维修试验台（共5篇）
维修试验台 篇1
在农机维修中, 经常需要采用“断缸”试验, 判断发动机故障的所在气缸。“断缸”试验分为断油、断气和断火等3种形式, 它们的本质都是暂时终止某个气缸的工作, 然后观察发动机的运转是否发生变化, 以判断该气缸的工作状况。
1.断油
柴油机的“断油”试验, 通常是松开某缸喷油器的高压油管接头, 然后观察发动机的运转状况, 如果发动机的转速没有变化, 或者故障现象减轻, 说明这个缸的喷油器工作不良。
请注意:这种“断油”试验方法不能用于电控高压共轨柴油机, 因为一旦松开共轨柴油机喷油器上的高压油管接头, 共轨柴油机马上就会熄火。其原理是, 松开任何一个喷油器上的高压油管接头, 将无法建立电控柴油机的共轨油压。
对于电控高压共轨柴油机, 可以连接故障诊断仪, 对发动机的喷油系统进行单缸锁定, 即利用诊断仪逐缸切断喷油器的喷油。在某缸切断喷油与恢复喷油的瞬间, 如果发动机的工作状况没有变化, 说明该缸的喷油器工作失常。
2.断气
以查找散热器内“喘气”声音的来源为例, 可以运用逐缸断气的方法。一台YC6105型柴油机, 工作时散热器内发出明显的“喘气”声, 类似于“开锅”现象, 加速时更加明显, 而此时冷却液的温度只有70℃。检查气缸盖、气缸垫、冷却液泵以及节温器, 都没有发现异常现象。于是拆开进气歧管, 让发动机怠速运转, 找来一整块棉纱, 并用水将棉纱湿润 (做到不滴水) , 然后逐个捂住各缸的进气口, 进行逐缸断气, 同时让另外一个人观察散热器加液口内冷却液液面的波动情况, 当捂住第4缸的进气口时, 散热器内冷却液的液面明显下降, 说明问题出在第4缸。用拉具取出第4缸的气缸套, 发现在气缸套正中有一条难以察觉的横向裂纹。更换第4缸气缸套后, 散热器内“喘气”的现象不再存在。
3.断火
维修人员平时所说的测量“单缸转速降”, 就是通过检测发动机每个气缸断火前后的转速下降值, 来判断发动机的工作情况。某一缸断火后, 发动机的转速降越大, 说明该缸的工作情况越好;若发动机的转速降很小或者不明显, 则说明该气缸的工作情况不好。若各气缸的转速降基本相同, 说明被测发动机各气缸的工作均匀性好。
(1) 适用范围
①当发动机出现怠速抖动的故障时, 可以采用“断火法”寻找哪一个气缸不工作。
从机械原理分析, 如果个别气缸不工作, 肯定会引起怠速抖动。为此需要做“断火”试验, 找出到底哪个气缸不工作。断开正常气缸时, 发动机的转速会下降100r/min左右, 所以发动机运转的声音有明显的变化。而断开故障气缸时, 发动机的转速只有很小降低甚至不降低, 所以发动机的运转声音基本没有变化。“断火”以后, 如果分辨不出发动机的响声有什么变化, 再借助故障诊断仪, 查看断火后发动机转速的变化量, 就可以基本确定故障气缸的所在位置。
②采用尾气分析仪检测尾气成分, 发现HC超标时, 需要进行“断火”试验, 找出到底哪一个气缸失常并引起HC超标。
(2) 检测方法
①通过听力判断。
在发动机处于怠速运转时, 分别将各气缸断火, 然后听诊发动机因转速下降而引起的声音变化。
②使用发动机综合性能检测仪进行判断。
发动机综合性能检测仪是利用点火电压作为触发信号, 能够方便、准确地测量发动机的转速及其下降值。这种检测仪可以实现逐缸自动断火, 而不必拔下每个气缸的高压点火线。
“断火”试验的具体方法是:首先根据被测发动机点火系统的形式, 按要求连接好检测线路, 然后选择“发动机断缸试验”菜单, 再启动发动机, 检测仪会发出指令, 逐个将点火线圈的初级短路, 使各气缸依次断火, 检测仪会自动计算各气缸转速下降的百分比及转速下降值, 并在显示屏上显示各气缸的断缸试验参数。如果转速下降平均值≥90r/min、各气缸转速降值相差不超过25%, 属于正常。 (02)
