jù)，并利用式（17）的計(jì)算方法，得到數(shù)控磨床整機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)可用度

由實(shí)例分析可知，利用FMA結(jié)構(gòu)化分解方法，從數(shù)控磨床功能和性能的形成過程出發(fā)，對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)化分解得到元?jiǎng)幼麈満驮獎(jiǎng)幼?，符合機(jī)械系統(tǒng)“運(yùn)動(dòng)決定功能”的特點(diǎn)。以元?jiǎng)幼鲉卧獮榉治龊脱芯繉?duì)象，以單元中5種組成要素的故障及維修數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，得到了元?jiǎng)幼鲉卧€(wěn)態(tài)可用度。元?jiǎng)幼鲉卧?種組成要素的零件均為通用零件，故障及維修數(shù)據(jù)豐富。然后，以元?jiǎng)幼鲉卧€(wěn)態(tài)可用度為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了元?jiǎng)幼麈満驼麢C(jī)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)可用度的準(zhǔn)確計(jì)算。傳統(tǒng)方法進(jìn)行機(jī)電系統(tǒng)可用性分析過程中，是以零件為最小分析單元的，在建立整機(jī)系統(tǒng)模型時(shí)會(huì)導(dǎo)致組合計(jì)算爆炸問題；若以部件或子系統(tǒng)為最小分析單元，則面臨故障維修數(shù)據(jù)較少而且收集比較困難的情況，導(dǎo)致分析和評(píng)估結(jié)果誤差較大。本文方法以元?jiǎng)幼鳛樽钚》治鰡卧?，?shí)現(xiàn)整機(jī)系統(tǒng)可用性分析，避免了傳統(tǒng)方法的不足，實(shí)現(xiàn)了數(shù)控磨床等機(jī)電系統(tǒng)可用性快速合理的分析和評(píng)估。

4 結(jié)論

（1）本文以元?jiǎng)幼鲉卧獮榛痉治鰧?duì)象，通過收集5種組成要素的故障及維修數(shù)據(jù)信息，計(jì)算得到元?jiǎng)幼鲉卧姆€(wěn)態(tài)可用度。若采用傳統(tǒng)分析方法，系統(tǒng)及部件的故障維修數(shù)據(jù)較少而且收集比較困難，導(dǎo)致無法準(zhǔn)確合理地對(duì)系統(tǒng)可用性進(jìn)行分析和評(píng)估。本文方法所用到的元?jiǎng)幼鲉卧M成要素中的零件均為通用零件，可以充分利用企業(yè)中豐富的零件故障及維修數(shù)據(jù)信息，準(zhǔn)確得到元?jiǎng)幼鲉卧目捎枚取?/p>

（2）以元?jiǎng)幼鲉卧€(wěn)態(tài)可用度為基礎(chǔ)，根據(jù)元?jiǎng)幼鲉卧?元?jiǎng)幼麈満驼麢C(jī)的關(guān)系，分別建立了元?jiǎng)幼麈満驼麢C(jī)系統(tǒng)可用度模型，實(shí)現(xiàn)了數(shù)控機(jī)床等復(fù)雜機(jī)電產(chǎn)品整機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)可用度的分析。該方法符合數(shù)控機(jī)床等復(fù)雜機(jī)電產(chǎn)品功能和性能的形成過程，分析結(jié)果更加合理和準(zhǔn)確。

（3）本文針對(duì)數(shù)控機(jī)床可用性進(jìn)行建模和分析，并未考慮數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)的影響，在元?jiǎng)幼麈溈捎眯越：头治鲞^程中也未考慮元?jiǎng)幼髦g相互耦合作用的影響。在未來研究中，將充分考慮元?jiǎng)幼髦g相互耦合作用以及數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)的影響，建立數(shù)控機(jī)床綜合可用性分析模型，并利用實(shí)驗(yàn)手段以及生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)可用性模型和分析方法進(jìn)行驗(yàn)證和改進(jìn)，進(jìn)一步提高數(shù)控機(jī)床可用性分析的準(zhǔn)確性，為產(chǎn)品開發(fā)和實(shí)際生產(chǎn)過程提供更好的指導(dǎo)。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 冉琰， 張根保， 庾輝， 等. 數(shù)控機(jī)床可用性研究綜述［J］. 河北科技大學(xué)學(xué)報(bào)， 2018， 39（5）：379-385.

