网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

“工业母机—可靠性”专题 | 重庆大学冉琰教授团队:基于非线性最小二乘法的数控转台可靠性评估及优化

0
分享至


专题文章(三)


作者简介

冉 琰

重庆大学

教授、博导

  • 获国家教学成果二等奖、中国机械工业科学技术奖一等奖、全国机械工业产品质量创新大赛金奖等多项奖励

  • 长期从事数控机床可靠性、机电产品质量等方面的研究工作

吴琦, 冉琰, 熊磊, 李笑天, 胡建亭. 基于非线性最小二乘法的数控转台可靠性评估及优化[J]. 制造技术与机床, 2026(7): 37-43. DOI: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2026.07.003

吴琦①② 冉琰①② 熊磊①② 李笑天①② 胡建亭③

(①重庆大学机械与运载工程学院

②重庆大学高端装备机械传动全国重点实验室

③烟台环球机床装备股份有限公司)

研究背景

数控机床是现代制造业的重要基础装备,数控转台作为其核心功能部件之一,直接影响机床加工精度与运行可靠性。当前国产数控机床性能不断提升,但可靠性水平仍是制约行业发展的关键因素。在可靠性评估中,威布尔分布等统计模型应用较为广泛。然而,传统二参数威布尔模型难以准确描述产品初期无故障特性,而三参数威布尔模型虽具有更高适用性,但参数估计难度较大。

针对上述问题,本文以某系列9台数控转台在6个用户单位采集的89组故障间隔时间数据为对象,提出基于非线性最小二乘优化的参数估计方法,建立三参数威布尔可靠性模型,并开展薄弱部位结构优化与可靠性验证。

研究内容

首先,对故障间隔时间数据进行统计分析,依据故障分布特征选择三参数威布尔模型进行建模。该模型引入位置参数,可更准确描述数控转台运行初期的无故障特征。

其次,采用非线性最小二乘优化方法,以理论累积分布函数与经验累积分布函数残差平方和最小为目标,求得模型参数β=0.8843、η=966.6583、γ=1608.7343。经K-S检验验证,统计量Dn=0.0307,小于临界值0.1293,模型具有较好的适用性。同时,利用极大似然法和相关系数优化法估计未知参数并进行对比。三种方法的拟合优度检验结果如下:


非线性最小二乘优化法的相关系数最大、Theil不等系数和 Dn值都最小,证明该方法的拟合精度最高,所建立的可靠性评估模型准确有效。

然后基于非线性最小二乘优化法建立的三参数威布尔可靠性模型,计算得到该系列数控转台的关键可靠性指标平均故障间隔时间 MTBF为2636.06 h,平均修复时间MTTR为11.65 h,可用度A为0.9956。

最后,针对故障危害性较高的刹紧系统活塞开展优化。利用Ansys Workbench建立参数化模型,采用响应面优化方法调整销孔径、活塞厚度、孔距及凹槽深度等参数,降低结构应力集中。


优化后活塞最大等效应力由125.2 MPa降低至99.7 MPa,降低约20%;变形量降低9.2%,质量增加约7%。六西格玛可靠性分析结果表明,优化后结构可靠度提升至100%,有效改善了薄弱部位可靠性。

结语

本文以某系列数控转台的89组故障间隔时间数据为基础,建立了基于非线性最小二乘优化法的三参数威布尔可靠性评估模型,并通过和与极大似然法、相关系数法的对比分析验证了方法的有效性。在此基础上,计算得到该系列数控转台的MTBF为2636.06 h,MTTR为11.65 h,可用度为0.9956。进一步基于Ansys Workbench对转台薄弱部位活塞进行了响应面优化和六西格玛可靠性分析,优化后活塞最大等效应力降低20%,结构可靠度提升至100%。