维修试验台 篇2
1. 断油
对柴油机进行“断油”试验, 通常是逐缸拧松高压油管到喷油器的接头, 切断该缸的油路, 然后观察柴油机的运转状况, 如果柴油机的运转声音发生明显变化, 说明这个气缸工作正常;如果柴油机的转速没有变化, 说明这个气缸工作不良。
例如, 柴油机发生“敲缸”、冒黑烟等故障现象, 可以采用“断油”试验, 切断某气缸的供油, 如果故障现象消失或减轻, 说明故障就在这个气缸;如果故障现象没有变化, 说明故障不在这个气缸。
“断油”试验方法不能用于电控高压共轨柴油机, 因为一旦松开共轨柴油机喷油器上的高压油管接头, 共轨柴油机马上就会熄火。其原因是, 松开任何一个喷油器上的高压油管接头, 将无法建立电控柴油机的共轨油压。
对于电控高压共轨柴油机, 可以使用故障诊断仪, 对柴油机的喷油系统进行单缸锁定, 即利用诊断仪逐缸切断喷油器的供油。在切断某气缸供油与恢复供油的瞬间, 如果柴油机的工作状况没有变化, 说明该气缸工作失常。
2. 断气
以散热器内发出“喘气”声音的故障为例, 可以运用逐缸断气的方法进行排查。一台YC6105型柴油机, 工作时散热器内发出明显的“喘气”声, 类似于“开锅”现象, 加速时更加明显, 而此时冷却液的温度只有70℃。检查气缸盖、气缸垫、冷却液泵以及节温器, 都没有发现异常现象。于是拆开进气歧管, 让发动机怠速运转, 找来一整块棉纱, 并用水将棉纱湿润 (做到不滴水) , 然后逐个捂住各气缸的进气口, 进行逐缸“断气”, 同时让另外一个人观察散热器内冷却液液面的波动情况, 当捂住第4缸的进气口时, 散热器内冷却液的液面明显下降, 说明发出“喘气”声音的根源在第4缸 (这样大大缩小了故障的排查范围) 。用拉具取出第4缸的气缸套, 发现在气缸套中部有一条难以察觉的横向裂纹。更换第4缸的气缸套后, 散热器内“喘气”的现象不再存在。
3. 断火
“断火”试验通常是切断汽油机某缸火花塞的跳火。当汽油机以某一稳定的转速运转时, 其功率与该转速达到平衡。当其中一气缸停止工作后, 总功率减小, 发动机的转速随之下降, 以达到新的平衡。如果汽油机各个气缸的工作能力是均衡的, 则各缸分别停止工作后转速下降的幅值应当基本相等, 反之将产生较大的转速差。
维修试验台 篇3
关键词：高等级公路,养护维修工程,施工,试验检测
1 高等级公路养护维修工程施工中试验检测意义
1) 高等级公路养护维修工程施工中试验检测有利于就地取材, 降低工程造价。岩石、水、砂等是修建高等级公路必不可少的材料, 通过高等级公路试验检测, 就能有效检测公路周围的碎石、砂、水是否可用, 这样能降低工程造价, 使施工企业获得更大的经济效益;2) 有利于合理、科学地评定高等级公路材料质量。通过高等级公路试验检测, 则可以有效评定出半成品材料、成品材料及各种原材料的质量是否满足设计要求及工程施工技术规范。通过试验检测这一科学测试手段, 详细地检验某一材料的性能, 然后评定其合格度, 当材料达到施工标准, 施工人员再对其进行合理利用, 对提高整个高等级公路的质量具有积极意义;3) 有利于提供科学依据。控制高等级公路质量通过高等级公路试验检测, 则能真实验收、评价高等级公路的质量, 为其提供准确、真实、科学的数据, 作为评定工程质量的标准, 从而对整个工程质量进行把控。
2 高速公路养护维修工程施工中试验检测存在的问题
2.1 施工单位自检可靠性低
