网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

“工业母机—可靠性”专题 | 北京工业大学程强教授团队:基于梯形模糊数和BWM-VIKOR的机床FMECA分析方法

0
分享至


专题文章(五)


作者简介

刘志峰

北京工业大学

教授、博导

  • 国家级领军人才、机械工业科技创新领军人才、山东省泰山创新创业领军人才等

  • 获中国机械工业科学技术奖一等奖、北京市科技进步奖一等奖等10项奖励

  • 长期从事高端数控机床、可靠性、精度保持性、数字孪生等方面的研究工作


作者简介

程 强

北京工业大学

教授、博导

  • 国家级领军人才、北京市科技新星、北京市青年教学名师

  • 获中国机械工业科学技术奖一等奖、北京市科技进步奖一等奖等9项奖励

  • 长期从事高档数控机床可靠性设计与精度保持性设计、高端制造装备状态监控与智能运维技术等方面的研究工作

程强, 康永博, 张涛, 初红艳, 刘志峰. 基于梯形模糊数和BWM-VIKOR的机床FMECA分析方法[J]. 制造技术与机床, 2026(7): 56-62. DOI: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2026.07.005

程强① 康永博① 张涛② 初红艳③ 刘志峰④

(①北京工业大学先进制造与智能技术研究所

②北京工业大学先进制造技术北京市重点实验室

③北京工业大学高精密机床正向设计与智能加工技术北京市重点实验室

④北京工业大学先进制造与智能技术研究所)

研究背景

数控机床是制造业中重要的基础装备,其运行可靠性直接影响生产效率、加工质量和企业经济效益。在实际服役过程中,机床通常受到复杂工况、长期运行以及多种内部因素的共同影响,可能出现不同类型的故障。一旦关键部件发生故障,不仅会导致设备停机、生产任务延误,还可能造成较大的维修成本和经济损失。因此,在机床设计、制造及服役维护过程中,有必要对潜在故障模式及其风险进行系统分析,识别影响设备可靠性的薄弱环节,为后续的维护和改进提供依据。

故障模式、影响及危害性分析(FMECA)是一种常用的可靠性分析方法,能够从故障模式、故障原因及故障影响等方面对设备风险进行评价。传统FMECA通常采用严重度(S)、发生度(O)和不可探测度(D)三个指标,并通过风险优先数(RPN)对故障模式进行排序。然而,对于数控机床这类结构复杂、故障类型多样的装备,仅采用S、O、D三个指标难以全面反映不同故障模式的实际风险,同时专家评价具有一定的主观性和模糊性,传统RPN计算也容易受到单一指标及指标权重的影响。因此,有必要引入更加合理的评价指标和多准则决策方法,提高机床FMECA风险评价的客观性和实用性。

关键技术与解决方案

针对传统FMECA评价指标较为单一、专家评价存在主观性以及风险排序方法较为简单等问题,文章在传统严重度(S)、发生度(O)和不可探测度(D)的基础上,引入维护成本(M)作为新的风险评价指标,从故障发生及其后续维护的角度进一步刻画故障模式的风险程度,使评价指标能够更加全面地反映机床故障的实际影响。
针对专家评价过程中存在的不确定性和模糊性,采用梯形模糊数对专家的语言评价进行量化,并通过多专家信息融合构建综合评价矩阵,从而降低单一专家评价对结果的影响。在指标权重确定方面,引入BWM(最优最劣法)确定各风险指标的权重,减少传统层次分析等方法中大量两两比较带来的复杂性。

在故障模式排序方面,采用VIKOR多准则决策方法,综合考虑不同评价指标之间的权衡,同时兼顾群体效用和个体遗憾,计算各故障模式的综合排序指标Q,最终获得故障风险优先级。由此形成“梯形模糊数-BWM-VIKOR”的FMECA分析流程,实现对机床故障模式更加综合的风险排序。


典型应用案例

文章以数控滚齿机主轴系统为研究对象开展实例分析。
首先结合机床实际故障及维修数据,对主轴系统进行故障模式识别,共得到包括弧齿同步带损坏、主轴发热、主轴螺母松动、轴承过热、轴承烧毁、主轴定位误差以及主轴编码器松动/损坏等在内的13种典型故障模式。针对各故障模式,利用实际故障数据获得发生度(O)和维护成本(M),同时组织3名专家对严重度(S)和不可探测度(D)进行模糊评价,并通过梯形模糊数进行信息融合。

