一种基于故障维修数据的大型矿用挖掘机可靠性分配方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于可靠性分配方法技术领域，特别涉及一种基于故障维修数据的大型矿 用挖掘机可靠性分配方法。
【背景技术】
[0002] 大型矿用挖掘机作为一种非常重要的工程机械，其产品的寿命和维修性越来越受 到人们的关心。对于大型矿用挖掘机的用户而言，一个优良的挖掘机产品应具备使用寿命 长，维修次数少，工作效率高等特点，而可靠性就能很好的概括这些特点。
[0003] 可靠性分配作为可靠性设计的重要任务之一，系统可靠性分配在计划、设计阶段 为不同的产品部件在时间及工作量的分配上提供了指导，为开发管理提供了有效的控制工 具并且把可靠性设计融入到系统之中。因此，这个阶段对系统后来的可靠性的影响是非常 关键的。而系统可靠性分配研宄是在近些年才发展起来的研宄工作，所以系统可靠性分配 相对于可靠性的预计和评价技术还显得不够成熟，还有待进一步完善。
[0004] 可靠性分配实际上是一个优化问题，目前主要存在两个主要方向，即有约束条件 的系统可靠性分配以及无约束条件的系统可靠性分配。
[0005] 有约束的可靠性分配方法主要是以可靠性指标为约束条件或者以成本、质量等为 约束条件，而以成本、质量等其他参数为目标函数或以系统的最高可靠性为目标函数求最 优解。但由于约束条件和目标函数的确定十分困难且具有较强主观性，在工程上应用较少。
[0006] 无约束的可靠性分配方法相比之下较为简便，如传统的等分配法、比例分配法、 AGREE分配法、评分分配法等以及基于模糊、基于故障树和基于层次分析法等可靠性分配新 方法，便于技术人员进行可靠性指标分配，理论成熟且运用较广。
[0007] 然而，大多数无约束可靠性分配方法具有较强的不确定性，主要是对于可靠性分 配的影响因素权重量化上，往往采用专家打分，这些影响因素本身就具有一定的不确定性， 专家的评价又加大了其不确定性。因此，这样的可靠性分配工作某些时候就变成了主观性 较强的人为经验分配，无法切实体现产品的实质需求，可信度大大降低。
【发明内容】
[0008] 本发明旨在提供一种基于故障维修数据的大型矿用挖掘机可靠性分配方法，很好 的解决了上述问题，减少人为主观因素影响，考虑产品故障和维修特点，快速且合理地进行 系统可靠性指标分配。
[0009] 本发明的技术方案是：一种基于故障维修数据的大型矿用挖掘机可靠性分配方 法，其特征在于：包括：
[0010] 步骤一，产品设计阶段：获取大型矿用挖掘机结构，确定产品层次划分，明确可靠 性分配工作目标和对象；
[0011] 步骤二，故障分析阶段：针对产品故障维修历史数据进行统计分析，综合考虑可靠 性分配需要考虑的因素与故障维修数据中所能收集到的可靠性信息，选取合适的可靠性因 素进行可靠性分配权重因子计算；
[0012] 步骤三，可靠性分配阶段：基于前两个阶段的系统可靠性分配指标值和每个子系 统或部件的可靠性分配因子值，对子系统进行可靠性指标分配。
[0013] 进一步的，步骤1的具体实施方法是：
[0014] 步骤1. 1，确定系统可靠性分配指标值：确定系统可靠性分配指标为系统可靠度 RS或平均故障间隔时间MTBF，然后参考产品的可靠性预计指标值或产品设计专家经验，完 成可靠性指标值的选取和确定；
[0015] 步骤1. 2,确定可靠性分配对象：结合故障模式影响危害性分析FMECA与故障树分 析FTA，找出关键子系统和部件，并作为可靠性指标分配的对象；
[0016] 步骤1. 3,建立可靠性分配模型：通过系统可靠性框图和可靠性分配对象选取，最 终建立可靠性分配模型。
