一种基于GO-FLOW和FTA的球阀装配可靠性分析方法与流程

本发明涉及装配质量可靠性分析领域，具体涉及一种基于go-flow和fta的球阀装配可靠性分析方法。

背景技术：

近年来，随着球阀产业的发展，球阀对促进国民经济发展起着重大作用。球阀产品是装备制造业中的一个重要部分，发展球阀产业对于促进工业经济的发展和提升装备制造水平等方面具有重要意义。球阀是球体由阀杆带动并绕阀杆轴线作旋转运动的一类球阀。球阀的主要用途是截断或接通管路中的介质以及流体的调节与控制。因此，球阀作为管路流体输送系统中控制流体方向、压力的关键控制部件，在机械装备行业有着举足轻重的地位。

可靠性一般是指产品在一定时间内和一定条件下无故障地执行规定功能的能力，可以通过可靠度、故障率等来评价产品的可靠性。装配是保证产品可靠性的重要环节。产品装配指产品按照规定步骤将零部件组装成整机，并通过产品合格测试的过程，任一装配工序不合要求都会影响产品可靠性。因此，进行产品装配可靠性建模和分析研究对产品装配可靠性的重要保证。由于球阀产品装配过程具有一定的操作程序，但也存在系统不确定性方面的问题。

技术实现要素：

为了克服背景技术的不足，本发明提供一种提高球阀产品装配质量与可靠性的基于go-flow和fta的球阀装配可靠性分析方法。

本发明所采用的技术方案：一种基于go-flow和fta的球阀装配可靠性分析方法，其步骤包括：

a、根据球阀产品中各零部件的关系建立装配过程的流程图；

b、运用go-flow法，识别影响产品装配过程可靠性的关键环节；

c、应用fta法对影响关键环节的因素进行定性分析。

所述b步骤包括：

b1、根据球阀产品装配过程的流程图建立球阀产品装配过程go-flow图；

b2、分析球阀装配中的信号流和操作符，再根据go-flow的运算规则计算各信号流的故障率和可靠度，操作符运算符号如下：

信号发生器：

ar＝ac

λr＝λc

两状态单元：

ar＝as×ac

λr＝λs+λc

与门：

λr＝1-ar

其中，λc为操作符本身的故障率，λr为操作符本身的输出故障率，ac为操作符本身的可靠度，ar为操作符本身的输出可靠度，λs为输入信号的故障率，as为输入信号的可靠度；

b3、根据计算结果进行球阀产品装配质量可靠度评价。

所述c步骤包括：

c1、球阀装配中的关键环节对装配可靠性下降的原因进行分析；

c2、根据关键环节所涉及到的因素，建立球阀装配可靠性的故障树；

c3、根据球阀装配可靠性的故障树，结合装配过程的流程图，得到球阀装配过程对应事件的定义表；

c4、计算关键环节的故障发生概率。

所述步骤b2中的操作符的编号与各个装配工步内容相对应。

将所述步骤c2中的因素分为顶事件、中间事件以及基本事件。

所述步骤c4的公式为

a＝b1b2b3b4＝(x1+x2+x3+x4)(x5+x6)(x7+x8+xg)(x10+x11+x5)

其中，a为顶事件的故障发生概率，bi为中间事件的故障发生概率，xi为基本事件的故障发生概率，i＝1，2，…，n。

本发明的有益效果是：本技术方案综合运用go-flow法和故障树分析(faulttreeanalysis，fta)进行数据建模分析，并针对分析结果提出改进措施；

首先，根据系统中各零部件的关系建立装配流程模型。然后，建立球阀装配过程的go-flow图，分析其信号流、操作符和运算规则。其次，运用go-flow运算结果计算各信号流的故障率和可靠度，识别影响产品装配过程可靠性的关键环节，应用fta法对影响关键环节的因素进行定性分析；

go-flow法是在go法的基础上发展起来的，更加适用于有一定阶段过程的系统，并且可以计算出每一个装配阶段的装配可靠性。尽管go-flow法对每一个装配阶段提供装配可靠性数据参考，但没有进行原因分析；fta法是一种对影响产品可靠性原因进行从上到下，逐级进行分析判断的方法，可以从装配人员、装配工具、装配方法、装配零部件等方面对装配可靠性下降进行全方面的原因分析；因此，本技术方案充分发挥以上两种方法的优势，综合应用于球阀装配分析过程，从而克服各自的缺点和不足之处，具有提高球阀产品装配质量与可靠性的优点。

