一种数控机床故障分析方法技术

本发明专利技术公开了一种数控机床故障分析方法，克服现有技术存在的机床故障分析中未考虑故障相关性问题；集成DEMATEL‑ISM法，结合故障统计相关数据，考虑子系统间故障相关关系，应用有向图和矩阵运算得到子系统间综合影响矩阵和相关度，由子系统间综合影响矩阵得到整体影响矩阵和可达矩阵，将可达矩阵分解得到多级递阶层次结构模型。综合相关度和多级递阶层次结构模型得到数控机床关键子系统；利用FMECA技术分析确定关键子系统各组成部分可能存在的故障模式及每一故障模式对数控机床工作的影响，找到单点故障，依照各故障模式严酷度及各故障模式发生概率，确定各故障模式危害性。

Fault analysis method of numerical control machine tool

The invention discloses a CNC machine tool fault analysis method to overcome the problem of fault correlation without considering the machine fault analysis of the problems of the prior art; integrated DEMATEL ISM method, combined with the fault related statistic data, the failure to consider the relationship between subsystems, using directed graph and matrix operation subsystem comprehensive influence matrix and correlation comprehensive influence matrix system, since the overall effect of matrix and reachability matrix, the reachability matrix decomposition of multilevel hierarchical structure model. The integrated correlation and multi hierarchical structure model of NC machine tool key subsystem; failure mode and effect analysis to determine each failure mode of each component of the key subsystem may exist in the NC machine by using FMECA technology, to find a single point of failure, the failure mode in accordance with the severity and probability of occurrence of each failure mode, determine the failure mode harmfulness.

