故障的统计分析与典型的故障率分布曲线

1、。题目：故障统计分析和典型故障率分布曲线学生证：120606325姓名：王凤雨文摘：机械故障诊断是20世纪60年代兴起的一门新兴学科，其突出特点是理论研究与实际工程应用紧密结合。经过半个世纪的发展，该学科逐渐成熟，在信号采集与传感技术、故障机理与症状联系、信号处理与诊断方法、智能决策与诊断系统等方面形成了完善的理论体系。以及全息谱诊断、小波有限元裂纹动态定量诊断等新兴的原创理论成果。在机械、冶金、石油化工、能源和航空工业中取得了大量卓有成效的工程应用。统计分析是机械故障诊断的核心环节。统计分析的质量和水平将对机械设备的维护产生重要影响，关系到机械设备的安全可靠运行。摘要：在阐述机械故障特点的基

2、础上，重点介绍了机械故障统计分析中的数据收集和统计分析方法，希望能对提高机械故障管理水平有所帮助。关键词机械故障；统计分析；数据收集；方法1、统计分析工作中机械故障的特征在使用机械设备的过程中，由于负载应力等环境因素的影响，随着机械设备各部件之间磨损的增加，结构参数会发生变化，这将影响机械功能的输出参数，甚至使其偏离正常值，直至发生机械故障。总而言之，它有以下特点。(1)磨损在机械设备运行过程中，质量和能量的变化不断发生，导致设备的磨损、疲劳、腐蚀和老化，这是不可避免的。随着机械设备使用时间的延长，故障的概率也在增加。即使可以采取某些维护措施，由于机械故障的磨损，也不可能恢复到原始状态。经过统

3、计分析，必要时有必要报废设备。(二)逐渐流失机械故障大多是由长期运行中的老化或疲劳引起的，因此它们具有逐渐的损耗，并且与设备的运行时间有一定的关系。因此，有必要做好机械设备的统计分析。掌握了设备故障的逐渐损失规律后，通过提前监测或测试，可以有效地预防机械故障。(三)随机性虽然有些机械故障有一定的规律性，但并不是绝对的，因为机械故障的发生会受到使用环境、制造工艺、设备材料、运行方式等诸多因素的影响。因此，故障的发生会具有一定的分散性和随机性，这在一定程度上增加了机械设备预防性维护和统计分析的难度。(4)多样性随着科学技术的发展和应用，机械设备的工作原理越来越复杂，零部件的数量也越来越少，这使得机

4、械故障的机理越来越多样化。机械故障的发生不仅形式多样，而且在不同层次上有不同的分布模式和影响程度，在统计分析中应引起足够的重视。二、机械故障管理中统计数据的收集在机械故障的统计分析中，数据采集是最基本的环节，因此有必要保证数据采集的及时性、准确性和规范性，从而为下一步的数据分析打下良好的基础。(一)做好日常检查站数据收集工作机械设备操作人员和统计人员应注意日常例行检查记录的收集，这样才能保证统计数据收集的全面性。为此，相关人员应严格按照点检表对设备进行检查和记录，并在第一时间记录设备故障报修单中的问题或故障，并及时提交给机械故障管理部门。(2)安装和调整阶段相关数据的统计和处理统计人员应高度重

5、视机械设备在安装和调试过程中出现的故障，并详细记录下来，以供日后参考和分析。在保证真实性的基础上，收集到的同行业相同设备的故障数据也可以纳入统计范围。(3)确保收集和整理的标准化为了保证故障数据分析的准确性和规范性，统计人员和设备维护人员必须详细填写设备故障分析报告、设备故障处理单等数据，规范日常工作，详细记录机械故障的位置、原因、时间、表现以及后期处理和改进情况。三、机械故障管理中统计数据的分析方法(a)重点分析焦点分析法是最直接、最简单的方法，是一种以机械故障问题点为中心的分析方法。其分析结果简单明了，实用性强。首先，我国应根据需要将一个圆分成几个相等的块，每个块代表生产线上有标准化问题点

6、的机械设备的一部分，并分别记录该部分的故障次数，然后用定量线段表示。最后，这些点被连接，形成的多边形是具有评估属性的焦点分析图。(2)直方图对比分析该方法需要预先设定计划指标值，然后根据机械故障的实际发生情况输入实际值，然后将实际值与计划值进行比较，查看差距的大小，并参照历史实际值进行分析，这样可以反映出机械故障发生时计划值和实际值的科学性以及设备故障的概率，以便及时采取相应的维修措施。(三)帕累托图分析帕累托图分析法，又称帕洛图法和主次因素分析法，是一种简单有效的发现和分析设备故障的图表分析法。帕累托图是根据“关键少数和次要多数”的原则绘制的。也就是说，将影响机械设备故障的因素按影响程度用直

7、方图进行排列，找出最重要的因素。它的结构包括一个横坐标和两个纵坐标，几个直方块和一条虚线。一般来说，影响因素分为三类：甲类因素(占80%以下)、乙类因素(占80% 90%)和丙类因素(占90%以上)。其中，甲级因素是主要因素，也是设备故障管理中需要解决的关键因素。四、典型故障率分布曲线在现代设备管理中，典型的故障率分布曲线浴盆曲线仍然占据着非常重要的位置。许多故障的分析都是基于浴缸曲线。无故障工作周期在浴缸曲线上展开。与传统可靠性指标中产品随机失效不可避免的假设相反，产品在FFOP期间不会有任何失效(即零失效)。首先，阐述了FFOP的概念和内涵，FFOP和平均故障间隔时间的区别和联系，提出了预