在高速公路养护维修工程施工中, 施工单位要求在施工企业内部设立试验检测室, 由此会增加工程成本。施工企业为节省开支, 不注重对试验检测室的建设和管理, 出现设备陈旧、不全、质量不过关、维修不及时等情况, 也没有配备专业的检测人员队伍, 技术人员水平良莠不齐, 工作制度和管理较为混乱, 导致试验检测水平的低下。也有企业虽然了解试验检测的重要作用, 配备了先进的试验检测设施, 但受专业检测人员不足的限制, 都造成施工单位在高速公路自检时产生偏差。
2.2 监理单位检测的抽样不规范
目前, 对公路路面试验检测的抽样手段会不同程度地破坏施工效果, 多数施工企业为降低时间成本和经济成本, 往往不严格遵守随机抽样方法, 直接选择外委或者施工单位进行检测, 造成结果的不真实、不客观。既然抽样不可避免会对施工路面造成破坏, 每一次抽样都应发挥其应有的作用和意义, 施工单位的这种做法主观随意性较大, 再加上一些监理单位疏于对试验抽样的样品管理, 造成没有选出典型的抽样样本、无法真实地反映公路施工的实际状况的恶果。
2.3 相关厂商提供的质量凭证失真
在高速公路养护维修工程施工中, 通常上设备材料的产品合格证或者材质单都是由供应商提供, 如施工中用到的沥青、砂粒、水泥、钢筋等材料, 检查它们是够合格也通常是经过对这些试验单的检查确定。然而, 目前建材市场的供应商不允许销售产品时提供合格证原件, 因此施工单位得到的产品合格证明变成复印件, 甚至得不到相关证明;更严重的是, 一些施工单位对抽检设备材料的监督不严、监理工程师检测不公正等, 对工程质量造成极大的隐患。
2.4 试验检测样品送检不及时
有些施工单位缺乏对试验检测的重视, 在送交试验检测样品的工作上懈怠, 不能及时将抽样后的试验样品提交送检, 造成样品检验的进度与施工进度不同步, 对指导下一步施工产生滞后作用。另外, 施工单位为了谋求眼前的自我利益, 想要尽快完成工程, 缩短工期, 在收到试验检验结果之前就直接进入下一个环节的施工, 缺乏对检验报告的分析和认证, 使试验检测完全失去了意义, 形成不合理的施工安排和作业计划, 不利于高速公路质量的提高。
3 提高高速公路养护维修工程施工中试验检测工作的策略
3.1 试验检测人员实行岗位责任制
人员监管不力是造成绝大多数高速公路施工质量问题的根源, 因此应明确各试验部门的职责范围和权限, 在试验室实行岗位责任制。各部门的职责应覆盖质量检测、计量认证、评审及考核的全部管理、技术方面的职能, 不能余留控制的盲点。针对试验检测人员, 应进行考核明确其工作、责任范围, 划分责任界限, 有岗位负责人监督并反馈分工完成情况。岗位责任制还应与相关责任人的利益直接挂钩, 做到奖罚分明。如试验检测人员出现操作失误, 或受专业水平限制, 造成试验数据不准确等不规范行为, 应采取警告和其他相应处罚;若遇到故意伪造数据等恶性行为, 则应加大处罚力度, 以儆效尤。通过落实岗位责任制, 严格控制试验过程, 增强人员责任意识。
3.2 健全试验检测体系
完善的试验检测体系需要政府、监理单位、施工单位等多方面的共同参与。就政府来说, 通过在行政层面约束施工单位的作业行为, 严格监督工程质量;对监理单位而言, 要求做好对施工单位的抽样等科学检测, 统筹结果信息, 及时反馈给施工单位, 并监督改正和完善;就施工单位来说, 则需加强质量自检和管理, 科学规划检测工作的流程、实施、质量要求等, 完善质量管理制度, 实施奖惩分明的责任制度, 确保高速公路养护维修工程施工中试验检测工作的每个环节都有法可依、有法必依。只有做好3 个层面的检测工作, 才能构成一个完整的试验检测体系, 才能把试验检测工作落到实处, 确保得到全面精确的检测结果, 以真正贯彻工程质量这一首要原则。