RAN Yan， ZHANG Genbao， YU Hui， et al. Research Summary of the Usability of CNC Machine Tools［J］. Journal of Hebei University of Science and Technology， 2018， 39（5）：379-385.

［2］ 江磊， 王小敏， 藺偉. 基于動(dòng)態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的列控中心可靠性及可用性評(píng)估［J］. 交通運(yùn)輸系統(tǒng)工程與信息， 2018， 18（3）：182-188.

JIANG Lei， WANG Xiaomin， LIN Wei， et al. Reliability and Availability Evaluation of Train Control Center Based on Dynamic Bayesian Network［J］. Journal of Transportation Systems Engineering and Information Technology， 2018， 18（3）：182-188.

［3］ 江磊， 王小敏， 劉一騮， 等. 基于動(dòng)態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的CTCS3-300T列控車載系統(tǒng)運(yùn)行可靠性及可用性評(píng)估［J］. 鐵道學(xué)報(bào)， 2020， 42（3）：85-92.

JIANG Lei， WANG Xiaomin， LIU Yiliu， et al. DBN-based Operational Relaibility and Availability Evaluation of CTCS-300T Onboard System［J］. Journal of the China Railway Society， 2020， 42（3）：85-92.

［4］ 高劍剛， 胡晉， 龔道永， 等. 神威太湖之光可靠性及可用性設(shè)計(jì)與分析［J］. 計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展， 2021， 58（12）：2696-2707.

GAO Jiangang， HU Jin， GONG Daoyong， et al. Design and Analysis of Reliability and Availability on Sunway Taihu Light［J］. Journal of Computer Research and Development， 2021， 58（12）：2696-2707.

［5］ LI R， LIU X， HUANG N. Availability Allocation of Networked Systems Using Markov Model and Heuristics Algorithm［J］. Mathematical Problems in Engineering， 2014， 2014：315385.

［6］ MORADI E， ZANDIEH M. Minimizing the Makespan and the System Unavailability in Parallel Machine Scheduling Problem：a Similarity-based Genetic Algorithm［J］. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology， 2010， 51（5/8）：829-840.

［7］ NEIL M， MARQUEZ D. Availability Modelling of Repairable Systems Using Bayesian Networks［J］. Engineering Applications of Artificial Intelligence， 2012， 25（4）：698-704.

［8］ CATELANI M， CIANI L， VENZI M. Sensitivity Analysis with MC Simulation for the Failure Rate Evaluation and Reliability Assessment［J］. Measurement， 2015， 74：150-158.

［9］ 魏領(lǐng)會(huì)， 申桂香， 張英芝， 等. 數(shù)控機(jī)床可用度建模與仿真［J］. 吉林大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版）， 2011， 41（4）：993-997.

WEI Linghui， SHEN Guixiang， ZHANG Yingzhi， et al. Modeling and Simulating Availability of CNC Machine Tools［J］. Journal of Jilin University（Engineering and Technology Edition）， 2011， 41（4）：993-997.

［10］ SHEN Guixiang， SUN Shuguang， ZHANG Yingzhi， et al. A Synthetic Method for the Analysis of User Availability Requirements in CNC Machine Tools Availability House［J］. Hydromechatronics Engineering， 2016， 44（12）：31-38.

［11］ 張英芝， 榮峰， 申桂香， 等. 基于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)及自相關(guān)關(guān)系的數(shù)控機(jī)床可用性需求指標(biāo)權(quán)重計(jì)算［J］. 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)， 2016， 22（7）：1687-1694.