8、测FFOP的方法。该方法假设产品的故障率函数具有浴盆曲线特征，故障过程为泊松过程，产品有固定的免维护工作周期。然后，用改进的威布尔分布函数来描述具有浴盆曲线函数特征的产品的故障率。基于泊松过程理论，给出了FFOP的预测算法、流程图和仿真验证方法。最后，以某无人机舵机为例，验证了该研究方法的可行性。结果表明，FFOP与免维护工作周期(MFOP)和信心水平密切相关，及时修复的产品可以保证更长的FFOP。在工程应用中，FFOP的确定应综合考虑运行和维护费用。无故障运行期(ffop)定义为产品不会出现任何故障(即零故障)的时间。对于满足设计要求并具有合格质量的产品，通常要求它们具有一定的无故障工作周期

9、，特别是对于具有高可靠性/安全性要求的系统，如武器和设备、核能系统、载人航天飞行器、高速列车运行等。作为耐久性的衡量标准，FFOP的长度与维护成本和保证成本密切相关。准确的FFOP预测和合理的维修策略可以充分利用产品，降低运营成本。FFOP的概念最早是在美国空军发布的军用规范MIL-A-87244航空电子设备完整性大纲要求中提出的，其中使用FFOP作为耐久性参数来补充传动系统的可靠性参数，并指导设计和生产。后来，美国发布了一系列的规范和指南，都对FFOP设备指标有明确的要求2-3。1996年，英国国防部(MOD)提出了一般免维护操作的概念，FFOP通常与MFOP结合来衡量产品的耐久性。mfop

10、的概念比ffop更严格，在mfop中，不允许产品发出任何影响性能和服务的无效事件；然而，在FFOP，残疾人是不允许的，但维护活动是允许的。FFOP是一系列免维护工作周期的集合。本文分析了英国国防部为新一代飞机提出的MFOP概念，并与平均故障间隔时间进行了比较。此外，基于任务可靠性和更新理论的MFOP预估方法，分别研究了英国和中国的超高可靠性飞机(URA)和未来六飞机(FOA)项目。目前，国内外的研究主要集中在无故障工作周期/无维修工作周期概念的阐述和合适场合的分析7-11，证明了基于无故障工作周期/无维修工作周期的维修策略的有效性。文献12 文献14假设产品故障是有限时间间隔内的离散事件，并基

11、于统计方法估计产品具有固定长度MFOP的概率。文献15以典型机电产品为例，研究了故障事件为齐次泊松过程时FFOP的评价方法，并分析了结果的合理性。文献16和文献17都是基于Petri网的，所以固定MFOP系统的可靠性是用仿拟的方法来分析的。在以前的研究中，MFOP预估法没有考虑维修策略对FFOP的影响。然而，为了促进基于FFOP的维修策略的应用，有必要进一步研究FFOP的预测方法和模型。在许多情况下，产品(系列)的F/M-FOP主要由运行过程中禁用项目之间的相对位置(时间和空间距离)决定，而相对位置直接影响产品的FFOP。以图1所示的时间(空间)区间0，l为例，假设系统是一个客户服务系统，服务

12、客户的免维护期为S.如图1 (a)所示，如果两个或更多的客户集中在S，系统将过载(故障)。该系统的FFOP为S的概率是区间P n t，t s 1内的顾客数，n t，t s是t，t s。类似的方法也可以用于分析流量处理系统。如图1 (b)所示，如果一个意外的恢复周期是S，在这个周期内的意外发生将导致拥塞(失败)；如果事件间隔被一段钢结构(见图1 (c)或电缆(见图1 (d)代替，还会有一个极限间隔S，其中应力集中点或空隙的数量低于某一数量，否则将发生故障。在上述案例中，客户出现，事故发生泊松过程是描述随机事件发生的基本数学模型之一。现实生活或自然界中的大多数随机事件都可以用泊松过程来描述18。对

13、于具有服务指数分布的产品，失效率是一个常数，生命周期中的随机失效事件可以用齐次泊松过程来描述。然而，实践证明，大多数产品的故障率随时间变化的曲线是浴盆曲线19，故障率是一个时变的函数数，因此故障事件需要用非齐次泊松过程来描述。本文首先阐述了FFOP和MFOP的区别和联系，然后提出了一种FFOP预估法来预估故障率函数为浴盆曲线的产品的无故障工作周期。该方法假设：断层事件服从泊松过程；失效率函数为浴盆曲线；FFOP允许定期计划维修，产品按新品修理；在MFOP不允许出现影响产品正常运行的故障事件，在一个维修恢复周期内只能处理一个随机故障。在上述假设的基础上，给出了FFOP的预测方法、模型和步骤，并通

14、过某型无人机舵机验证了该方法的应用。1 ffop的概念和内涵在mil-a-87244中，ffop被定义为故障概率达到2%的时间。图2示出了概率密度函数(pdf)和ffop之间的差异和关系。根据ffop和mtbf的定义，有* 0 FFoff(t)d t=2%(1)MTBF=0R(t)d t=0tf()dd t(2)其中，f (t)是断层密度的函数；R (t)是一个可靠性函数。对于大多数产品，由于不可避免的板上故障，图2所示的时间t0通常为0，这导致产品的FFOP短。然而，对于具有高可靠性/安全性要求的系统，需要固定长度的FFOP。这一要求不仅可以通过设计手段来降低产品的故障率，还可以通过固定周期来维护产品，使产品始终工作在相对“新”的状态，从而降低随机故障事件的概率。对于可修复产品，FFOP与MFOP密切相关10。如果维修频繁，维修质量和新的一样好，FFOP将比维护不良的设备更长。建立FFOP预成型模型是预成型FFOP的关键步骤。为了使产品在整个工作周期0，l内无故障运行，需要在每次故障发生前对其进行维护并将其恢复到良好状态。由于一个修复恢复