3.3 创新试验检测方式
如今, 越来越多的施工单位注重对新材料、新技术、新工艺的引进, 旧的试验检测方式已经不能满足日新月异的高速公路现状, 要求施工单位不断更新试验规范、技术和手段, 使新旧工程措施、材料都纳入到有序检测的轨道上来。另外, 应对试验检测收费标准进行统一管理, 制定最低收费标准, 根据地区实际情况相应增减, 重点扶持大型检测机构的发展, 确保检测机构的利润才能为创新试验检测方式提供条件。丰富检测方式还需推行第三方检测制度, 通过投标方式选出软硬件条件齐全的独立的第三方, 开展公正、权威的试验检测, 减少施工单位对工地试验室的重复投资, 有效指导工程建设、创新试验检测方式。
3.4 重点把握关键环节
在高速公路养护维修工程施工实践中, 要特别关注施工关键点和容易出现问题的工序, 侧重对这些环节进行试验检测, 以在宏观上把握工程质量问题。例如, 施工单位送检样本代表性低问题、试验检测过程不严格等问题, 需要根据不同品种规范检测过程, 严格按照相关技术规定, 特殊品种的产品需要受到特殊的检测。只有保证所有的材料、技术经检测报告验证合格后, 才能进行下一步施工, 禁止盲目、冒进的不恰当施工。另外, 试验检测还需力求控制参数的精确度, 以降低误差、提高准确性和可靠性。施工单位应加强自检, 自觉接受政府的抽检, 按时做好验收和评定工作, 在总结中及时发现问题, 并及时找到解决措施, 发挥试验检测对工程质量的促进作用。
4 结论
高等级公路施工质量控制与公路质量试验检测工作也越来越受到重视。高速公路相关部门应加强高等级公路试验检测质量工作, 在工程建设中合理利用这一手段降低工程成本、缩短工期, 把控工程的每一个环节, 从而达到提高高速公路施工质量的目的。
参考文献
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[2]张金慧.高等级公路的试验检测存在主要问题及措施[J].黑龙江交通科技, 2015 (5) :167.
维修试验台 篇4
复合材料层板维修的挖补角度,是决定修补质量的关键参数之一。传统的二维胶接分析模型认为最佳挖补斜度为1∶ 15 ~ 1∶ 18之间,换算为角度为3° ~ 4°,而《复合材料结构维修指南》中认为3° 的挖补角去除原有未损伤材料过多,推荐的挖补角度为6°; 并且应用碳纤维单向带实验验证了6°与3°修补角在该实验条件下修补强度无显著差异[9]。汪源龙等人[10]在维修模型分析中认为整个结构的破坏载荷由胶层完全破坏的载荷和损伤扩展路径的长度两方面来决定,前者随挖补角增大而减小,后者随挖补角增大而增大,对于不同的材料、铺层等参数的层合板挖补修理结构最终强度是不同的,需要具体问题具体分析,从结构利用效率来讲,应该选择胶层的失效载荷和结构最终破坏载荷最为相近的角度,在他的计算模型中4°修补角为最优选择。综上所述, 对于复合材料修补最佳角度一般认为集中在3° ~ 6°之间,而对于不同材料体系与铺层的复合材料层板最优角度也不尽相同。
而平纹编织复合材料由于材料面内强度性能优异,逐渐在飞机结构中大量应用,具有代表性的应用为波音787的尾翼结构材料。平纹编织复合材料与单向带在性能上有较大差异,不适用于原有基于单向带试验得到的修补方案,而基于平纹编织复合材料的修补角度方案还未在相关文献中有所提及,因此有必要从理论分析与试验验证两方面对于平纹编织复合材料层板的修补角度进行详细研究。