附图说明

图1为本发明实施例球阀产品装配过程的流程图。

图2为球阀的装配图。

图3为球阀装配过程各工步的信号流输出可靠度的折线图。

图4为球阀装配工步可靠度下降的故障树。

图5为go-flow法常用标准操作符的示意图。

图6为故障树常用符号表。

图7为锻钢二片式固定球阀装配过程go-flow图。

以下为图2中附图标记的名称：1-下阀体2-圆柱弹簧3-阀座4-球体5-后压盖6-上阀体7-轴承8-连轴套9-填料压板10-填料压套11-填料12-连接螺钉。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例作进一步说明：

如图所示，1、基于go-flow的装配可靠性分析过程

go-flow法是反映系统顺序操作过程及部件之间的作用关系的系统概率分析方法。首先，将各个操作工步的功能与相应的go-flow操作符一一对应，然后将装配过程用go-flow图表示出来，最后计算图中每个操作符对应的参数即为各故障在系统中的发生概率。go-flow法可靠性建模分析是以功能流为导向，将装配系统的原理图按一定的规则转化成go-flow模型，并进行计算分析。具体分析过程如下：

①建立球阀产品装配过程的流程图，以锻钢式二片式固定球阀为例，如图1所示。

②根据球阀产品装配过程的流程图建立球阀产品装配过程go-flow图。

③根据go-flow的运算规则计算球阀产品装配过程的可靠度。用λc、λr分别表示操作符本身的故障率和输出故障率，ac、ar分别表示操作符本身的可靠度和输出可靠度，λs、as分别表示输入信号的故障率和可靠度，则操作符运算符号如下：

a)信号发生器(类型25)：

ar＝ac(1)

λr＝λc(2)

b)两状态单元(类型21)：

ar＝as×ac(3)

λr＝λs+λc(4)

c)与门(类型30)：

λr＝1-ar(6)

④根据计算结果进行球阀产品装配质量可靠度评价。

其中，go-flow法常用标准操作符如图5所示

2、装配可靠性fta分析

故障树分析是一种靠演绎进项分析的方法，自顶向下逐级分析系统的可靠性，即在确定系统的故障模式，再分析引起该故障的全部可能原因，直到找出造成系统故障的全部基本底事件为止。该方法可以从定性和定量两个方面分析产品装配可靠性。本文重点运用故障树的定性分析方法，旨在于找出造成系统故障的所有基本底事件，帮助发现潜在故障和薄弱环节，运用割集或最小割集的方式表示出影响球阀装配可靠性的原因以及对装配可靠性的影响效果。割集表示故障树中影响装配可靠性的部分因素集合，若割集事件同时发生，则系统装配可靠性必然下降。最小割集则表示只要割集中的任一可靠性影响因素不发生，则装配可靠性就不会受影响。故障树中使用的符号及意义如图6所示。

以下将对基于go-flow和fta的球阀可靠性分析方法用实际案例进行分析：

1、产品装配过程的流程图

大部分机电产品是由很多不同零部件组成，各个零部件之间相互耦合连接，以满足特定的功能和性能要求，机电产品装配过程把多个零部件组合成为具有符合设计要求的产品，产品的装配过程：零件→组件→部件→大部件→整机。

本技术方案研究的某型号锻钢二片式固定球阀的装配图如图2所示，锻钢二片式固定球阀是一种新型的球阀类别，具有自身结构所独有的一些优越性，包括防火结构、防吹出阀杆、防静电、方外漏、以及能保持较小操作扭矩的弹簧预紧阀座等，广泛适用于石油、化工、城市给排水等领域要求严格的高压和大口径等工况。

根据go-flow操作符号的使用规则和锻钢二片式固定球阀装配过程的流程图，建立锻钢二片式固定球阀装配过程go-flow图：

如图7所示，为锻钢二片式固定球阀装配过程go-flow图。

2、锻钢二片式固定球阀装配过程可靠性分析

根据锻钢二片式固定球阀装配过程go-flow图，可知，共有14个操作符和14个信号流；

根据企业锻钢二片式固定球阀装配过程的数据，表1中的故障率λc等于在统计数据中该工步出现异常致使产品不合格次数与总装配次数之比；

表2是按照go-flow的运算规则计算的锻钢二片式固定球阀装配过程信号流数据。

表1锻钢二片式固定球阀装配过程操作符数据

表2锻钢二片式固定球阀装配过程信号流数据

从表2可看出，下阀体放置于装配工作台固定位置后输出可靠度为1，下阀体部分装配完毕后输出可靠度为0.9552，上阀体部分装配完成后输出可靠度为0.9722，将组装好的上阀体与下阀体组合装配之后的输出可靠度为0.9026，最终产品装配完成后的输出可靠度为0.8515，即大约有15％的锻钢二片式固定球阀装配质量不合格，跟企业统计数据相符；根据表2的数据，绘制如图2所示的该锻钢二片式固定球阀各工步信号流对应输出可靠度的折线图。

