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摘要

基于小样本的加工中心预维修优化研究

摘要

加工中心作为先进制造技术的基础装备，合理制定维修策略、减少停机损失

是提升制造企业竞争力的关键。随着科技水平的飞速发展，加工中心产品可靠性

水平的提高，短时间内获得大量的故障数据变得异常困难，传统基于大样本的统

计可靠性建模理论遇到极大挑战。因此，如何充分利用有限信息来实现加工中心

可靠性建模，并据此优化维修策略是目前急需解决的一个重要问题。

加工中心任一组件故障都会引起系统故障，故可看作是多组件因功能关联组

成的串联系统。本文采用平均秩次法与改进的平均秩次法进行经验分布函数修正，

并引入支持向量机(SupportVectorMachine，SVM)对修正后的加工中心小样本数

据进行回归训练，并依据数据规律扩大样本，采用最小二乘法进行加工中心组件

可靠性参数估计。在建立可靠性模型基础上综合役龄递减因子和故障率递增因子

刻画故障率演变规律，通过故障风险分析识别关键组件，据此结合组件的风险成

本，以系统在有限运行周期内平均维修成本率最小为目标优化系统维修策略，纠

正传统基于单部件制定的整机预维修偏差。

主要研究内容如下：

（1）小样本下故障数据扩充及组件可靠性建模

在加工中心系统组件故障数据划分基础上，分别采用平均秩次法、改进平均

秩次法、基于改进平均秩次的SVM进行系统组件累积故障模型参数估计，并通

过线性相关性检验、D检验来验证其拟合性。据此，经图形比对及相关指数计算，

对整机串联模型与拟合模型进行拟合优度检验，证明本文提出的基于改进平均秩

次的SVM小样本可靠性建模的合理性和有效性，为类似研究提供参考与借鉴。

（2）考虑指标相关性的加工中心故障风险评估

基于Birnbaum重要度来分析各个系统组件的动态重要度，以故障率、重要

度以及故障维修时间为指标构造风险评估模型，考虑评估指标的相关性，引入

CRITIC方法评估指标之间的相关性并计算评价指标的权值，利用加权法实现故

障风险评估，以提高评估合理性。

（3）加工中心多层级预维修优化

在组件可靠性模型基础上结合役龄递减因子和故障率递增因子建模故障率

I

吉林大学硕士学位论文

演变规律，量化加工中心故障风险成本，以平均维修成本率最小为目标，构建加

工中心关键组件运行周期内维护策略模型；对关键系统组件的预防性维修策略进

行分析，利用机会维修思想以运行周期内平均维修成本率为目标优化系统预防性

维护策略，对比加工中心单部件系统假设下的维修策略，验证优化结果的合理性。

关键词：

加工中心，预维修优化，小样本，支持向量机，风险评估

II

Abstract

ResearchonOptimizationofpreventivemaintenanceofmachining

centerbasedonsmallsample

Abstract

Machiningcenteristhebasicequipmentofadvancedmanufacturingtechnology.

Itisthekeytoimprovethecompetitivenessofmanufacturingenterprisestoformulate

reasonablemaintenancestrategyandreducethelossofdowntime.Withtherapid

developmentofscienceandtechnologyandtheimprovementofthereliabilitylevelof

machiningcenterproducts,itb