一种实现长工作寿命的数控机床模块化设计方法
【专利摘要】本发明公开了一种实现长工作寿命的数控机床模块化设计方法。依据数控机床设计方案中的可靠性分配方案、零件样本手册，建立数控机床零件工作寿命模型；依据数控机床设计方案中的结构方案，分析数控机床结构，基于零件间的连接方式和拆解关系，建立零件维修结构网络；依据数控机床零件工作寿命估计模型，计算数控机床零件的维修周期；解析零件维修结构网络，建立零件拆解路径约束；依据维修周期聚类准则和拆解路径约束，求解获得数控机床维修模块规划方案，将维修周期近似、维修拆解路径相同的零件聚类成为模块；依据模块划分方案，制定模块定期维修计划，消除数控机床故障隐患，实现数控机床的长工作寿命。
【专利说明】一种实现长工作寿命的数控机床模块化设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种面向维修的数控机床模块化设计方法，尤其设计一种实现长工作 寿命的数控机床模块化设计方法。
【背景技术】
[0002] 随着现代制造业的向着高效率和高质量发展，对生产制造企业中使用的数控机床 设备要求具有高稳定性和高可靠性。而数控机床由于存在零部件的磨损和老化等问题，出 现故障的现象是不可避免的。数控机床是集机械、电子、液压等技术为一体的大量先进加工 设备，在提高生产系统运作效率的同时，设备故障控制和故障维修的复杂度大大增加。传统 的数控机床维修保养针对单个零件，造成数控机床维修频繁，导致数控机床无法长时间稳 定运行，同时也大大增加了数控机床的维修费用。
【发明内容】
[0003] 发明的目的在于提供一种实现长工作寿命的数控机床模块化设计方法，通过数控 机床零件工作寿命计算确定零件的维修周期，依据维修周期聚类准则，将维修周期近似、维 修拆解路径相同的零件聚类成为模块。在数控机床运行过程中，对到达故障临界状态的零 件进行整体批量维修保养，可以降低数控机床的维修频率，减少数控机床故障停机时间，消 除故障对生产制造的影响，延长数控机床工作寿命。
[0004] 本发明实现长工作寿命的数控机床模块化设计方法，包括以下步骤：
[0005] 步骤1)依据数控机床设计方案中的可靠性分配方案、零件样本手册，建立数控机 床零件工作寿命估计模型：
[0006] t\R{() =cxp^￡/j(/)dfJ>Riln
[0007] 式中，h(t)表示零件的可靠性概率密度函数，可靠性函数由零件样本手册查询获 得，Rini表示数控机床设计方案中零件的设计可靠性。
[0008] 步骤2)依据数控机床设计方案中的结构方案，分析数控机床结构，基于零件间的 连接关系和拆解关系，建立零件维修结构网络；零件维修结构网络中，网络节点表示数控机 床零件和虚拟零件，节点间连线表示零件间可拆解的物理连接；可拆解的物理连接指螺纹 连接、销连接和键连接。
[0009] 步骤3)依据数控机床零件工作寿命估计模型，计算数控机床零件的维修周期。 [0010] 步骤4)解析零件维修结构网络，建立零件拆解路径约束。
[0011] 步骤5)依据维修周期聚类准则和拆解路径约束，利用遗传算法求解获得数控机 床维修模块规划方案，将维修周期近似、维修拆解路径相同的零件聚类成为模块。
[0012] 步骤6)依据模块划分方案，制定数控机床模块定期维修计划，消除数控机床故障 隐患，实现数控机床的长工作寿命。
[0013] 所述的虚拟零件，指零件间有不可拆解的物理连接，不可拆解的物理连接指焊接 连接、铆钉连接和粘结连接。
[0014] 所述的零件维修结构网络，形式化表达为G= {N，E};式中，N是零件集合，E为零 件连接矩阵
[0015]
【权利要求】
