專利名稱：一種面向多性能參數(shù)的數(shù)控裝備性能可靠性評估方法
技術領域：
本發(fā)明涉及數(shù)控裝備可靠性評估技術領域，具體是一種面向多性能參數(shù)的數(shù)控裝備性能可靠性的評估方法。
背景技術：
數(shù)控裝備使用的高精度和高可靠性最終是要靠裝備本身的性能來保證的，數(shù)控裝備的性能可靠性是指在正常使用條件下，數(shù)控裝備在規(guī)定的工作時間內(nèi)，其性能參數(shù)滿足規(guī)定的允許限要求的能力。數(shù)控裝備的性能可靠性關注的是數(shù)控裝備在使用過程中功能和技術性能的保持性，強調(diào)數(shù)控裝備在使用期間的質(zhì)量特性。
數(shù)控裝備性能可靠性評估技術是一種對數(shù)控裝備可靠性進行定量化控制的必要手段之一，其主要目的是衡量數(shù)控裝備是否達到預期的設計目標及使用要求，指出數(shù)控裝備使用過程中的薄弱環(huán)節(jié)，為改進數(shù)控裝備的設計、制造、工藝與維護等指明方向。
數(shù)控裝備的性能主要包括精度(如幾何精度，位置精度和傳動精度等)、剛度(如精剛度和動剛度等)、動態(tài)響應特性(如上升時間，超調(diào)量，調(diào)節(jié)時間，動態(tài)降落和恢復時間等)等?，F(xiàn)有的數(shù)控裝備可靠性評估技術大多基于單一性能參數(shù)的，采用數(shù)控裝備的歷史故障與壽命數(shù)據(jù)，或者單一性能參數(shù)的劣化數(shù)據(jù)，推斷數(shù)控裝備壽命的概率分布曲線，從而確定數(shù)控裝備的可靠性水平。實際上，數(shù)控裝備在使用過程中，受加工工況、加工工藝參數(shù)、 工件余量分布不均、環(huán)境溫度和潤滑等外部條件改變，多個性能參數(shù)會同時發(fā)生不同程度的劣化，導致數(shù)控裝備功能和技術性能無法達到規(guī)定要求，數(shù)控裝備可靠性下降。由于現(xiàn)有的可靠性評估技術沒有考慮多個性能參數(shù)變化而引起可靠性發(fā)生變化的情況，導致可靠性評估結果的準確度和可信度下降，從而使終端用戶多采用犧牲性能而保守使用的方式來使用數(shù)控裝備，大大降低了數(shù)控裝備生產(chǎn)效率和利用率。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種面向多性能參數(shù)的數(shù)控裝備性能可靠性評估方法，綜合考慮多個性能參數(shù)對數(shù)控裝備可靠性的影響，提高可靠性評估的準確性。
一種面向多性能參數(shù)的數(shù)控裝備性能可靠性評估方法，具體包括如下步驟
1)收集數(shù)控裝備的m個性能參數(shù)的退化數(shù)據(jù)，判斷各性能參數(shù)之間的相關性，得到相互獨立的性能參數(shù)的個數(shù)P，性能參數(shù)不相互獨立的個數(shù)q。
通過數(shù)控裝備的性能測試實驗，采集k(k = 1,2,…，L)個數(shù)控裝備在時刻、(i =1,2,…，η)的j(l，2，…，m)個性能參數(shù)值yijk。L為被觀測數(shù)控裝備的個數(shù)，η為測量的次數(shù)，m為測量的性能參數(shù)的個數(shù)。設性能參數(shù)退化量數(shù)據(jù)集Y= (yi(t)，y2(t)，…， Yj (t),…，yffl(t))由m個隨機變量組成，Yj (t)為性能參數(shù)j在時刻t的觀測數(shù)據(jù)集，即 Yj(t) = {(x0,y0) |x0 = ti;y0 = yiJk,i = 1,2,…n，k=l，2，…L}。定義性能參數(shù) c 和性能參數(shù) d 的協(xié)方差為:Cov (yc (t)，yd ⑴)=E [ (yc (t) _ μ c (t)) (yd (t) _ μ d (t))]，其中 μ」(t)是第j個性能參數(shù)在t時刻的均值或期望值，即均值為μ j(t) = E(yj(t)), var(yj(t))= Ε[(γ,·α)-μ,.α))2]為第j個性能參數(shù)的方差。第c個性能參數(shù)與第d個性能參數(shù)的相關性取決于協(xié)方差的相關性系數(shù)^⑷定義為
權利要求
