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南昌航空大学科技学院学士学位论文 可靠性仿真与优化设计机械维修刘德顺,黄良培,余文慧和徐晓燕机械设备的健康维护的湖南省重点实验室湖南大学的科学与技术、湘潭 411201、中国接收 2008 年 9 月 8 ； 修订 4 月 16 2009年接受 4 月 30 2009年 ； 以电子方式发布 2009-5-5文摘:对机械产品可靠性模型,系统将新重建和维护费用会增加,因为失败的部分可以换成新的部件在服务,应按照系统的设计。在这篇文章中,一个可靠性优化设计模型和可靠性提出对维修方法。首先,基于time-to-failure密度功能的系统的一部分,年龄分布的各部分的系统研究,在务机械系统可靠性模型,为维护。然后,可靠性仿真的系统与经验概率密度函数,这个系统进行可靠性和稳定可靠度最小的基础上维护定义在生命周期的可靠性仿真系统。第三,维修成本模型是基于置换率的这个零件、可靠性设计优化模型,提出了维护全生命周期成本看作是系统的设计目标、系统可靠性设计的约束。最后,可靠性优化设计方法维护是用来设计的一种连接环的链式输送机,表明优化设计与最低维护成本可得到最低的可靠性和稳定、可靠的系统能够满足系统的可靠性要求,在服务链式输送机的。关键词:维修、可靠性、模拟、优化设计1导论 在生命周期的机械产品,维护,实行的判断实际的州、保存和重建一些国家的产品,是非常重要的,保持产品和生命力。研究维护机械产品大致分类到以下三种目录。(1)如何制定维修策略或(和)考虑系统优化维护周期 可靠性和维修成本,例如,当系统可靠性受到一定的条件下,最优维护维修策略与间隔下定决心进行维修成本最低的1?)。(2)开发维护的方法和工具,以确保两个系统维护维修成本低,短时间,如专项维修工具箱开发95?)。(三)设计为维护(DFM),即在系统的设计方法,进行了定量评价和可维护性是improved.Maintenance开始设计。很明显,设计,为维护方法,是一种最好的有效的维护方法在生命周期的一种产品,吸引许多研究者的利益。然而,研究设计为维护主要是集中在两大领域。一个可维护性评估产品设计选择,另一些奇特的零件结构专为维修方便等优点。举例来说,计算机可维护性评估工具产品设计11,产品装配、汇编仿真为维护程序,飞机设计12维护13,等等。但是研究设计考虑到产品的可靠性、维修方法成本和维护的政策却很少报道。蜀,花曾经指出在劳动力成本以及清算生产成本、设计决策的间隔的替代品这个部分将会产生影响。然而,研究报告并没有给出(15)。在这篇文章中,基于了密度函数的部分,年龄分布的部分服务机械系统的研究经历了维修。然后可靠性模型的机械系统重构,并进行了模拟。最后,提出了一种新颖的设计优化方法对维修说明通过设计一个链接响了链式输送机。2重建的可靠性分析模型机械系统的维护2.1模型假设机械系统运行后,由于一些时间更换部件的可靠性模型,失败不能改变系统可靠性模型,从而极大地提高了应该重建。机械系统中的应用前景进行了展望在这篇文章中,具有以下特点。(1)系统包含了大量的同一类型的部分,在这期间,是不变的部分生命周期的系统。(2)了密度分布函数所有部件都是相同的,也有了更换部件相同失效分布函数作为原部件.(三)失败的每一部分是一个随机的独立的事件,例如,失败的一部分,不影响其他部分的失败在这个系统。例如,一个链式输送机中有着广泛的应用前景行业包括大量的同一轮环,相同的链接表和相同的刮板。他们各自编号是不变的链式输送机后放入这项服务。同样,每一部分,受到类似的工作条件和类似的失败,有相同的或状态相同密度分布的时间失败。另外,替换零件有失败的时间相同密度函数或者是完全相同的原始部件的寿命链式输送机。可靠性建模方便检修。机械系统可靠性取决于它的部分,仍然,可靠性和失效概率上休息服务。根据规定,密度分布功能部件失效时间、服务的年龄机械系统的分布计算,然后机械系统可靠性模型,为维护设计与开发。