【技术实现步骤摘要】
一种数控机床故障分析方法
本专利技术属于数控机床
，涉及一种数控机床故障分析方法，具体涉及一种考虑数控机床子系统故障相关性的数控机床故障分析方法。
技术介绍
随着系统复合性功能的增强和先进性的提高，系统的结构也日趋复杂，数控机床的各子系统故障潜在隐患增多。在数控机床正常使用过程中，每一数控机床子系统出现故障往往都会引起数控机床整机故障，且由于故障相关关系的存在,一个单元或子系统出现故障,可能导致系统其他部分发生故障,引起多米诺效应,形成失效序列与失效雪崩。因此，考虑故障相关关系进行系统可靠性研究变得越来越迫切。而现有数控机床的故障分析研究通常忽略了这点。存在相关故障的系统中若干个单元彼此相依，给系统可靠性分析带来了极大困难。近些年对故障相关的研究主要集中在单向相关故障的研究上，有基于可靠性模型的串联相关故障分析、负相关故障分析、共因失效的分析等。对于双向故障相关性的研究还处于初级阶段，主要为针对要素间相关度的分析。有文献从故障次数角度来考虑部件对整机影响程度，但该方法属于单因素分析方法，对同层次或不同层次间各个故障部位和故障模式的相关关系及影响难以综合评估。有文献利用copula函数求解关联系数值，但该方法不能明确子系统之间的相互作用关系和作用方向。有文献采用自相关矩阵考虑各要素间直接关系却忽视了多层次故障传递链条中要素间的间接相关关系。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题克服了现有技术存在的机床故障分析中未考虑故障相关性的问题，提供了考虑数控机床故障相关性的一种数控机床故障分析方法。为解决上述技术问题，本专利技术是采用如下技术方案实现的，结合附图说明如下：本专利技术是数控机床在考虑子系统故障相关性时的数控机床故障分析方法。可以实现数控机床系统运行过程中故障子系统故障相关下的数控机床故障相关分析，为判断关键子系统提供方法，为故障相关性建模和可靠性分配奠定基础，并为故障快速诊断及定位提供了新方法，同时通过纵向分析，实现了从关键子系统到关键故障模式的获取，明确了可靠性具体改进方向。这种数控机床故障分析方法，结合故障统计相关数据，考虑故障子系统相关关系，采用决策实验室分析法(DecisionMakingTrialandEvaluationlaboratory，DEMATEL)，应用有向图和矩阵运算得到故障子系统综合影响关系矩阵与相关度；并集成解释结构模型(InterpretativeStructuralModeling，ISM)，将众多要素相互影响的逻辑关系用多级递阶层次结构模型进行直观表示，综合相关度和多级递阶层次结构模型得到数控机床关键子系统。为进一步确定关键子系统的关键故障模式，利用FMECA分析技术对关键子系统进行危害性分析，从而找出关键故障模式，明确可靠性改进重点。该方法的系统应用对故障诊断及定位、系统可靠性改进等可靠性研究都具有重要意义。关于DEMATEL-ISM方法：DEMATEL法是1971年美国国家实验室为解决现实世界中复杂、困难的问题而提出的一种借助图论和矩阵工具进行系统要素分析的方法论。它通过分析系统中各要素之间的逻辑关系，构建直接影响矩阵，经过演算，得到每个要素对其他要素的影响度、被影响度，以及各因素的原因度与中心度，进而得到要素间影响关系及程度。ISM法于1973年由美国Warfield教授将其作为用于复杂社会经济系统相关问题的一种分析方法而提出。该方法基本原理是采用各种创造性技术，进行问题构成要素的提取，借助有向图、矩阵或计算机等工具，最终将系统构造成一个多级递阶层次结构模型，将要素间的依赖关系与系统内部结构直观地展现出来，实现关系的条理化、层次化。为简化明确系统要素之间关系并简化ISM建模中大量复杂的矩阵运算，本专利技术将引用集成DEMATEL-ISM法对数控机床进行故障相关关系分析。首先，根据子系统故障相关数据建立故障子系统有向图；其次，由DEMATEL法计算得到子系统间的综合影响矩阵T，据此得出数控机床每个子系统的影响度、被影响度、中心度与原因度，从而获得故障子系统相关度排序；然后，确定系统整体影响矩阵H，H＝T+I，并根据整体影响矩阵H与可达矩阵M之间的映射关系得到可达矩阵M；最后，结合ISM方法对系统进行等级划分和区域分解，获得故障子系统间的层次结构关系。两种方法集成，既可明确子系统故障影响大小，也可明确故障传递机理。一种数控机床故障分析方法，包括以下步骤：步骤1：集成DEMATEL-ISM法分析故障子系统相互影响，并得到故障子系统相关度和多级递阶层次结构模型，进而得到关键子系统；结合故障统计相关数据，考虑子系统间故障相关关系，采用DecisionMakingTrialandEvaluationlaboratory决策实验室分析法，应用有向图和矩阵运算得到故障子系统综合影响矩阵与相关度，并应用InterpretativeStructuralModeling解释结构模型，将众多故障子系统相互影响的逻辑关系用多级递阶层次结构模型进行直观表示，综合故障子系统相关度和多级递阶层次结构模型得到数控机床关键子系统；步骤2：利用FMECA分析技术对所得关键子系统进行故障分析求得关键故障模式；通过分析确定数控机床关键子系统各组成部分可能存在的故障模式及每一故障模式对数控机床的影响，找到单点故障，并依照各故障模式严酷度及各故障模式发生概率，确定各故障模式危害性，为采取相应补救改进措施以消除或减轻各故障模式危害性提供依据。技术方案中所述的集成DEMATEL-ISM法分析故障子系统相互影响，并得到故障子系统相关度和多级递阶层次结构模型，进而得到关键子系统，包括以下步骤：步骤1：根据故障统计相关数据，构建故障有向图，确定构成数控机床的故障相关子系统集合S＝{Si},i＝1,2,…,n；其中Si表示第i个与其他子系统存在相关故障的子系统，n表示存在相关故障的故障子系统数目；步骤2：将故障有向图转化为所有故障子系统间的直接影响矩阵Y；步骤3：对所有故障子系统间的直接影响矩阵Y标准化；步骤4：计算综合影响矩阵T式中：I为单位矩阵，Xk表示子系统i对子系统j的k阶段间接影响，X为标准化矩阵；步骤5：求出每个故障相关子系统的影响度、被影响度、中心度、原因度；步骤6：确定可达矩阵M；综合影响矩阵T仅反映不同故障子系统之间的相互影响关系和程度，并未考虑故障子系统对自身的影响，因此需要计算反映故障子系统的整体影响关系；步骤7：区域分解和级位划分：定义受子系统Si影响的子系统集合为子系统Si的可达集R(Si),影响子系统Si的子系统集合为子系统Si的先行集A(Si)，通过对可达集R(Si)和先行集A(Si)的计算，对可达矩阵M进行区域分解和级位划分；步骤8：对步骤7经级位划分后的可达矩阵进行越级二元关系的去除，并去除自身到达的二元关系，得到骨架矩阵，进而得到多级递阶层次结构模型，从而得到关键子系统。技术方案中所述的将故障有向图转化为所有故障子系统间的直接影响矩阵Y是指：将故障相关性考虑在内，Y＝(yij)n×n；其中yij为子系统i影响子系统j的影响次数，i＝j时，yii＝0，n表示存在相关故本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数控机床故障分析方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：集成DEMATEL‑ISM法分析故障子系统相互影响，并得到故障子系统相关度和多级递阶层次结构模型，进而得到关键子系统；结合故障统计相关数据，考虑子系统间故障相关关系，采用Decision Making Trial and Evaluation laboratory决策实验室分析法，应用有向图和矩阵运算得到故障子系统综合影响矩阵与故障子系统相关度，并应用Interpretative Structural Modeling解释结构模型，将众多要素相互影响的逻辑关系用多级递阶层次结构模型进行直观表示，综合故障子系统相关度和多级递阶层次结构模型，得到数控机床关键子系统；步骤2：利用FMECA分析技术对所得关键子系统进行故障分析求得关键故障模式；通过分析确定数控机床关键子系统各组成部分可能存在的故障模式，及每一故障模式对数控机床工作的影响，找到单点故障，并依照各故障模式严酷度及各故障模式发生概率，确定各故障模式危害性，为采取相应补救改进措施以消除或减轻各故障模式危害性提供依据；所述的集成DEMATEL‑ISM法分析故障子系统相互影响，并得到故障子系统相关度和多级递阶层次结构模型，进而得到关键子系统，包括以下步骤：步骤1：根据故障统计相关数据，构建故障有向图，确定构成数控机床的故障相关子系统集合S＝{S...