ZHANG Yingzhi， RONG Feng， SHEN Guixiang， et al. Weight Calculation for Avability Demand Index of CNC Machine Tools Based on Market Conpetition and Self-correlation［J］. Computer Integrated Manufacturing System， 2016， 22（7）：1687-1694.

［12］ 李冬英， 李夢(mèng)奇， 張根保， 等. 元?jiǎng)幼餮b配單元誤差源及誤差傳遞模型研究［J］. 機(jī)械工程學(xué)報(bào)， 2015， 51（17）：146-155.

LI Dongying， LI Mengqi， ZHANG Genbao， et al. Mechanism Analysis of Deviation Sourcing and Propagation for Meta-action Assembly Unit［J］. Journal of Mechanical Engineering， 2015， 51（17）：146-155.

［13］ LI Y， ZHANG G， WANG Y， et al. Research on Reliability Allocation Technology for NC Machine Tool Meta-action［J］. Quality and Reliability Engineering International， 2019， 35（6）：2016-2044.

［14］ YU H， ZHANG G， RAN Y， et al. A Reliability Allocation Method for Mechanical Product Based on Meta-action［J］. IEEE Transactions on Reliability， 2020， 69（1）：373-381.

［15］ 張生永， 冉琰， 張根保， 等. 精度保持性定量評(píng)價(jià)與精度退化機(jī)理分析［J］. 機(jī)械工程學(xué)報(bào)， 2022， 58（7）：193-213.

ZHANG Shengyong， RAN Yan， ZHANG Genbao， et al. Quantitative Evaluation of Accuracy Retentivity and Analysis of Accuracy Degradation Mechanism［J］. Journal of Mechanical Engineering， 2022， 58（7）：193-213.

［16］ 李健， 冉琰， 張根保， 等. 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)精度優(yōu)化分配新方法［J］. 中國(guó)機(jī)械工程， 2022， 33（9）：1034-1043.

LI Jian， RAN Yan， ZHANG Genbao， et al. Optimal Distribution of Motion Precision of Mechanical Transmission System Based on Meta Action［J］. China Mechanical Engineering， 2022， 33（9）：1034-1043.

［17］ 李健， 張根保， 冉琰， 等. 基于自由度約束的元?jiǎng)幼鲉卧`差傳遞路徑識(shí)別方法［J］. 中國(guó)機(jī)械工程， 2023， 34（2）：135-141.

LI Jian， ZHANG Genbao， RAN Yan， et al. Error Transfer Path Identification Method of Meta-action Unit Based on Degree of Freedom Constraint［J］. China Mechanical Engineering， 2023， 34（2）：135-141.

［18］ JIN Chuanxi， RAN Yan， ZHANG Genbao. Reliability Coupling Mechanism Analyses of T-translation-type Contemporaneous Meta-action in CNC Machine Tools［J］. International Journal of Advanced Manufacturing Technology， 2023， 124， （11/12）：4523-4549.

［19］ 范晉偉， 王鴻亮， 張?zhí)m清， 等. 數(shù)控磨床可靠性建模及評(píng)估研究［J］. 制造技術(shù)與機(jī)床， 2016（6）：94-97.

FAN Jinwei， WANG Hongliang， ZHANG Lanqing， et al. Research on Reliability Modeling and Evaluation of CNC Grinding Machine［J］. Manufacturing Technology & Machine Tool， 2016（6）：94-97.

［20］ 王燁， 鄭慶元. 基于威布爾模型的數(shù)控機(jī)床可靠性分析［J］. 機(jī)械工程師， 2014（4）：41-43.

WANG Ye， ZHENG Qingyuan. Reliability Evaluation of CNC Machine Tools Based on Weibull Model［J］. Mechanical Engineer， 2014（4）：41-43.