在使用过程中机械系统,不需要的部分,从而及时年龄分布的机械系统的部件接受维修已经改变。假定,机械系统运行后的一段时间,在田纳西州= n时间是维修保养,即之间,维护区间,单位可以数小时,天-强,数月、数年。如果pi(氮)代表时代的比例随着年龄的增长在田纳西州部分i,年龄分布的部分时间是(tn),矩阵p0氮p1(tn),?,pi(tn),?,氮) . pn(失败的部件和电流密度函数年龄分布在系统确定零件分布在下次或部分的内容每一个垃圾桶,下次的一步。一个年龄在每一时刻分配的每一部分确定失败率人口为下列的时间步骤。找到失效概率密度的失败功能集成,从零到田纳西州的部分人口的年龄接近下幸存框,这个部分是由新零件失败,成为zeroage进入第一个盒子。最初,所有部件都是新的和零年龄在第一个盒子。那是在每部分= 0,第一个盒子p0 (t0 ) = 1. (1)在t1 =-强、年龄馏分中的第一个盒子,第二次的死箱子被描绘成两岁的箱子生存和推进去的下个箱子,部分来自两盒失灵部分由新部件出现在第一个盒子。在t2 = 2、比例排在前三位的盒子计算方式如下: 所以,在田纳西州,部分配件= n每箱用下列方程的计算。不可在田纳西州的分数()的部分的人口年龄0代表部分,刚刚投入服务。这意味着,不可(tn)的部分,或失败率失败的部分替换率。换句话说,这个分数在第一个盒子的部分,每部分,t1,?,tn都是新的更换这些失败的部分。一系列系统由N部分相同失败的密度分布,每一个地方都是一个系列单元,与各单位是相对独立的。在任何一个系统thefailure导致系统失效,单位根据概率多元化、系统可靠性的系列自从数量的部分组成的系统常数,在这里,系统可靠性的机械为维护被定义为系统.从上面看,只要time-to-failuredensity功能及维护服务,给出间隔年龄分布的零部件和系统reliabilitycould被仿真。3置换率和可靠性模拟的保养 威布尔分布的3.1%失败摘要利用概率密度函数中得到了广泛的应用在失败的建模在机械零部件,电子组件。这里的威布尔分布有两个参数来模拟系统的可靠性这是进行维护,即了密度函数的系统的组成部分.在Eq。(七)、的形状参数的scaleparameter. x是时间,谁能来,统一,经济收入。失败的密度函数与他们5、Weibullparameters等于10 = 1、2、3、4、5在图1。它表明很大,以前的时代arrivesat部分服务的期望值,失效概率的部分极低。相反,很小,许多地方的失败inshort服务。3.2可靠性进行仿真不同的维修区间的机械系统time-to-failure密度函数和不同的部分选择模拟系统稳定可靠的表现为图。2?图4。图2显示模拟时间步长(维修)影响系统的可靠性,间隔的情节显示与维护区间= 0.5,1号、2号,与威布尔分布parameters= 4、= 10。图3的刻度参数的影响的威布尔分布在系统可靠性分配,四个曲线代表四种不同类型的部分对应于恒定值对和等于四8的价值、10、12、15个分别。图4显示了parameter形状如何威布尔分布影响系统的可靠性,韦伯5曲线分布参数= 10,= 1、2、3、4、5点。相应地,他们的替代率系统的部分曲线,这些time-to-failure密度分布函数绘制,如图5。另外,图3、图5?区间is维护= 1。这些数字的几个特点是很重要的。首先,可靠性和置换率,最终会到达稳定的状态。本同意Drenick定理,即叠加无穷多个独立的平衡更新过程是均匀泊松过程。在最初阶段的系统服务,部分是“新”的嬉皮士系统,那么,“老”。这个部分零件,逐步增加,因而失败部分替代率增加和系统可靠性下降单调。以替换的一个重要部分的人口,部分配件,失败会减少,从而将下降,部分替代率上升到系统的可靠性和这个振荡下振动的开始。经过一些振荡、人口结构与年龄多样化振动的方法,以及年龄分布稳定。,那时候,振荡置换率和系统可靠性的减少。