数控系统加速寿命试验方法及可靠性评估技术研究

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1、分类号学号D200777134学校代码10487密级博士学位论文数控系统加速寿命试验方法及可靠性评估技术研究学位申请人：游达章学科专业：机械电子工程指导教师：唐小琦教授答辩日期：2011年8月27日ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofPhilosophyinEngineeringStudyontheALTandReliabilityAssessmentoftheCNCSystemPh.D.Candidate:YouDaZhangMajor:Mechatronic

2、EngineeringSupervisor:Prof.TangXiaoqiHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan,430074,P.R.ChinaOct.，2011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

3、位论文的规定，即：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:年月日华中科技大学博士学位论文摘要数控系统可靠性是制约我国数控系统产业发展的共性和关键问题，也是影响国产数控系统市场占有份额的主要因素。我国数控系统研发起步晚，数控系统可靠性理所当然地与某些国际品牌存在一定差距，虽然这些

4、差距在逐步缩小，但没有被社会广泛接受和认可。开展数控系统可靠性技术的研究，特别是可靠性设计、增长和可靠性评估技术研究是迫在眉睫的事情。可靠性评估是可靠性提升的基础和前提，只有了解和验证了可靠性水平，才能进一步提高可靠性，所以开展数控系统可靠性评估技术的研究具有较大的理论和实际意义。本文结合国家重大数控专项“数控系统可靠性技术及重型机床运行可靠性研究”以及国家自然科学基金“应用Bayes理论的数控系统可靠性评估方法研究”，以寻求数控系统可靠性评估技术和方法为目标，开展了可靠性小子样和快速测评技术的研究，主要研究内容如下：1．针对某型号数控系统几年内的故障数据，采用传统的可靠性统计分析方法

5、进行故障间隔时间分布模型拟合、假设检验，得到了使用威布尔分布能合理描述数控系统故障间隔时间分布的结论；绘制直方图、进行故障频率统计和故障危害度分析，找出数控系统薄弱环节和影响可靠性的环境和工作应力因素。2．把贝叶斯理论引入到数控系统小子样可靠性评估中，建立了以失效率为随机变量的贝叶斯小子样评估模型，利用大量数控系统故障数据构建贝叶斯推断的先验分布，并求得相应超参数，根据小子样试验方案的似然函数推导出失效率的后验分布，进一步求得其他可靠性指标；提出基于分布类型转换的统计方法进行威布尔分布的贝叶斯计算，将威布尔分布转化为指数分布，利用指数分布特点求解其贝叶斯推断，避免大量积分运算，提高计算

6、效率。3．由于步进加速寿命试验起始应力水平较低，试验效率仍然不够高；而歩降加速寿命试验虽然效率提高了，但起始的高应力容易产生失效机理漂移。于是在步进和歩降加速寿命试验的基础上，提出了自适应加速寿命试验的方法，设计了自适应加速寿命试验的应力加载判据及组织实施步骤；提出了基于分布类型转换双截尾数据消除法的试验数据统计方法，将威布尔分布转换为指数分布，并且采用双截尾数据消除法避免加速试验数据的折算转换，提高了统计分析效率。I华中科技大学博士学位论文4．以评估精度和试验成本为目标，以特征寿命渐进方差和失效样本量为考核对象，建立了自适应加速寿命试验方案设计优化模型；提出半遍历半搜索的方法进行优化

7、模型求解，对模型中部分参数遍历、排列组合，对部分参数迭代搜索，找出最小渐进方差和最小失效数量的最佳组合，作为试验最优方案。5．介绍了数控系统可靠性测试平台功能和建设方案，设计了以温度为单应力的数控系统自适应加速寿命试验，通过大量加速寿命试验得到某型数控系统故障数据，对试验数据按两种不同方法——传统方法和基于模型转化双截尾数据消除法进行统计分析，并对比精度和效率。关键词：数控系统可靠性评估贝叶斯理论小子样方法优化设计统计分析方法加速寿命试验II华