从图2可知，各道工步之后的输出可靠度表示为信号流强度。其中，在上阀体和下阀体组合这一装配工步后，系统可靠度显著下滑，下滑量占整个产品装配过程可靠度下滑量的46.7％，因此上阀体和下阀体组合装配过程为该型号锻钢二片式固定球阀装配过程的瓶颈工序；因此，为了提高该锻钢二片式固定球阀整个装配过程可靠性，提高前九道工步的可靠性是关键。

3、装配可靠度下降的fta分析

球阀装配可靠性受到装配人员素质、产品零部件可靠性、正确操作方法等多个方面影响，因此提高每一步骤的装配可靠性有利于提高球阀产品装配效率和装配可靠性。通过对该型号锻钢二片式固定球阀第九道工步对装配可靠性下降原因进行分析，根据第九道工步过程涉及到的步骤和因素分析，建立如图4所示装配可靠性的故障树。

根据图4所示的锻钢二片式固定球阀装配工步可靠度下降的故障树，结合产品装配过程一般框架图，得到装配过程对应事件的定义如表3所示。

表3产品装配过程对应事件的定义

由图4可知，第九道工步故障发生概率(即事件a)为直接相关事件概率的乘积，即事件b1、b2、b3、b4的故障率乘积，同理可得事件b1、b2、b3、b4的故障发生率。可得事件a发生概率的结构表达式为

a＝b1b2b3b4＝(x1+x2+x3+x4)(x5+x6)(x7+x8+x9)(x10+x11+x5)

根据该公式可知第九道工步装配可靠性受到11个一阶最小割集的影响。当一个最小割集的事件发生时，就有可能引起顶事件发生。一般情况下，在基本事件概率相等情况下，割集阶数越小，则发生的可能性就越大。因此，为了提高第九道工步的装配可靠性，应该减少各个最小割集的发生概率。综合归纳分析装配可靠性的主要问题及解决方案为：

(1)球阀的零部件精度不够导致装配可靠度降低。由于生产的球阀零部件数量较大，无法逐一检查。因此应制定科学合理的抽检制度和抽检方法，降低装配过程中因零部件质量不过关而导致的装配可靠度下降的概率。同时升级零部件加工设备，提高零部件的加工精度。

(2)装配环境不达标导致装配过程中外部异物进去球阀内部，致使球阀不合格。严格执行6s(seiri、seiton、seiso、seiketsu、shitsuke、security)管理要求，保持装配工作台的整洁有序，及时清理工作台上的异物，降低该因素对球阀装配质量的影响。

(3)装配工人对该球阀结构和装配流程不熟悉导致装配过程出现漏装和装配失误。由于该球阀企业承接设计和制造上百种不同型号和不同类别的球阀，并且一线工人流动性较大，导致装配人员无法熟悉每一种球阀的产品结构和装配技巧。因此，应在装配前对该组装配人员进行球阀产品结构、装配顺序、装配技巧以及注意事项进行培训，降低装配人员的装配能力对装配可靠度的影响。

本技术方案综合运用go-flow法和故障树分析(faulttreeanalysis，fta)进行数据建模分析，并针对分析结果提出改进措施；

首先，根据系统中各零部件的关系建立装配流程模型。然后，建立球阀装配过程的go-flow图，分析其信号流、操作符和运算规则。其次，运用go-flow运算结果计算各信号流的故障率和可靠度，识别影响产品装配过程可靠性的关键环节，应用fta法对影响关键环节的因素进行定性分析；

go-flow法是在go法的基础上发展起来的，更加适用于有一定阶段过程的系统，并且可以计算出每一个装配阶段的装配可靠性。尽管go-flow法对每一个装配阶段提供装配可靠性数据参考，但没有进行原因分析；fta法是一种对影响产品可靠性原因进行从上到下，逐级进行分析判断的方法，可以从装配人员、装配工具、装配方法、装配零部件等方面对装配可靠性下降进行全方面的原因分析；因此，本技术方案充分发挥以上两种方法的优势，综合应用于球阀装配分析过程，从而克服各自的缺点和不足之处，具有提高球阀产品装配质量与可靠性的优点。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

各位技术人员须知：虽然本发明已按照上述具体实施方式做了描述，但是本发明的发明思想并不仅限于此发明，任何运用本发明思想的改装，都将纳入本专利专利权保护范围内。