本研究为数控转台及其他机床功能部件的可靠性评估与优化提供了有效的方法参考,对提升国产数控机床可靠性水平具有重要意义。

近年团队发表文章

[1] Jia S G, Ran Y, Wang J W, et al. Function reliability assessment for mechanical transmission systems based on continuous-state dynamic Bayesian inference[J]. Knowledge-Based Systems, 2026, 344: 116076.
[2] Wang Y Z, Ran Y, Shi Z F. Dynamic modeling and analysis of time-varying spall extension in rolling bearings[J]. Journal of the Franklin Institute, 2026, 363(11): 108765.
[3] Wang J W, Ran Y, Zhang G B, et al. A hybrid information fusion method for failure tracing of CNC machine tools based on meta-action failure-parameter-cause-target analysis[J]. Alexandria Engineering Journal, 2026, 143: 211-236.
[4] Ran Y, Chen J J, Sagor N J, et al. Failure prediction of mechanical system based on meta-action[J]. Quality and Reliability Engineering International, 2024, 40(5): 2658-2679.
[5] Li X L, Ran Y, Wan F M, et al. Condition-based maintenance strategy optimization of meta-action unit considering imperfect preventive maintenance based on Wiener process[J]. Flexible Services and Manufacturing Journal, 2022, 34(1): 204-233.
[6] Wang Z C, Ran Y, Jin C X, et al. An additive consistency and consensus approach for group decision making with probabilistic hesitant fuzzy linguistic preference relations and its application in failure criticality analysis[J]. IEEE Transactions on Cybernetics, 2022, 52(11): 12501-12513.
[7] Yang X, Ran Y, Zhang G B, et al. A digital twin-driven hybrid approach for the prediction of performance degradation in transmission unit of CNC machine tool[J]. Robotics and Computer-Integrated Manufacturing, 2022, 73: 102230.
[8] 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.
[9] Yu H, Ran Y, Zhang G B, et al. A dynamic time-varying reliability model for linear guides considering wear degradation[J]. Nonlinear Dynamics, 2021, 103(1): 699-714.
[10] Jin C X, Ran Y, Wang Z C, et al. Reliability analysis of gear rotation meta-action unit based on Weibull and inverse Gaussian competing failure process[J]. Engineering Failure Analysis, 2020, 117: 104953.

专题相关

01

●【新岁序开·专家启航】“工业母机”专题

02

●工业母机—增材制造丨首个专题,正式出版

03

●工业母机—绿色化丨正式出版

04

●工业母机—齿轮加工丨正式出版

05

●工业母机—超精密加工丨正式出版

06

●工业母机—智能机床丨正式出版

07

●工业母机—复合材料加工丨正式出版

08

●工业母机—精度保持性丨正式出版

09

●工业母机—可靠性丨正式出版



特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
隐退后的费玉清和张菲

隐退后的费玉清和张菲

手工制作阿歼
2026-10-13 04:03:54
美、日慌了?中国芯片设备“去美化”成功后,开始“去日化”了

美、日慌了?中国芯片设备“去美化”成功后,开始“去日化”了

互联网.乱侃秀
2026-10-30 10:38:19
现场画面:法国再次爆发全国范围抗议游行,法工会称约160万人上街,警察多次发起冲锋并发射催泪瓦斯,全国部署7万名警察和宪兵

现场画面:法国再次爆发全国范围抗议游行,法工会称约160万人上街,警察多次发起冲锋并发射催泪瓦斯,全国部署7万名警察和宪兵

每日经济新闻
2026-11-06 16:24:51
中方已做最坏准备,中美一旦爆发战争,东风-61、巨浪-3、福建舰电磁弹射这三张王牌,一张比一张狠,个个都是制衡底牌

中方已做最坏准备,中美一旦爆发战争,东风-61、巨浪-3、福建舰电磁弹射这三张王牌,一张比一张狠,个个都是制衡底牌

林杰论事
2026-09-21 17:50:04
外媒:伊朗将乌克兰三城市列为潜在打击目标

外媒:伊朗将乌克兰三城市列为潜在打击目标

参考消息
2026-11-05 15:56:44
“我们自愿有何罪”?三男三女聚众淫乱,三亚高知换妻游戏案始末

“我们自愿有何罪”?三男三女聚众淫乱,三亚高知换妻游戏案始末

易玄
2026-09-13 11:43:30
香港回归前,英美两国想用48枚原子弹铲平中国,老一辈决策太牛了

香港回归前,英美两国想用48枚原子弹铲平中国,老一辈决策太牛了

芊芊子吟
2026-11-06 22:15:04
手机越来越卷之后,凭什么阔直板火了?