在此基础上,采用BWM确定各评价指标权重,其中严重度、发生度、不可探测度和维护成本的权重分别为0.5696、0.2025、0.0759和0.1519,随后利用VIKOR方法对13种故障模式进行综合排序。结果表明,弧齿同步带损坏(F1)的风险优先级最高,而主轴编码器松动/损坏(F11)的排序最低。与传统RPN方法相比,两种方法总体排序趋势较为一致,但部分故障模式的具体排序存在明显差异,说明引入维护成本并采用BWM-VIKOR能够进一步反映不同故障模式的综合风险。


结语

文章针对传统FMECA在数控机床故障风险评价中存在的评价指标单一、专家评价主观性较强以及RPN排序方法简单等问题,引入维护成本指标,并利用梯形模糊数处理专家评价中的不确定性,在此基础上结合BWM确定指标权重、VIKOR进行故障模式综合排序。通过数控滚齿机主轴系统案例验证表明,该方法能够更加全面地反映不同故障模式的风险程度,并识别高风险故障及设备薄弱环节,为数控机床的故障预防、维护决策和可靠性改进提供了有效的分析依据。

近年团队发表文章

[1] Niu P, Cheng Q, Chen C H, et al. An approach for crucial geometric error analysis and accuracy enhancement of gantry milling machines based on generalized correlation sensitivity[J]. Journal of Manufacturing Processes, 2024, 119: 401-413.

[2] Zhang Z L, Cheng Q, Qi B B, et al. A general approach for the machining quality evaluation of S-shaped specimen based on POS-SQP algorithm and Monte Carlo method[J]. Journal of Manufacturing Systems, 2021, 60: 553-568.

[3] Niu P, Cheng Q, Yang C B, et al. Reliability analysis and enhancement of machining accuracy for machine tools under dual geometric and thermally-induced error constraints[J]. Advanced Engineering Informatics, 2025, 68: 103583.

[4] Wang C, Yan J, Zhang T, et al. Multi-source thread deformation analysis in planetary roller screws[J]. International Journal of Mechanical Sciences, 2025, 305: 110770.

[5] Cheng Q, Zhang H Y, Zhang T, et al. Prediction method of precision deterioration of rolling guide under multi-random parameters based on frictional thermal expansion effect[J]. Tribology International, 2023, 189: 108883.

[6] Guo Z Z, Cheng Q, Zhang H Y, et al. Error analysis model and optimization method for guideway assembly based on elastic interaction effects[J]. Applied Mathematical Modelling, 2026, 156: 116774.

[7] Cheng Q, Qi B B, Liu Z F, et al. An accuracy degradation analysis of ball screw mechanism considering time-varying motion and loading working conditions[J]. Mechanism and Machine Theory, 2019, 134: 1-23.

[8] Cheng Q, Zhao H W, Zhao Y S, et al. Machining accuracy reliability analysis of multi-axis machine tool based on Monte Carlo simulation[J]. Journal of Intelligent Manufacturing, 2018, 29(1): 191-209.

[9] Zhang Z L, Qi Y, Cheng Q, et al. Machining accuracy reliability during the peripheral milling process of thin-walled components[J]. Robotics and Computer-Integrated Manufacturing, 2019, 59: 222-234.

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

10

●工业母机—误差测量与补偿丨正式出版

11

●工业母机—切削技术丨正式出版

12

●工业母机—工业母机—超精密加工Ⅱ丨正式出版



声明:


Tel:010-64739683/85

核心期刊/网站/微信/直播/活动

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
三星S27 Ultra外观大改,但砍了一颗镜头,你能接受吗?

三星S27 Ultra外观大改,但砍了一颗镜头,你能接受吗?

明美无限
2026-11-06 17:55:23
杜润旺说出离队真相:不是我想走,杜锋不走我不会走

杜润旺说出离队真相:不是我想走,杜锋不走我不会走

断送一世容颜
2026-11-04 22:56:48
男人别害羞!女人不论多大,统统吃这一套,3招让她对你死心塌地

男人别害羞!女人不论多大,统统吃这一套,3招让她对你死心塌地

千秋文化
2026-06-04 19:21:55
哈登前女友约会前队友!43岁罗斯与31岁伍德相恋:年龄相差12岁

哈登前女友约会前队友!43岁罗斯与31岁伍德相恋:年龄相差12岁

罗说NBA
2026-11-05 06:45:59
曾扬言要让中国向世界道歉的阿丘,被央视除名后,如今活成了这样

曾扬言要让中国向世界道歉的阿丘,被央视除名后,如今活成了这样

莹莹的历史说
2026-08-22 02:08:53
聊聊你祖宗干的好事儿有多精彩!网友:我爸80年代差点被满门抄斩

聊聊你祖宗干的好事儿有多精彩!网友:我爸80年代差点被满门抄斩

夜深爱杂谈
2026-11-06 21:52:01
勇士四喜临门搅局西部!库里再迎里程碑,伦德伯格外又一26岁悍将崛起

勇士四喜临门搅局西部!库里再迎里程碑,伦德伯格外又一26岁悍将崛起

李喜林篮球绝杀
2026-11-06 14:53:21
小博索纳罗拒绝透露:“我会把这个秘密带进坟墓”