1.一種面向多性能參數(shù)的數(shù)控裝備性能可靠性分析方法，具體包括如下步驟(1)首先采集k個數(shù)控裝備在時刻ti的j個性能參數(shù)值yijk，其中，k= 1，2，…，L，i =1,2,…，n，j = l，2，…，m，L為被觀測數(shù)控裝備的個數(shù)，η為測量的次數(shù)，m為測量的性能參數(shù)的個數(shù)，并建立性能參數(shù)退化量數(shù)據(jù)集Y= (yi(t)，y2(t)，···, Yj (t),…，ym(t))， Y由m個隨機變量組成，其中⑴為性能參數(shù)j在時刻t的觀測數(shù)據(jù)集，即(t) = {(x0, y0) X0 = ti y0 = yiJk, i = 1,2, ...η, k = 1,2, ...L}；(2)計算性能參數(shù)數(shù)據(jù)集Y中各性能參數(shù)之間的相關性，得到相互獨立的性能參數(shù)的個數(shù)P，以及性能參數(shù)不相互獨立的個數(shù)q ；(3)分別針對相互獨立的性能參數(shù)以及不相互獨立的性能參數(shù)，擬合性能參數(shù)的退化軌跡，計算性能參數(shù)達到其規(guī)定閾值的可靠度和聯(lián)合可靠度；(4)根據(jù)相互獨立的單一性能參數(shù)可靠度和不相互獨立的多性能參數(shù)的聯(lián)合可靠度， 計算出數(shù)控裝備的可靠度和概率分布函數(shù)，即實現(xiàn)對數(shù)控裝備性能的可靠性評估。
2.根據(jù)權利要求1所述的面向多性能參數(shù)的數(shù)控裝備性能可靠性評估方法，其特征在于，所述的步驟(3)中，對于相互獨立的性能參數(shù)的可靠度計算具體為首先，利用退化數(shù)據(jù)建立樣本的時序模型，并擬合第k個樣本的退化軌跡函數(shù)。k(t)， 進而計算當yijk = Dfj時的臨界失效壽命數(shù)據(jù)Tjk = (Tjl,Tj2，…，TjJ，其中，性能參數(shù)yj的極限允許值為失效水平Dfj;然后，對這L個臨界失效壽命數(shù)據(jù)進行擬合，即得到其服從的分布函數(shù)和可靠度 Rj(t)。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的面向多性能參數(shù)的數(shù)控裝備性能可靠性評估方法，其特征在于，所述的步驟(3)中，對于不相互獨立的性能參數(shù)的可靠度計算具體為首先，采用多元支持向量機，訓練得到最優(yōu)非線性回歸函數(shù)f((1)k(t)，k= 1，2，…，LJ 第k個樣本的多維退化軌跡函數(shù)；然后，計算當Yiwk = Max(Dwf)時的臨界失效壽命數(shù)據(jù)Twk= (T(q)1,T(q)2, -,T(q)L), 其中，Max(Dwf)為q個性能參數(shù)的極限允許值的最大值；對L個臨界失效壽命數(shù)據(jù)進行擬合，即得到其服從的聯(lián)合分布函數(shù)f(q) (t)和聯(lián)合可靠度 Rw (t)。
4.根據(jù)權利要求1-3之一所述的面向多性能參數(shù)的數(shù)控裝備性能可靠性評估方法，其特征在于，所述兩性能參數(shù)的相關性通過相關系數(shù)u。d得到，g卩u。d = 0時，該兩性能參數(shù)相互獨立，否則兩性能參數(shù)不相互獨立，其中，相關系數(shù)υ。d具體公式為u Coyjy Myd(t))式中，CoV(yc(t)，yd(t)) =E[(yc(t)-yc(t))(yd(t)-yd(t))]為任意性能參數(shù) c 和性能參數(shù)d的協(xié)方差，μ j(t)是其第j個性能參數(shù)在t時刻的期望值，即均值為μ j(t)= E(yj(t)), var(yj(t)) = E [ (yj (t) - μ j (t))2]為方差。
5.根據(jù)權利要求1-4之一所述的面向多性能參數(shù)的數(shù)控裝備性能可靠性評估方法，其特征在于，所述數(shù)控裝備的可靠度為各性能參數(shù)的可靠度或聯(lián)合可靠度的乘積。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種面向多性能參數(shù)的數(shù)控裝備性能可靠性評估方法，包括收集的多項性能參數(shù)退化數(shù)據(jù)，計算各項性能之間的協(xié)方差，判斷各性能參數(shù)的相關性；然后采用最小二乘支持向量機訓練得到以時間和數(shù)控裝備性能參數(shù)為輸入和輸出的最優(yōu)非線性回歸函數(shù)，即性能參數(shù)的退化軌跡函數(shù)；進而利用性能參數(shù)的退化軌跡函數(shù)計算出其臨界失效壽命時間，并擬合臨界失效壽命時間的概率分布函數(shù)，從而得到數(shù)控裝備的可靠度。本發(fā)明能夠在小樣本條件下準確地評估與預測數(shù)控裝備的性能可靠性，綜合考慮多個性能參數(shù)對數(shù)控裝備可靠性的影響，找出數(shù)控裝備的薄弱環(huán)節(jié)，提高了可靠性評估的準確性和高效性。
文檔編號G05B19/18GK102520669SQ20111039152
公開日2012年6月27日 申請日期2011年11月30日 優(yōu)先權日2011年11月30日
發(fā)明者吳軍, 熊堯, 王遠航, 鄧超, 邵新宇 申請人:華中科技大學