手机越来越卷之后,凭什么阔直板火了?

热点科技
2026-11-05 18:41:08
西甲第12轮赛前,穆帅提前剧透!皇马vs瓦伦西亚首发框架猜想

西甲第12轮赛前,穆帅提前剧透!皇马vs瓦伦西亚首发框架猜想

福酱的小时光
2026-11-06 07:48:15
NBA明天11月7日赛程:雷霆VS灰熊,CCTV5直播湖人VS开拓者

NBA明天11月7日赛程:雷霆VS灰熊,CCTV5直播湖人VS开拓者

薇说体育
2026-11-06 11:49:04
与秦奋未婚生子后,如今她独自抚养儿子,谈小男友,已是顶级网红

与秦奋未婚生子后,如今她独自抚养儿子,谈小男友,已是顶级网红

枫尘余往逝
2026-11-05 20:03:15
58亿美元、24艘巨轮:马士基绕开韩国,把史上最大订单押给中国

58亿美元、24艘巨轮:马士基绕开韩国,把史上最大订单押给中国

浯江孤舟
2026-11-05 22:14:23
生殖科大夫,私下跟我掏心窝子说:试管婴儿压根不是咱们想的那样

生殖科大夫,私下跟我掏心窝子说:试管婴儿压根不是咱们想的那样

会一帆风顺的
2026-10-31 07:17:53
网约车司机问政交通局,8公里10才块钱能不能帮帮司机,交通局回复了!

网约车司机问政交通局,8公里10才块钱能不能帮帮司机,交通局回复了!

网约车观察室
2026-11-06 10:29:12
消失已久的赖昌星侄子赖文峰又露面,这次不是带货,而是为杨钰莹

消失已久的赖昌星侄子赖文峰又露面,这次不是带货,而是为杨钰莹

侦姐有料
2025-06-08 12:07:04
赵匡胤结束五代十国的乱世,建立宋朝,为何没人说他是千古一帝?

赵匡胤结束五代十国的乱世,建立宋朝,为何没人说他是千古一帝?

文史达观
2026-03-23 11:56:02
脊背发凉!20多岁男孩被逼挖坑后遭活埋,凤凰网《旅途》采访获救者刘修洪,他讲述被困妙瓦底79天经历

脊背发凉!20多岁男孩被逼挖坑后遭活埋,凤凰网《旅途》采访获救者刘修洪,他讲述被困妙瓦底79天经历

火山詩话
2026-11-06 17:32:57
44+31+34+29!计划有变,38岁老炮要再冲一次总冠军!

44+31+34+29!计划有变,38岁老炮要再冲一次总冠军!

体育新角度
2026-11-06 22:01:43
赵胜利、于海臣、胡亚东,被查

赵胜利、于海臣、胡亚东,被查

极目新闻
2026-11-06 20:14:48
特朗普:对伊朗发动了“小规模攻击”

特朗普:对伊朗发动了“小规模攻击”

新华社
2026-11-03 22:28:03
2026-11-07 01:08:49
机床杂志社 incentive-icons
机床杂志社
制造技术、工业机器人
3294文章数 26718关注度
往期回顾 全部

科技要闻

AI机房被卡,美股重挫!英伟达大跌9%

头条要闻

墓碑刻满药方的女中医照片公布 孙子:原稿200多个药方

头条要闻

墓碑刻满药方的女中医照片公布 孙子:原稿200多个药方

体育要闻

贝林厄姆的50岁老爸,单场轰进7球

娱乐要闻

孙俪晒照心疼邓超工作辛苦 评论区翻车

财经要闻

美国距下一场金融危机还有多远?

汽车要闻

限时权益价8.88万 吉利星愿STAR限定系列发布

态度原创

时尚
游戏
旅游
公开课
军事航空

把北京喝成一杯酒

BLG零封DK晋级半决赛,S16已连续淘汰两支LCK战队,历史战绩太吓人!

旅游要闻

长三角5A级景区要“上新”啦,这3个地方先码住

公开课

李玫瑾:为什么性格比能力更重要?

军事要闻

特朗普:俄乌冲突接近解决

无障碍浏览 进入关怀版