基于多故障关联和精度退化数控装备预防性维修决策的的研究

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1、万方数据ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofPhilosophyinEngineeringResearchonPreventiveMaintenanceStrategyforNCEquipmentbasedonMulti-failureMechanismandAccuracyDegradationAnalysisPh.D.Candidate:WangYuanhangMajor:MechanicalManufacturinganditsAutomationSupe

2、rvisor:Prof.DengChaoHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan,430074,P.R.ChinaMarch,2014万方数据万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已标明引用的内容外，本论文不包含任何其他人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期:年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即

3、：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在______年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期:年月日日期:年月日万方数据万方数据华中科技大学博士学位论文摘要数控装备是制造业的核心生产力，对军工、航天、船舶、能源、机械等国家重点企业至关重要。由于数控装备是集成机械、电气、液压、和信息等多项技术的机电一体化产品，具有样本少、结构复杂、退化多变、

4、故障多样等特点，对数控装备进行预防性维修面临很大困难。为实现数控装备的维修决策，本文从多故障关联和精度退化的角度，首先利用FMECA辨识数控装备各类故障，并进行基于图论的故障关联表征，再分析精度退化规律，实现精度退化分析和寿命预测，最终，在多类故障条件下实现预防性维修决策。本文从多故障的辨识及故障关联关系表征、精度退化分析和寿命预测两个方面为数控装备维修决策提供支持，开展了基于扩展FMECA的故障辨识和故障关联表征、精度退化过程分析与寿命预测、多故障条件下的维修决策分析等技术研究，具体内容包括：（1）给出了数控装备预防性维修基本概念，将其关键技术分为故障诊断、退化分析、寿命预测和维修决

5、策四大部分，并分别对这些关键技术进行国内外概述分析，指出针对数控装备的预防性维修面临的关键问题，提出基于多故障关联和精度退化的预防性维修决策框架。（2）对数控装备的故障进行了详细定义，并针对传统FMECA的不足，提出扩展FMECA以辨识数控装备故障，包括故障严酷度、检测度、危害度、故障分类、风险度、故障时间分布和原因故障辨识，进而通过扩展FMECA识别的原因故障，提出基于故障传播有向图的故障关联表征方法。最后，利用图的矩阵表达实现图更新算法和故障分析方法。（3）从精度退化角度分析数控装备性能退化规律。根据数控装备同一时间连续检测的精度是否有较大偏差的特点，将精度分为非重复精度和重复精度

6、两类，分别进行退化分析。针对非重复精度退化，提出局部退化规律概念，将指数函数表征的局部退化曲线看作全局退化的采样，则由局部退化规律可获得未来时刻的退化观测样本和寿命观测样本，根据样本之间的相关性，利用擅长小样本场合的参数经验贝叶斯方法进行退化分布和全局寿命分布的预测。另一方面，针对重复精度退化，将其分为均值退化和方差退化两个退化过程，分别建立带漂移参数的维纳过程，其中I万方数据华中科技大学博士学位论文的两个漂移参数又服从一个时间依赖的二元正态分布，其随机变量具有相关关系，从而构成双维纳过程。该重复精度退化模型通过EM算法进行参数估计，E-step利用粒子滤波进行双隐状态（漂移参数）估计

7、。在实现参数估计后，利用建立的模型通过蒙特卡洛方法进行退化分布和寿命分布预测。（4）针对数控装备大量故障及其复杂关联对维修决策带来的困难，首先根据数控装备结构和功能确定关键退化类故障集和功能类故障集，作为维修决策的主要影响因素。根据故障集中各个故障的维修过程分析，对预防性维修、事后维修、中修、大修等过程和效果进行了合理假设，构建了包含实修成本、软失效成本、故障停机成本和固定成本等部分的成本函数，实现基于一般预防性维修决策。进一步，由于中修可能不