小博索纳罗拒绝透露:“我会把这个秘密带进坟墓”

参考消息
2026-11-06 20:39:14
艳照门18年后才懂,让张柏芝3年怀5次的人伤她最深,而非陈冠希

艳照门18年后才懂,让张柏芝3年怀5次的人伤她最深,而非陈冠希

小武侃风云
2026-11-05 17:16:03
APEC临近,深圳花海惊艳上新!网友:看美了,附绝美打卡点位→

APEC临近,深圳花海惊艳上新!网友:看美了,附绝美打卡点位→

城事特搜
2026-11-06 21:14:13
多名院士呼吁:65岁后,血糖不超过这个范围,别乱吃药害了自己!

多名院士呼吁:65岁后,血糖不超过这个范围,别乱吃药害了自己!

刘哥谈体育
2026-11-03 15:24:01
头皮上长脓包和小疙瘩,究竟是怎么回事?医生:或与3种疾病有关

头皮上长脓包和小疙瘩,究竟是怎么回事?医生:或与3种疾病有关

熊猫医学社
2026-11-05 11:35:05
以色列阿拉伯裔政党联盟宣布:推荐埃森科特作为总理候选人,旨在扩大推荐票数差距,阻止内塔尼亚胡继续留任

以色列阿拉伯裔政党联盟宣布:推荐埃森科特作为总理候选人,旨在扩大推荐票数差距,阻止内塔尼亚胡继续留任

上观新闻
2026-11-06 06:29:04
中方撤资,菲律宾不淡定了!

中方撤资,菲律宾不淡定了!

戎评
2026-11-06 16:05:03
大码模特现实里到底多大?

大码模特现实里到底多大?

飛娱日记
2026-05-12 08:27:55
Goal:贝林拿出发展规划,助皇马在加布里埃尔争夺战中超巴萨

Goal:贝林拿出发展规划,助皇马在加布里埃尔争夺战中超巴萨

懂球帝
2026-11-06 21:40:46
太荒唐了!已婚女子和男网友约会,发生关系后累的睡着,被惊醒后拒绝给男网友钱,女子追悔莫及

太荒唐了!已婚女子和男网友约会,发生关系后累的睡着,被惊醒后拒绝给男网友钱,女子追悔莫及

丫头舫
2026-10-26 15:48:41
原来他已去世15年!曾因春晚一夜爆红,当过局长,无儿无女太凄凉

原来他已去世15年!曾因春晚一夜爆红,当过局长,无儿无女太凄凉

娱妮啵啵啊
2026-11-06 09:46:49
山西17岁男生被人冒充警察骗出家门殴打:三被告人当庭认罪认罚

山西17岁男生被人冒充警察骗出家门殴打:三被告人当庭认罪认罚

新京报
2026-10-29 13:43:07
拒绝躺平!李月汝正式官宣加盟,绝不低头妥协,宫鲁鸣心领神会

拒绝躺平!李月汝正式官宣加盟,绝不低头妥协,宫鲁鸣心领神会

好叫好伐
2026-10-17 17:14:13
2026-11-07 03:12:49
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

丈夫凌晨4点和陌生女子通话 妻子赌气与异性开房3天

头条要闻

丈夫凌晨4点和陌生女子通话 妻子赌气与异性开房3天

体育要闻

40岁,正是绝杀的年纪!

娱乐要闻

42岁的唐嫣,又上热搜了

财经要闻

市场能接受AI繁荣退潮吗?

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

数码
旅游
本地
家居
公开课

数码要闻

手机之后的新一代计算平台长什么样?影目科技给出了答案

旅游要闻

直播间低价旅游卡兑现难 文旅消费陷阱如何破?

本地新闻

乌兰察布:以前种土豆,现在种Token

家居要闻

2026建博会(广州) 公装联探展交流活动

公开课

李玫瑾:为什么性格比能力更重要?

无障碍浏览 进入关怀版