【技术特征摘要】
1.一种数控机床故障分析方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：集成DEMATEL-ISM法分析故障子系统相互影响，并得到故障子系统相关度和多级递阶层次结构模型，进而得到关键子系统；结合故障统计相关数据，考虑子系统间故障相关关系，采用DecisionMakingTrialandEvaluationlaboratory决策实验室分析法，应用有向图和矩阵运算得到故障子系统综合影响矩阵与故障子系统相关度，并应用InterpretativeStructuralModeling解释结构模型，将众多要素相互影响的逻辑关系用多级递阶层次结构模型进行直观表示，综合故障子系统相关度和多级递阶层次结构模型，得到数控机床关键子系统；步骤2：利用FMECA分析技术对所得关键子系统进行故障分析求得关键故障模式；通过分析确定数控机床关键子系统各组成部分可能存在的故障模式，及每一故障模式对数控机床工作的影响，找到单点故障，并依照各故障模式严酷度及各故障模式发生概率，确定各故障模式危害性，为采取相应补救改进措施以消除或减轻各故障模式危害性提供依据；所述的集成DEMATEL-ISM法分析故障子系统相互影响，并得到故障子系统相关度和多级递阶层次结构模型，进而得到关键子系统，包括以下步骤：步骤1：根据故障统计相关数据，构建故障有向图，确定构成数控机床的故障相关子系统集合S＝{Si},i＝1,2,…,n；其中Si表示第i个与其他子系统存在相关故障的子系统，n表示存在相关故障的故障子系统数目；步骤2：将故障有向图转化为所有故障子系统间的直接影响矩阵Y；步骤3：对所有故障子系统间的直接影响矩阵Y标准化；步骤4：计算综合影响矩阵T式中：I为单位矩阵，X为标准化矩阵，Xk表示子系统Si对子系统Sj的k阶段间接影响，其中Si表示第i个与其他子系统存在相关故障的子系统，Sj表示第j个与其他子系统存在相关故障的子系统，i＝1,2,…,n，j＝1,2,…,n，k＝1,2,…,n；步骤5：求出每个故障相关子系统的影响度、被影响度、中心度、原因度；步骤6：确定可达矩阵M；综合影响矩阵T仅反映不同故障子系统之间的相互影响关系和程度，并未考虑故障子系统对自身的影响，因此需要计算反映故障子系统的整体影响关系；步骤7：区域分解和级位划分：定义子系统Si影响的子系统集合为子系统Si的可达集R(Si),影响子系统Si的子系统集合为子系统Si的先行集A(Si)，通过对可达集R(Si)和先行集A(Si)的计算，对可达矩阵M进行区域分解和级位划分；步骤8：对步骤7经级位划分后的可达矩阵进行越级二元关系的去除，并去除自身到达的二元关系，得到骨架矩阵，进而得到多级递阶层次结构模型，从而得到关键子系统；所述的将故障有向图转化为所有故障子系统间的直接影响矩阵Y是指：将故障相关性考虑在内，Y＝(yij)n×n；其中yij为子系统Si影响子系统Sj的影响次数，i＝j时，yii＝0，n表示存在相关故障的故障子系统数目；所述的对所有故障子系统间的直接影响矩阵Y标准化是指：得到标准化矩阵X式中：yij为子系统Si影响子系统Sj的影响次数，n表示存在相关故障的故障子系统数目；所述的求出每个故障相关子系统的影响度、被影响度、中心度、原因度是指：设综合影响矩阵T的行和向量为Q、列和向量为D，T＝[tij]n×n,i＝1,2,…n；j＝1,2,…n式中：Qi表示影响度；Di表示被影响度；tij表示子系统Si对子系统Sj的直接与间接影响程度大小，tij≠0，说明子系统Si与子系统Sj是有故障相互影响关系的，否则无关；n表示存在相关故障的故障子系统数目；因此，Qi+Di为中心度，Qi...

【专利技术属性】
技术研发人员：张英芝，孙曙光，申桂香，郑锐，戚晓艳，龙哲，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22