[0017] 进一步的，步骤1. 1中，选取的可靠性分配指标为平均故障间隔时间MTBF时，必须 先将平均故障间隔时间MTBF换算成系统可靠度Rs再开始初步工作。
[0018] 进一步的，步骤1. 2中，产品可靠性框图为串联结构，则可靠性分配模型是串联模 型，若系统可靠性框图为并联结构，将并联部分看做一整体使整个结构保持串联模型，然后 进行可靠性分配，分配结束后再以该整体的可靠性分配值对并联结构的子系统和部件进行 二次分配。
[0019] 进一步的，步骤二的具体实施方法是：
[0020] 步骤2. 1，选取可靠性分配影响因素，统计故障维修数据，计算影响因素因子E:
【主权项】
1. 一种基于故障维修数据的大型矿用挖掘机可靠性分配方法，其特征在于：包括： 步骤一，产品设计阶段：获取大型矿用挖掘机结构，确定产品层次划分，明确可靠性分 配工作目标和对象； 步骤二，故障分析阶段：针对产品故障维修历史数据进行统计分析，综合考虑可靠性分 配需要考虑的因素与故障维修数据中所能收集到的可靠性信息，选取合适的可靠性因素进 行可靠性分配权重因子计算； 步骤三，可靠性分配阶段：基于前两个阶段的系统可靠性分配指标值和每个子系统或 部件的可靠性分配因子值，对子系统进行可靠性指标分配。
2. 根据权利要求1所述的基于故障维修数据的大型矿用挖掘机可靠性分配方法，其特 征在于：所述步骤一的具体实施方法是： 步骤1. 1，确定系统可靠性分配指标值：确定系统可靠性分配指标为系统可靠度Rs或 平均故障间隔时间MTBF，然后参考产品的可靠性预计指标值或产品设计专家经验，完成可 靠性指标值的选取和确定； 步骤1. 2,确定可靠性分配对象：结合故障模式影响危害性分析FMECA与故障树分析FTA，找出关键子系统和部件，并作为可靠性指标分配的对象； 步骤1. 3,建立可靠性分配模型：通过系统可靠性框图和可靠性分配对象选取，最终建 立可靠性分配模型。
3. 根据权利要求2所述的基于故障维修数据的大型矿用挖掘机可靠性分配方法，其特 征在于：所述步骤1. 1中，选取的可靠性分配指标为平均故障间隔时间MTBF时，必须先将平 均故障间隔时间MTBF换算成系统可靠度Rs再开始初步工作。
4. 根据权利要求2所述的基于故障维修数据的大型矿用挖掘机可靠性分配方法，其特 征在于：所述步骤1. 2中，产品可靠性框图为串联结构，则可靠性分配模型是串联模型，若 系统可靠性框图为并联结构，将并联部分看做一整体使整个结构保持串联模型，然后进行 可靠性分配，分配结束后再以该整体的可靠性分配值对并联结构的子系统和部件进行二次 分配。
5. 根据权利要求1所述的基于故障维修数据的大型矿用挖掘机可靠性分配方法，其特 征在于：所述步骤二的具体实施方法是： 步骤2. 1，选取可靠性分配影响因素，统计故障维修数据，计算影响因素因子E: 选取子系统或部件的故障次数作为分配依据，则统计得到各分配对象的影响因素因 子：
其中，ENi为第i个子系统或部件的故障次数因子，ENi值越大，表明该子系统或部件故 障越频繁；队和\为第i个和第j个子系统故障的次数；NS为系统的故障总次数，即子系统 或部件的故障次数之和；n为进行可靠性分配的子系统或部件数目； 步骤2. 2,计算可靠性分配因子： 分别定义串联系统和并联系统的可靠性分配因子：
其中，wsi为串联系统的第i个子系统或部件的可靠性分配因子，Wpi为并联系统的第i个子系统或部件的可靠性分配因子；EdPI为第i个和第j个子系统或部件的影响因素因 子，根据实际情况选择合适的因子，n为进行可靠性分配的子系统或部件数目。