图4比用图5,它是显示趋势相反的替代率改变系统的可靠性。当系统的可靠性增大,部分置换率降低。否则,系统可靠性的增长,部分替代率降低。其次,稳态值和程度振动系统的可靠性取决于维修间隔。图二显示,作为可靠性上升自从部位维修间隔降低失败更换更加迅速。较短的维护间隔,可靠性高,较小的振荡。然而,频繁维修将导致更高的维修费用。其三,稳态值的系统的可靠性依赖于模型的参数威布尔分布。对这个独立性并不令人意外,值较高对于一个给定的产量更高的价值预期的时间失败,从而降低置换率和高可靠性。更有趣的是,以增加的价值稳定值的,对置换率降低稳定的可靠度增加。第四,振动系统的可靠性依赖于模型的参数威布尔分布。虽然在振动的影响,均可。被忽视的影响,对振动应特别注意。更大的价值,)故障率低的部分零件的服务时间之前达到预期寿命,绝大多数的部分延长使用的时间,因此,稳定值的系统可靠性变得更高。然而,在这种情况下,大部分零件无法比较集中的时间,所以最低系统可靠性设计的价值相对较低。建议这个,指示集中程度的失败的时间分布,是一个敏感的参数。在稳定的影响,)不同的可靠性和与之相反的最小值的可靠性。因此,选择的适当的应该特别注意设计,因为稳态值和最小的可靠性巧合的是满足设计要求。3.3定义.仿真结果表明,系统的可靠性是不同的在服务。一个系统可靠性的经验几个振荡,有时是最大的价值最小值,最后达到稳定的价值。振荡,系统可靠性设计的周期性的腐烂,这个时期关于预期寿命为威布尔分布的部分(分布参数接近预期的生活在大)。为设计和维护机械系统、最小值和稳定值的系统可靠性是至关重要的。最小的可靠性系统出现在起步阶段,但稳定可靠价值的系统运作后很长一段时间。在这里,顺便以后再讨论,最小的可靠性和稳定可靠的系统维护基于仿真系统可靠性设计。它出现在初始阶段,最小的可靠性系统可以发现在离散值的可靠性仿真结果从t = 0 - t = 2。在这段时间里,Rm是定义为最小的可靠性Rm = min (R(ti ),i = 0,1,?,n. (8)认为一些模拟时间是每、没有,Rmin代表最大值和最小值t(每,每2+。一旦当比率最大可靠性的价值和最小的可靠性的价值Rmin /没有满意、系统可靠性被认为作为到达稳定值,每一次。因此系统可靠性,或称为稳定可靠,是指Rs = (Rmax + Rmin ) / 2 , (9)as1是稳定的,可以要求通常是98%。如果每并不存在,系统的可靠性将会不稳定。4.可靠性设计和优化建模的保养一个可靠性优化设计模型维护了之间进行权衡系统的可靠性和寿命周期成本的部分,包括维修成本,在上述模型是有用的置换率的计算系统的一部分,最低可靠性和系统的可靠性。在该模型中,成本生命周期可以看作是一个设计目标,这个系统的可靠性设计是视为约束。这个任务是找到一个设计具有最小费用满足约束条件。4.1寿命周期成本模型生命周期成本的机械系统包括生产成本和维护费用。系统维修费用从物品如下:(1)成本“更换零件,(2)操作成本,包括成本花(即劳动力资源、设备)的部分,(三)间接成本所造成的生产中断通过更换零件,以及(4)准备工作的费用替换零件16。前述三项有关更换部件的人数的每一次维护。更零件会消耗更多的占用更多的资源,生产时间,从而带来巨大的损失,提高维修成本。最后项目是不关心这个号码的更换部件,但时代的维修或更换。作为一个结果,维修成本的机械系统分为成本考虑部分替代数量和成本考虑到检修次数。用这种方法,为一机械系统以不变的部分,它运行时间米后,它的生命周期成本模型,包括生产成本和维护费用,是asIn表示式。(十),C的生命周期总成本的系统每部分的系统中,c0,表示系数的不便部分生产成本,重置成本、系数系数分别制备成本,这些可证实系数的统计分析datum. m = m /-强,m表示生命的系统。第一学期的右边的情绪智商。(十)代表生产成本,第二学期的系统右边的情绪智商。(十)代表了维修成本该系统。在Eq。