基于元动作的数控机床可用性分析方法研究

doi:10.3969/j.issn.1004-132X.2023.15.009

中国机械工程 ›› 2023, Vol. 34 ›› Issue (15): 1848-1855.DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.15.009

基于元动作的数控机床可用性分析方法研究

李健1，2;慕宗燚3;杜彦斌1;黄广全4;冉琰4

1.重庆工商大学制造装备机构设计与控制重庆市重点实验室，重庆，400067
2.重庆工商大学机械工程学院，重庆，400067
3.重庆文理学院智能制造工程学院，重庆，402160
4.重庆大学机械与运载工程学院，重庆，400044

出版日期:2023-08-10 发布日期:2023-08-14
作者简介:李健，男，1987年生，讲师、博士。研究方向为机电产品精度及可靠性分析。E-mail：lijian2022@ctbu.edu.cn。
基金资助:
重庆市自然科学基金（CSTB2022NSCQ-MSX1451）；重庆市教育委员会科学技术研究项目（KJQN202200813）；重庆工商大学科学研究项目（2256012）；重庆市高校创新研究群体资助项目(CXQT21024)；重庆英才计划(CQYC20210302226)

Research on Availability Analysis Method of CNC Machine Tools Based on Meta-action

LI Jian1，2;MU Zongyi3;DU Yanbin1;HUANG Guangquan4;RAN Yan4

1.Chongqing Key Laboratory of Manufacturing Equipment Mechanism Design and Control，
Chongqing Technology and Business University，Chongqing，400067
2.College of Mechanical Engineering，Chongqing Technology and Business University，
Chongqing，400067
3.School of Intelligent Manufacturing Engineering，Chongqing University of Arts and Sciences，
Chongqing，402106
4.College of Mechanical and vehicle Engineering，Chongqing University，Chongqing，400044

Online:2023-08-10 Published:2023-08-14

摘要/Abstract

摘要： 为了准确分析数控机床可用性，结合元动作理论，提出了基于元动作的数控机床可用性分析方法。首先通过“功能-运动-动作”结构化分解方法对数控机床进行分解，得到元动作链和元动作，以元动作为最小分析单元，以组成单元零件的故障和维修数据为基础，建立单元稳态可用度模型；然后，结合马尔可夫过程建立元动作链的稳态可用度分析模型；最后，根据整机功能形成过程，建立了整机系统稳态可用度模型。以数控磨床的可用度分析为例，对所提方法进行了说明。

关键词: 可用性, 元动作, 数控机床, 马尔可夫过程

Abstract: In order to accurately analyze the availability of CNC machine tools， a analyzing method for the availability of CNC machine tools was proposed based on meta-action theory. Firstly， the “function-motion-action” structural decomposition tree was used to decompose the mechanical system， and the basic meta-action and meta-action chain were obtained. And a steady-state availability model was established based on the faults and maintenance data of the constituent components of the meta-action unit. Then， a steady-state availability analysis model for the meta-action chain was established based on Markov process. Finally， a steady-state availability model of the whole machine system was established based on the formation processes of the whole machine system function. Taking the availability analysis of CNC grinding machines as an example， and the proposed method was explained.

Key words: availability, meta-action, CNC machine tool, Markov process

中图分类号:

TG659

李健, 慕宗燚, 杜彦斌, 黄广全, 冉琰. 基于元动作的数控机床可用性分析方法研究[J]. 中国机械工程, 2023, 34(15): 1848-1855.

LI Jian, MU Zongyi, DU Yanbin, HUANG Guangquan, RAN Yan. Research on Availability Analysis Method of CNC Machine Tools Based on Meta-action[J]. China Mechanical Engineering, 2023, 34(15): 1848-1855.