1. 一种实现长工作寿命的数控机床模块化设计方法，其特征在于，步骤如下： 步骤1)依据数控机床设计方案中的可靠性分配方案、零件样本手册，建立数控机床零 件工作寿命估计模型： /|/?(〇= cxp -|(|/i(r)d/J ^lini 式中，h(t)表示零件的可靠性概率密度函数，可靠性函数由零件样本手册查询获得，Rini表示数控机床设计方案中零件的设计可靠性； 步骤2)依据数控机床设计方案中的结构方案，分析数控机床结构，基于零件间的连接 关系和拆解关系，建立零件维修结构网络；零件维修结构网络中，网络节点表示数控机床零 件和虚拟零件，节点间连线表示零件间可拆解的物理连接；可拆解的物理连接指螺纹连接、 销连接和键连接； 步骤3)依据数控机床零件工作寿命估计模型，计算数控机床零件的维修周期； 步骤4)解析零件维修结构网络，建立零件拆解路径约束； 步骤5)依据维修周期聚类准则和拆解路径约束，利用遗传算法求解获得数控机床维 修模块规划方案，将维修周期近似、维修拆解路径相同的零件聚类成为模块； 步骤6)依据模块划分方案，制定数控机床模块定期维修计划，消除数控机床故障隐 患，实现数控机床的长工作寿命。
2. 根据权利要求1所述的一种实现长工作寿命的数控机床模块化设计方法，其特征在 于，所述的虚拟零件，指零件间有不可拆解的物理连接，不可拆解的物理连接指焊接连接、 铆钉连接和粘结连接。
3. 根据权利要求1所述的一种实现长工作寿命的数控机床模块化设计方法，其特征在 于，所述的零件维修结构网络，形式化表达为G= {N，E};式中，N是零件集合，E为零件连接 矩阵
式中，表示零件Ci和零件间关联关系，若零件Ci与零件间有可拆解的物理连 接，则eu = 1 ;否则eu = 0,i和j表示零件编号，m表示零件数量。
4. 根据权利要求1所述的一种实现长工作寿命的数控机床模块化设计方法，其特征在 于，所述的拆解路径约束，同一拆解路径上的零件才能聚类组成模块，拆解路径约束表达式 为：
式中，Dk表示模块k内的零件数量，Hltik表示零件Ci的从属因子，若Ci属于模块k，则mtik = 1,否贝umtik = 0。
5. 根据权利要求1所述的一种实现长工作寿命的数控机床模块化设计方法，其特征在 于，所述的维修周期聚类准则，是将维修周期近似的零件聚类组成模块，以组成模块的零件 的维修周期方差最小为设计目标；零件维修周期方差计算公式为：
式中，Ns表示数控机床维修模块规划方案中的模块数量，Sk表示数控机床维修模块规 划方案中第k个模块的零件维修周期方差；Ei表示零件Ci的维修周期；I：表示模块内零件 的平均维修周期；Dk表示模块k内的零件数量。
6. 根据权利要求1所述的一种实现长工作寿命的数控机床模块化设计方法，其特征在 于，所述的数控机床维修模块规划方案，是依据各零件的维修周期，将维修周期近似的零件 聚类成为一个模块，使模块内部组件的维修周期相接近，模块之间的维修周期相差异，提高 数控机床的可维修性。
7. 根据权利要求1所述的一种实现长工作寿命的数控机床模块化设计方法，其特征在 于，所述的数控机床维修模块规划求解，设定种群规模、迭代次数、设计变量和目标函数，通 过进化运算，获得数控机床维修模块规划方案。
8. 根据权利要求1所述的一种实现长工作寿命的数控机床模块化设计方法，其特征在 于，所述的数控机床模块定期维修计划，在数控机床运行过程中，对到达故障临界状态的模 块内的零件，整体批量实施维修，消除故障隐患，延长数控机床整机工作寿命。
【文档编号】G06F17/50GK104318034SQ201410617933
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年11月5日 优先权日:2014年11月5日
【发明者】高一聪, 冯毅雄, 郑浩 申请人:浙江大学