(九)、c1c0,因为部分替代成本不仅包括生产成本的部分代替失败的一部分,而且成本为资源,并间接成本造成更换。很明显,成本,情商。(十)表示不是绝对的成本,但相对成本。情绪智商。 4.2模型的可靠性设计和优化假定一个类型的系统设计alternatives,X =(x1,x2,?,失败了,density.抗癌)函数表示为()女= f1(t),f2(t),?,(t)新生对应于各替代。对于一个固定的维修interval0,它的可靠性modelfor维修优化设计显然,最低寿命周期成本和可靠性从上述模型对固定期。对于任何一个设计方案,它的成本可靠性取决于维修区间-强。这个达到最低成本可以得到优化维修区间。为最佳维护、保养区间间隔,即是优化,最大限度地降低了成本,因此生命周期可靠性设计和优化模型维护表示在Eq。(十二)和均衡。(十三),C是由情商。(十)或者情绪智商。(十一)。瑞奇,拉尔夫-舒马赫表示最低的可靠性和稳定的系统可靠性。瑞奇,拉尔夫-舒马赫是允许的系统的可靠度值。一般来说,宣布R =(0.75 0,0.95)、寓系统可靠性允许不同的某些特定的程度,但在整个生命周期变化不超过5%?范围的25%的稳定可靠。4.3优化设计基于系统的可靠性模拟很明显,系统稳定可靠,最小的可靠性在设计和置换率的模型从可靠性仿真。因此,优化设计为维护是基于设计方法论仿真。在设计选型、输入条件下的可靠性仿真失败的时候密度分布部分功能的系统,系统的使用寿命寿命周期成本和系数是c0、c1 573。,定期保养,加到输入端的情况加入固定维护 interval0。 维修时间明显汤姆/- 0在平等的整个生命周期。作为目前的状况那个维修区间亟待完善、次维护是圆形的M /获得不同维护区间。此外,设计方案该系统必须满足要求的系统的可靠性,因此瑞奇,拉尔夫-舒马赫。最后,进行优化设计选择和最小的可靠性,稳定可靠与生命周期成本的输出。在流程图设计优化维修,表现为两种模型的设计综合优化维修。最可能的解决方案,从上述模型模型通常是不同的。5设计示范有三种设计方案为连接环链输送机、使用寿命M是等于100几个月。密度分布函数的时间失败的戒指是威布尔分布,以及他们的分布参数和成本系数的生命周期列。注:- 0是设计模型的固定的周期维护式。(十二),是最佳的间隔-设计为优化模型的周期维修式。从表2所列进行仿真研究,仿真结果表明,当系统维护区间,0 = 1固定-最优来自情商的设计方案。(十二)是可供选择的冷却。可供选择的x1不满足系统的可靠性全生命成本的约束,替代x2较低选择三分的。通过这个例子,它可以假设要求最低的可靠性和稳定可靠性是拉尔夫-舒马赫= 0.85之间, 瑞奇= 0.75。考虑到,系统维护间隔从一系列的差值、离散优化等效的方法被采纳。仿真结果的两种设计模型维修都列在表2。阐明了系统的可靠性和寿命周期成本随时间系统。 明白不可能有一个设计方案将满足系统可靠性约束的一个吗不定期维修区间。当系统维护间隔进行优化,优化设计来自情商的选择。(十三)是可供选择的三分。在案例中,所有的设计方案的要求系统的可靠性、和全生命成本是另类的三分最低,相应地系统维护区间18在* *是- x3替代。理论分析和实验结果表明,在维护周期变量的不同选择的警察导致设计全生命成本的方案,并能减少通过优化维护区间。几个有趣的结果可能被发现图. 在一个固定的间隔(- 0 = 1),确定了系统可靠性的选择不仅满足了所有的设计冷却要求也接近要求的价值。可靠性的要求选择x1满足稳定可靠,但又不满足要求最小的可靠性,尽管它成本最低。虽然选择三达到系统的可靠性,要么稳定可靠性或最低的可靠性,具有最高的全生命周期成本。(2)当维修区间优化选择基于最优区间的前提下,满足系统的可靠性要求。作为替代,x1为了满足系统可靠性设计的要求,维护间隔降低、- * = 0.8,但它的全部生活成本略有增加。选择2、维护保持不变,间隔优化后又意味着区间= 1最佳的时间间隔替代。