导出引用管理器 EndNote|Ris|BibTeX

链接本文: http://www.cmemo.org.cn/CN/10.3969/j.issn.1004-132X.2023.15.009

http://www.cmemo.org.cn/CN/Y2023/V34/I15/1848

参考文献

［1］冉琰，张根保，庾辉，等. 数控机床可用性研究综述［J］. 河北科技大学学报， 2018， 39（5）：379-385.
RAN Yan， ZHANG Genbao， YU Hui， et al. Research Summary of the Usability of CNC Machine Tools［J］. Journal of Hebei University of Science and Technology， 2018， 39（5）：379-385.
［2］江磊，王小敏，蔺伟. 基于动态贝叶斯网络的列控中心可靠性及可用性评估［J］. 交通运输系统工程与信息， 2018， 18（3）：182-188.
JIANG Lei， WANG Xiaomin， LIN Wei， et al. Reliability and Availability Evaluation of Train Control Center Based on Dynamic Bayesian Network［J］. Journal of Transportation Systems Engineering and Information Technology， 2018， 18（3）：182-188.
［3］江磊，王小敏，刘一骝，等. 基于动态贝叶斯网络的CTCS3-300T列控车载系统运行可靠性及可用性评估［J］. 铁道学报， 2020， 42（3）：85-92.
JIANG Lei， WANG Xiaomin， LIU Yiliu， et al. DBN-based Operational Relaibility and Availability Evaluation of CTCS-300T Onboard System［J］. Journal of the China Railway Society， 2020， 42（3）：85-92.
［4］高剑刚，胡晋，龚道永，等. 神威太湖之光可靠性及可用性设计与分析［J］. 计算机研究与发展， 2021， 58（12）：2696-2707.
GAO Jiangang， HU Jin， GONG Daoyong， et al. Design and Analysis of Reliability and Availability on Sunway Taihu Light［J］. Journal of Computer Research and Development， 2021， 58（12）：2696-2707.
［5］LI R， LIU X， HUANG N. Availability Allocation of Networked Systems Using Markov Model and Heuristics Algorithm［J］. Mathematical Problems in Engineering， 2014， 2014：315385.
［6］MORADI E， ZANDIEH M. Minimizing the Makespan and the System Unavailability in Parallel Machine Scheduling Problem：a Similarity-based Genetic Algorithm［J］. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology， 2010， 51（5/8）：829-840.
［7］NEIL M， MARQUEZ D. Availability Modelling of Repairable Systems Using Bayesian Networks［J］. Engineering Applications of Artificial Intelligence， 2012， 25（4）：698-704.
［8］CATELANI M， CIANI L， VENZI M. Sensitivity Analysis with MC Simulation for the Failure Rate Evaluation and Reliability Assessment［J］. Measurement， 2015， 74：150-158.
［9］魏领会，申桂香，张英芝，等. 数控机床可用度建模与仿真［J］. 吉林大学学报（工学版）， 2011， 41（4）：993-997.
WEI Linghui， SHEN Guixiang， ZHANG Yingzhi， et al. Modeling and Simulating Availability of CNC Machine Tools［J］. Journal of Jilin University（Engineering and Technology Edition）， 2011， 41（4）：993-997.
［10］SHEN Guixiang， SUN Shuguang， ZHANG Yingzhi， et al. A Synthetic Method for the Analysis of User Availability Requirements in CNC Machine Tools Availability House［J］. Hydromechatronics Engineering， 2016， 44（12）：31-38.
［11］张英芝，荣峰，申桂香，等. 基于市场竞争及自相关关系的数控机床可用性需求指标权重计算［J］. 计算机集成制造系统， 2016， 22（7）：1687-1694.
ZHANG Yingzhi， RONG Feng， SHEN Guixiang， et al. Weight Calculation for Avability Demand Index of CNC Machine Tools Based on Market Conpetition and Self-correlation［J］. Computer Integrated Manufacturing System， 2016， 22（7）：1687-1694.
［12］李冬英，李梦奇，张根保，等. 元动作装配单元误差源及误差传递模型研究［J］. 机械工程学报， 2015， 51（17）：146-155.
LI Dongying， LI Mengqi， ZHANG Genbao， et al. Mechanism Analysis of Deviation Sourcing and Propagation for Meta-action Assembly Unit［J］. Journal of Mechanical Engineering， 2015， 51（17）：146-155.
［13］LI Y， ZHANG G， WANG Y， et al. Research on Reliability Allocation Technology for NC Machine Tool Meta-action［J］. Quality and Reliability Engineering International， 2019， 35（6）：2016-2044.
［14］YU H， ZHANG G， RAN Y， et al. A Reliability Allocation Method for Mechanical Product Based on Meta-action［J］. IEEE Transactions on Reliability， 2020， 69（1）：373-381.
［15］张生永，冉琰，张根保，等. 精度保持性定量评价与精度退化机理分析［J］. 机械工程学报， 2022， 58（7）：193-213.
ZHANG Shengyong， RAN Yan， ZHANG Genbao， et al. Quantitative Evaluation of Accuracy Retentivity and Analysis of Accuracy Degradation Mechanism［J］. Journal of Mechanical Engineering， 2022， 58（7）：193-213.
［16］李健，冉琰，张根保，等. 机械传动系统运动精度优化分配新方法［J］. 中国机械工程， 2022， 33（9）：1034-1043.
LI Jian， RAN Yan， ZHANG Genbao， et al. Optimal Distribution of Motion Precision of Mechanical Transmission System Based on Meta Action［J］. China Mechanical Engineering， 2022， 33（9）：1034-1043.
［17］李健，张根保，冉琰，等. 基于自由度约束的元动作单元误差传递路径识别方法［J］. 中国机械工程， 2023， 34（2）：135-141.
LI Jian， ZHANG Genbao， RAN Yan， et al. Error Transfer Path Identification Method of Meta-action Unit Based on Degree of Freedom Constraint［J］. China Mechanical Engineering， 2023， 34（2）：135-141.
［18］JIN Chuanxi， RAN Yan， ZHANG Genbao. Reliability Coupling Mechanism Analyses of T-translation-type Contemporaneous Meta-action in CNC Machine Tools［J］. International Journal of Advanced Manufacturing Technology， 2023， 124，（11/12）：4523-4549.
［19］范晋伟，王鸿亮，张兰清，等. 数控磨床可靠性建模及评估研究［J］. 制造技术与机床， 2016（6）：94-97.
FAN Jinwei， WANG Hongliang， ZHANG Lanqing， et al. Research on Reliability Modeling and Evaluation of CNC Grinding Machine［J］. Manufacturing Technology & Machine Tool， 2016（6）：94-97.
［20］王烨，郑庆元. 基于威布尔模型的数控机床可靠性分析［J］. 机械工程师， 2014（4）：41-43.
WANG Ye， ZHENG Qingyuan. Reliability Evaluation of CNC Machine Tools Based on Weibull Model［J］. Mechanical Engineer， 2014（4）：41-43.