6. 根据权利要求5所述的基于故障维修数据的大型矿用挖掘机可靠性分配方法，其特 征在于：所述步骤2. 1中，选取子系统或部件的平均维修时间MTTR作为分配依据，则相应计 算出各子系统或部件的影响因素因子：
其中，ETi为第i个子系统或部件的平均维修时间因子，ETi值越大，表明该子系统或部件 的平均维修时间越长；1\和T』为第i个和第j个子系统的MTTR;Ts为子系统或部件的MTTR 之和；n为进行可靠性分配的子系统或部件数目。
7. 根据权利要求5所述的基于故障维修数据的大型矿用挖掘机可靠性分配方法，其特 征在于：所述步骤2. 1，当综合考虑故障次数与平均维修时间作为分配依据，计算出一个综 合因子ESi，再对其进行归一化处理，得到最终的综合影响因素因子ESi*，计算如下：
其中，ENi和ETi为第i个子系统或部件的故障次数因子和平均维修时间因子；E&_和ETj 为第j个子系统或部件的故障次数因子和平均维修时间因子；n为进行可靠性分配的子系 统或部件数目；a为权重系数，表征故障次数和平均维修时间因子之间的大小，其值大小 属于[〇, 1]可由专家或技术人员设定。且当a= 1时，ESi* =ENi，不考虑平均维修时间因 素，当a=〇时，ESi* =ETi，此时不考虑故障次数因素。
8. 根据权利要求1所述的基于故障维修数据的大型矿用挖掘机可靠性分配方法，其特 征在于：所述步骤三的是具体实施方法是，对n个子系统进行可靠性指标分配： 圪串联） (1 -/?/(并联） 其中，Rsi为串联系统的第i个子系统或部件的可靠性分配值，Rpi为并联系统的第i个 子系统或部件的可靠性分配值；Wsi为串联系统的第i个子系统或部件的可靠性分配因子， Wpi为并联系统的第i个子系统或部件的可靠性分配因子；RS为系统的可靠性分配值。
9. 根据权利要求8所述的基于故障维修数据的大型矿用挖掘机可靠性分配方法，其 特征在于：当可靠度服从指数分布的串联系统，选取平均故障间隔时间MTBF作为可靠性 分配指标时，则可对子系统可靠性指标分配求解过程进行简化，由可靠度指数分布R(t)= e-入t可知其MTBF= 1/X，则对每个子系统和部件的可靠性分配指标计算如下：
其中，Rs，1\分别为总系统的可靠度，故障率和平均故障间隔时间MTBF;Ri，\和 凡分别为第i个子系统或部件的可靠度，故障率和MTBF;Wi为可靠性分配因子。
10.根据权利要求1所述的基于故障维修数据的大型矿用挖掘机可靠性分配方法，其 特征在于：在完成每个子系统或部件的可靠性分配后，还需要对分配结果进行检验，即用每 个子系统的可靠性分配值计算分配后系统总的可靠性指标值R/，并与原系统可靠性指标Rs 进行比较，R/计算如下：
若R/多Rs，则检验通过，可靠性分配结束，否则重新进行分配。
【专利摘要】本发明属于可靠性分配方法技术领域，公开了一种基于故障维修数据的大型矿用挖掘机可靠性分配方法，包括产品设计、故障分析和可靠性分配等三个阶段，结合FMECA与FTA分析，选取关键子系统作为可靠性分配对象，大大减少可靠性分配任务工作量；分配权重取值完全来源于产品故障维修历史数据，不需要专家评价，降低了人为主观因素的干扰；分配方法充分考虑技术人员和用户最关心的产品故障和维修特性，分配结果具有鲜明的实际意义；分配方案适用性强，操作便捷，对非可靠性工作人员而言容易理解和执行。
【IPC分类】G06F17-50
【公开号】CN104573275
【申请号】CN201510043381
【发明人】王创民, 王晓明, 王吉生, 李爱峰, 张永明, 乔建强, 李光, 许玉明, 雷正杰
【申请人】太原重工股份有限公司
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月28日