选择三,由于优化,维护区间1.8,增加,和差异系统的可靠性和设计要求之间减少,因此它全生命周期成本较低。除此之外,三个设计方案进行了优化,他们的曲线,为系统的可靠性和全生命周期成本趋势集中一致性的成本,在三个不同选择减少。 当维修区间优化选择基于最优区间的前提下,满足系统的可靠性要求。作为替代,x1为了满足系统可靠性设计的要求,维护间隔降低、- * = 0.8,但它的全部生活成本略有增加。选择2、维护保持不变,间隔优化后又意味着区间= 1最佳的时间间隔替代。选择三,由于优化,维护区间1.8,增加,和差异系统的可靠性和设计要求之间减少,因此它全生命周期成本较低。除此之外,三个设计方案进行了优化,他们的曲线,为系统的可靠性和全生命周期成本趋势集中 一致性的成本,在三个不同选择减少。(三) 该系统需要高可靠性,相应地,维护与维修。将减少间隔成本就会上升。相反,当系统要求低可靠性,相应地,维护区间将延迟,所以维护成本将减少,减少系统维护成本是系统的可靠性要求。稳定的价值和最小值系统可靠性的增加而降低,单调维护区间,也是全生命周期成本降低不断增长的维修区间。作为一个结果,最低间隔,稳定值和最小值的系统可靠性满足设计要求将获得最小全生命周期成本的设计方案。它必须指出系统可靠性的设计方案不平等,但是多值的要求吗由于采用离散优化。(四) 该系统的设计方案,最优设计方案的选择取决于不是只有维修区间也要求的系统可靠性与系统的使用寿命。例如,当间隔是固定的(- 0 = 1),以及系统的可靠性要求减少从宣布0.75 R =来宣布R = 0.70;最优来自情商的设计方案。(十二)是替代x1而不是替代x2。当系统的使用寿命开关吗从M = 100到50,优化设计的选择从情商得到。(十三)可替代选择x1三所。这意味着,因为部分由高质量的材料使用寿命长、设计选择获得全生命周期成本较低的他们的生产成本。6 结论维修是一个至关重要的生命周期中工作该产品。替换零件的变化会引起系统的可靠性和寿命周期成本。基于time-to-failure密度函数,稳定可靠的部分,最小的可靠性和寿命周期成本可以通过重建可靠性模型和仿真系统的可靠性。本文立足可靠性优化设计方法,为维护全生命周期成本作为设计对象吗与系统的可靠性设计的约束。它提供了一个新方法的可靠性之间进行权衡和全生命周期成本的机械系统的设计优化维护。参考1刘Baoyou,方Youtong、金乡,等。可靠性,止回阀更换策略下的机械设备的预测维修中的应用J。机械工程学报,2006年,42(3):30?35。(在中国)。2沈光隆,王建民,温家宝Fushuan,等。最佳调度的检修为电力设备考虑可靠性和经济J。电力科学工程,2006年,2:8?13。(在中国)。3他清。数学模型的研究J.预防性维修周期。交易的中国农机协会,2005,36(2):153?154。(在中国)。4王,PHAM H .一些维修模型和可用性在生产系统的维护和完善J。年报,研究,1999年第91(3):74?318。5,风运城余杭杨。复杂的可修系统可靠性、维修性仿真J。Simulata学报Systematica研讨会,2002,(8):982 - 978?)。(在中国)。6阴平方米,朱文革,李石。虚拟系统的培训和维护面向产品生命周期的机械J.电子产品。2004年,中国机械工程,15(17):1 530?1 532。(在中国)。 7 李Yuliang,潘Shuangxia。远程动态装配拆卸过程仿真系统为机械产品维修中的应用J。杂志的计算机辅助设计和计算机图形,2005年,17(2):2 744?2名。(在中国)。8刘坚、玉Dejie、李蓉,等。在随机研究说明基于网络维护系统模拟与优化设计J。机械工程学报,2005,(10):164?169。(在中国)。9DIPAK乔杜里,月穆罕默德。优检测和更换模型系统,提高最低修理费用中的应用J。国际杂志的可靠性、质量和安全工程,1999年第6(2):155?171。10Maozhi干。维修性设