[1]	李朕均, 赵春雨. 进给系统角接触球轴承的热力耦合分析[J]. 中国机械工程, 2023, 34(07): 821-829.
[2]	李东阳, 袁东风, 张海霞, 郑安竹, 狄子钧, 梁道君, . 云边端协同的机床刀具故障智能诊断系统研究[J]. 中国机械工程, 2023, 34(05): 584-594.
[3]	李健, 张根保, 冉琰, 王勇勤. 基于自由度约束的元动作单元误差传递路径识别方法[J]. 中国机械工程, 2023, 34(02): 135-141.
[4]	江雪梅, 袁子航, 娄平, 张小梅, 严俊伟, 胡辑伟, . 一种基于数字孪生的重型数控机床碰撞检测方法[J]. 中国机械工程, 2022, 33(22): 2647-2654，2663.
[5]	庹军波, 彭秋媛, 张贤明, 李聪波. 工业机器人能耗预测研究[J]. 中国机械工程, 2022, 33(22): 2727-2732,2740.
[6]	卢成伟, 钱博增, 王慧敏, 项四通. 工件分特征下的五轴数控机床关键几何误差分析与补偿方法[J]. 中国机械工程, 2022, 33(14): 1646-1653.
[7]	李健, 冉琰, 张根保, 王勇勤. 机械传动系统运动精度优化分配新方法[J]. 中国机械工程, 2022, 33(09): 1034-1043.
[8]	陈一凡, 张根保, 冉琰, 李宇龙, 庾辉, . 面向元动作的机械传动系统可靠性分配方法[J]. 中国机械工程, 2021, 32(17): 2032-2039.
[9]	胡涞, 查俊, 朱永生, 位文明, 李东亚, 罗明, 牛文铁, 陈耀龙. 基础装备制造及高档集成数控机床研究进展[J]. 中国机械工程, 2021, 32(16): 1891-1903.
[10]	刘强, . 数控机床发展历程及未来趋势[J]. 中国机械工程, 2021, 32(07): 757-770.
[11]	桂林;李升. 国内重型数控机床的现状及发展趋势[J]. 中国机械工程, 2020, 31(23): 2780-2787,2797.
[12]	张朝阳;吉卫喜;彭威. 基于迁移学习的数控机床节能控制决策方法[J]. 中国机械工程, 2020, 31(23): 2855-2863.
[13]	李聪波;尹誉先;肖溱鸽;龙云;赵希坤. 数据驱动下基于元动作的数控车削能耗预测方法[J]. 中国机械工程, 2020, 31(21): 2601-2611.
[14]	付国强, 饶勇建, 谢云鹏, 高宏力, 邓小雷. [误差建模及精度保证方法]几何误差贡献值影响下五轴数控机床运动轴误差灵敏度分析方法[J]. 中国机械工程, 2020, 31(13): 1518-1528.
[15]	黄智, 刘永超, 邓涛, 周涛, 祝云. [误差建模及精度保证方法]一种五轴数控机床热误差建模方法[J]. 中国机械工程, 2020, 31(13): 1529-1538.

基于元动作的数控机床可用性分析方法研究

Research on Availability Analysis Method of CNC Machine Tools Based on Meta-action

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics