【正文】 映出機(jī)械設(shè)備的故障特征, 對(duì)早期的故障有很好的診斷能力。例如對(duì)滾動(dòng)軸承初期階段的表面剝落, 峭度指標(biāo)能非常容易檢測(cè)出來, 但用峭度指標(biāo)對(duì)滾動(dòng)軸承故障的判斷非常單純, 且對(duì)由于灰塵、異物等引發(fā)的瞬時(shí)沖擊較為敏感。而峭度( Ku rto sis) K是反映振動(dòng)信號(hào)分布特性的數(shù)值統(tǒng)計(jì)量, 是歸一化的4階中心矩, 由于它與軸承轉(zhuǎn)速、尺寸、載荷等無關(guān),對(duì)沖擊信號(hào)特別敏感, 特別適用于表面損傷類故障尤其是早期故障的診斷。 (4) 其他時(shí)域參數(shù)滾動(dòng)軸承故障診斷中, 常用的無量綱參數(shù)還有脈沖因子、裕度因子、波形因子等。軸承開始使用至穩(wěn)定工作期間, 峭度保持在3 左右。但在失效之前, 有時(shí)可記錄到高達(dá)7 的峰值因子。早期軸承表面損傷, 非常容易由峰值的變化檢測(cè)出來。 時(shí)域參數(shù)分類 (1) 有效值信號(hào){ x i } ( i= 1～N , N 為采樣點(diǎn)數(shù)) 的振幅瞬時(shí)值隨著時(shí)間不斷變化, 使用有效值可以表現(xiàn)這種振動(dòng)變化大小, 其表達(dá)式為： （）滾動(dòng)軸承振動(dòng)信號(hào)的有效值反映了振動(dòng)的能量大小, 當(dāng)軸承產(chǎn)生異常后, 其振動(dòng)必然增大。 而峰值因子對(duì)兩類故障都可以判斷。利用時(shí)域參數(shù)對(duì)滾動(dòng)軸承早期故障進(jìn)行監(jiān)測(cè)和診斷是軸承故障的簡(jiǎn)易診斷法, 其目的是初步判斷被列為診斷對(duì)象的滾動(dòng)軸承是否出現(xiàn)了故障。故障特征頻率決定于軸的轉(zhuǎn)速、軸承幾何尺寸及損傷點(diǎn)的位置(外環(huán)、內(nèi)環(huán)、滾動(dòng)體) 。通過自學(xué)習(xí)，BP網(wǎng)絡(luò)可從數(shù)據(jù)中自動(dòng)總結(jié)規(guī)律，把具有復(fù)雜因果關(guān)系的物理量在經(jīng)過適當(dāng)數(shù)量的訓(xùn)練之后比較準(zhǔn)確地反映出來，并可用總結(jié)出的規(guī)律來預(yù)測(cè)未知的信息。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在實(shí)現(xiàn)時(shí)間等預(yù)測(cè)方面有很大的優(yōu)勢(shì)，并且簡(jiǎn)單方便、可靠、精確。通過自學(xué)習(xí)，BP網(wǎng)絡(luò)可從數(shù)據(jù)中自動(dòng)總結(jié)規(guī)律，把具有復(fù)雜因果關(guān)系的物理量在經(jīng)過適當(dāng)數(shù)量的訓(xùn)練之后比較準(zhǔn)確地反映出來，并可用總結(jié)出的規(guī)律來預(yù)測(cè)未知的信息。由于它具有強(qiáng)大的非線性處理能力，因此可以較好地進(jìn)行非線性分類, 解決了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展史上的非線性分類難題。這是因?yàn)樗捎昧朔植疾⑿械男畔⑻幚矸绞剑瑢?duì)信息的提取必須采用聯(lián)想的方式，才能將相關(guān)神經(jīng)元全部調(diào)動(dòng)起來。 (4)數(shù)據(jù)壓縮：減少輸出向量維數(shù)以便傳輸或存儲(chǔ)。它也是前向網(wǎng)絡(luò)的核心部分，體現(xiàn)了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的精華。這與現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的脆弱性形成鮮明對(duì)比。(2) 信息并行處理 人腦神經(jīng)元之間傳遞脈沖信號(hào)的速度遠(yuǎn)低于馮此過程完成后， 輸入信號(hào)再次由輸入層輸入網(wǎng)絡(luò)，重復(fù)上述過程。： BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型生物神經(jīng)元信號(hào)的傳遞是通過突觸進(jìn)行的一個(gè)復(fù)雜的電化學(xué)等過程, 在人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中是將其簡(jiǎn)化模擬成一組數(shù)字信號(hào)通過一定的學(xué)習(xí)規(guī)則而不斷變動(dòng)更新的過程，這組數(shù)字儲(chǔ)存在神經(jīng)元之間的連接權(quán)重。然后按減小希望輸出與實(shí)際輸出誤差的方向，從輸出層經(jīng)各中間層逐層修正各連接權(quán)，回到輸入層。只需要對(duì)一個(gè)使計(jì)算更加簡(jiǎn)單方面，可靠?？煽啃远x為影響失效的應(yīng)力沒有超過控制失效強(qiáng)度的概率。 本章小結(jié) 機(jī)械產(chǎn)品的可靠性分析以應(yīng)力——強(qiáng)度分布干涉理論為基礎(chǔ), 應(yīng)力——強(qiáng)度分布干涉模型主要是討論應(yīng)力和強(qiáng)度相互作用的效果。這種算法需要對(duì)x的PDF進(jìn)行估計(jì)，并選擇PDF的分布形式。 基于bayes方法【4】和KM估計(jì)器的可靠度計(jì)算公式的推導(dǎo) 傳統(tǒng)的可靠度評(píng)估方法對(duì)于機(jī)床類設(shè)備，特別是少失效或零失效產(chǎn)品是不適宜的，有文獻(xiàn)提出從產(chǎn)品性能退化的角度進(jìn)行可靠性評(píng)估，由擬合的性能退化軌跡曲線和失效閾值外推出各樣本的偽失效壽命，并求出，代人式（）求取設(shè)備可靠度。 KM估計(jì)器思想KM評(píng)估器是一種非參數(shù)估計(jì)方法【3】，它的最大優(yōu)點(diǎn)是不依賴于失效PDF的分布假設(shè)，且不受采樣間隔影響，只要知道失效樣本和正常工作樣本的數(shù)目就可以估計(jì)出產(chǎn)品的可靠度。 數(shù)學(xué)表達(dá)式 () 威布爾分布含有三個(gè)參數(shù)。歸一化的做法：對(duì)隨機(jī)變量作如下變換（平移和比例變換） 則正態(tài)分布的F(x)成為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的Φ(Z)： （） （2）指數(shù)分布e(λ) 定義：當(dāng)產(chǎn)品進(jìn)入浴盆曲線的偶然失效期后，失效率接近為常數(shù)。 （） 失效概率和可靠度分別為： （） 式中，μ為隨機(jī)變量x的數(shù)學(xué)期望，ζ為隨機(jī)變量x的標(biāo)準(zhǔn)差。 實(shí)際工程中的應(yīng)力和強(qiáng)度都是呈分布狀態(tài)的隨機(jī)變量，把應(yīng)力和強(qiáng)度的分布在同一座標(biāo)系中表示（） 當(dāng)強(qiáng)度的均值大于應(yīng)力的均值時(shí)，在圖中陰影部分表示的應(yīng)力和強(qiáng)度 “干涉區(qū)”內(nèi)就可能發(fā)生強(qiáng)度小于應(yīng)力——即失效的情況這種根據(jù)應(yīng)力和強(qiáng)度干涉情況，計(jì)算干涉區(qū)內(nèi)強(qiáng)度小于應(yīng)力的概率（失效概率）的模型，稱為應(yīng)力——強(qiáng)度干涉模型。由于影響應(yīng)力和強(qiáng)度的因素具有隨機(jī)性，所以應(yīng)力和強(qiáng)度具有分散特性。 本文主要研究?jī)?nèi)容 本文通過對(duì)機(jī)械可靠性的分析，提出了一種利用設(shè)備狀態(tài)信息來預(yù)測(cè)設(shè)備的可靠性的方法。國(guó)內(nèi)外很多專家已經(jīng)意識(shí)到設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息在設(shè)備性能退化和可靠性評(píng)估中的重要性，并做了一些相關(guān)的研究和應(yīng)用。該方法既可進(jìn)行定性分析，也可進(jìn)行定量化計(jì)算。FMEA一般可用于產(chǎn)品的研制、生產(chǎn)和使用階段，特別應(yīng)在產(chǎn)品研制、設(shè)計(jì)的早期階段就開始進(jìn)行，以便對(duì)設(shè)計(jì)的評(píng)審、安排改進(jìn)措施的先后順序提供依據(jù)。 (5) 故障模式影響和危害度分析（FMECA） 故障模式影響和危害度分析(FMECA)是分析產(chǎn)品中每一潛在的故障模式，并確定其對(duì)產(chǎn)品所產(chǎn)生的影響，以及把每個(gè)潛在故障模式按它的嚴(yán)重程度及其發(fā)生的概率予以分類的一門分析技術(shù)。具體的計(jì)算方法又可分為中心點(diǎn)法、演算點(diǎn)法和JC法3種。蒙特卡洛法屬于可靠性分析中的純概率分析法，回避了求極限狀態(tài)函數(shù)分布的問題，不必對(duì)分析問題進(jìn)行概率假設(shè)。 可靠性預(yù)測(cè)方法及應(yīng)用目前，工程設(shè)計(jì)中機(jī)械結(jié)構(gòu)的可靠性評(píng)估方法有應(yīng)力 強(qiáng)度干涉模型評(píng)估法、一次二階矩法、Monte Carlo 法、Bayes 法進(jìn)行可靠度評(píng)估。貢金鑫和趙國(guó)藩還研究了原始空間內(nèi)的可靠性分析方法，這種方法不需要將非正態(tài)隨機(jī)變量映射或當(dāng)量正態(tài)化為正態(tài)隨機(jī)變量，因而特別適合于當(dāng)隨機(jī)變量的概率分布函數(shù)不存在顯式時(shí)可靠度的計(jì)算。陳立周等提出了一種基于概率密度函數(shù)矩不等式的契貝雪夫點(diǎn)法。他們認(rèn)為可靠性研究方向主要有兩個(gè)：一是可靠數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)方法和使用信息的統(tǒng)計(jì)處理技術(shù)，以及保證復(fù)雜系統(tǒng)可靠性的技術(shù)；二是適于機(jī)械制造行業(yè)，包括物理故障學(xué)(疲勞、磨損、腐蝕)機(jī)械零件的耐磨、耐熱、耐蝕等設(shè)計(jì)方法，以及保證可靠性的工藝方法的研究?！? 前蘇聯(lián)的可靠性標(biāo)準(zhǔn)注意吸收了美軍標(biāo)的先進(jìn)部分及優(yōu)點(diǎn)，盡管前蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)沒有美軍標(biāo)可靠性設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)那么全面及詳細(xì)，但也有一些內(nèi)容可以補(bǔ)美軍標(biāo)的不足?？煽啃岳碚摰膽?yīng)用，主要應(yīng)針對(duì)有問題的設(shè)計(jì)部分進(jìn)行分析和改進(jìn)。在機(jī)械故障預(yù)防和檢測(cè)方面，機(jī)械故障預(yù)防小組(MFPG)對(duì)設(shè)計(jì)、診斷、監(jiān)測(cè)、故障等進(jìn)行研究，在可靠性數(shù)據(jù)的收集和分析方面取得了很大的進(jìn)步，編制了一些可靠性設(shè)計(jì)手冊(cè)和指南、可靠性數(shù)據(jù)手冊(cè)。NASA 在六十年代中期便開始了機(jī)械部件的應(yīng)力驗(yàn)證和利用應(yīng)力強(qiáng)度干涉模型進(jìn)行可靠性概率設(shè)計(jì)的研究。本課題通過對(duì)滾動(dòng)軸承的狀態(tài)信息的研究，對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度應(yīng)力干涉模型的可靠性分析，建立可靠度評(píng)估模型，結(jié)合Bayes方法和KM評(píng)估器思想，求出其瞬時(shí)可靠度，建立已知峭度求可靠度的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模型，來預(yù)測(cè)可靠度?？煽啃允窃u(píng)價(jià)設(shè)備質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，貫穿在設(shè)備的開發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、使用及維修保養(yǎng)等各個(gè)環(huán)節(jié)。據(jù)1975年美國(guó)《質(zhì)量進(jìn)展》雜志預(yù)測(cè)，由于產(chǎn)品責(zé)任問題，當(dāng)年請(qǐng)求賠償金額達(dá)500億美元。性能差，產(chǎn)品實(shí)際上是廢品；性能好，也并不能保證產(chǎn)品的可靠性水平高。產(chǎn)品的質(zhì)量首先是指產(chǎn)品的某種特性，這種特性反映著用戶的需求。一般記為R，由于它是時(shí)間的函數(shù)，故也記為R(t)，稱為可靠度函數(shù)。1 緒 論 可靠性的概念 可靠性的定義：所謂可靠性是指“產(chǎn)品在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定的使用條件下，完成規(guī)定功能的能力或性質(zhì)”。 可靠度是產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間區(qū)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率。產(chǎn)品質(zhì)量的定義：滿足使用要求所具備的特性，即適用性?？煽啃哉贾鲗?dǎo)地位。此外，研究產(chǎn)品可靠性的意義還在于產(chǎn)品責(zé)任法，在美國(guó)等技術(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家的產(chǎn)品責(zé)任法中規(guī)定：只要是因產(chǎn)品缺陷、故障對(duì)用戶造成的損失，制造者要承擔(dān)法律和經(jīng)濟(jì)責(zé)任。可靠性是機(jī)械零件設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮的重要指標(biāo)。因此， 基于狀態(tài)信息的可靠性預(yù)測(cè)方法研究是我們現(xiàn)在正在努力的方向。上世紀(jì)60年代，對(duì)機(jī)械可靠性問題引起了各國(guó)廣泛重視并開始對(duì)其進(jìn)行了系統(tǒng)研究，其中美國(guó)、前蘇聯(lián)、日本、英國(guó)等國(guó)家對(duì)機(jī)械產(chǎn)品可靠性進(jìn)行了深入研究，并在機(jī)械產(chǎn)品可靠性理論研究和實(shí)際應(yīng)用方面取得了相當(dāng)進(jìn)展。 美國(guó)作為可靠性研究起步較早的國(guó)家之一，其在機(jī)械產(chǎn)品可靠性理論研究方面也處于領(lǐng)先的地位。日本的機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)著重于實(shí)用化，對(duì)于機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)，主要依靠其現(xiàn)有技術(shù)，通過可靠性實(shí)驗(yàn)及使用信息反饋，不斷改進(jìn)，達(dá)到可靠性增長(zhǎng)。日本成功的可靠性活動(dòng)經(jīng)驗(yàn)指出：“日本高可靠性指標(biāo)產(chǎn)品的完成，并不是出自掌握了數(shù)理深?yuàn)W的純可靠性理論專家，而是出自一些具有豐富設(shè)計(jì)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、又掌握了可靠性理論的第一線總師之手。他們認(rèn)為可靠性技術(shù)的主要內(nèi)容是預(yù)測(cè)，即在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和樣機(jī)實(shí)驗(yàn)階段，預(yù)測(cè)和評(píng)估在規(guī)定的條件下的使用可靠性，研究各項(xiàng)指標(biāo)隨時(shí)間變化的過程。