1修补模型的有限元分析计算
1.1维修结构与材料参数
研究的平纹编织碳纤维层板挖补修理中,母板和补片通过胶层黏接在一起,材料性能参数见表1,共分为8层,每层厚度t = 0. 25 mm,铺层形式为 [02( ± 45) ]s,其中补片在表层添加了一层0°的附加铺层。补片与母 板之间的 胶膜材料 性能见表2[11]。
图1为复合材料损伤结构的阶梯挖补示意图, 其中修补结构的所有Y向宽度统一为25 mm,修补板整长L = 225 mm,胶层厚度tc= 0. 2 mm。阶梯修补的挖补角 α 从6°开始逐渐减小,当挖补角为1° 时,修补区域为229 mm已经超过了整板长度,因此将挖补角 α 最小角度设为2°,整个挖补角度的变化区间为2° ~ 6°,具体修补参数见表3,其中L1到L8为等比变化,变化量为t/tanα。
1.2维修结构的有限元分析
由于修补结构相对于xz面与yz面对称,因此以xz中面与yz中面对整体结构进行对称处理,分析模型为原有模型的1 /4,最终的修理结构有限元网格模型见图2。
在结构端部施加100 MPa的对称拉伸载荷,针对平纹编织复合材料的拉压强度相近的特点,采用蔡-希尔强度准则进行校核,将计算得到的不同挖补角度下的最大应力与以首层失效为判据得到的极限强度整理见表4。
由表4可知,当修补角度从6°减小到4°时,修补板的极限强度明显增大,但是当修补角进一步减小以后,修补强度增大不明显,甚至在3°时还有减小的趋势,2°的极限强度较4°增大了4. 6% ,却付出了增大修理区域67% 的代价,综合考虑到修补路径与去除原有材料的多方面因素,认为4°为本研究工况下的最佳修补角度。
2各种修补角层板结构的拉伸强度试验验证
2.1实验条件与试件数目
根据修补模型的计算结果进行了试样的制备, 采用平纹编织碳纤维/环氧预浸料分别制作了2°、 4°、6°修补角的维修大板各3块以及1块进行强度比对的完好板,利用热补仪进行升温固化,固化温度为180 ℃,保温时间120 min,修补完成的样板如图3所示,两侧为加强片,中间区域为修补区。
将每块修补板和1块完好板切割成5根试验样条,进行拉伸破坏试验以检测其强度( 见图4) ,采用标准ASTM D3039进行测试,试验中使用Bairoe多功能实验机对试验件进行单向拉伸加载,测试温度为室温( 23 ± 3) ℃,试验加载速度均为2 mm/min, 试验结果整理见图5。
2.2试验结果分析
由图5的试验结果可知,当维修角从6°减小到4° 时,修补强度提升很大,增加幅度平均达到了40% 以上; 而当维修角进一步减小到2° 时,修补强度没有出现明显增长,甚至还小于4° 的2号板强度,说明在平纹编织复合材料的结构维修中,存在一个最佳修补角度对于结构强度恢复最有利,本研究的结论表明该铺层条件下的平纹编织碳纤维层板的最佳修理角度为4°,此时最高修复强度达到了完好板的66. 98% ,达到了复合材料结构维修强度恢复率为60% ~ 80% 的正常水平[12],基本满足复合材料结构维修的要求。
综合分析理论计算与试验验证的结果,将所有的强度数值折算为强度恢复率整理到图6中。由图6可知,本研究中采用的三维有限元修补模型得到的强度值与试验数据基本吻合,2°维修角的最大偏差值为5. 7% ,平均偏差为3. 67% ,4°的最大偏差为12. 91% ,平均偏差值为4. 96% ,6° 的偏差稍微大一些,最大为28. 52% ,平均偏差为19. 11% 。由于试验过程中制备、修理、加工、测试等多个环节均有可能会影响试验结果,认为该三维有限元模型分析所得结论能够基本满足维修设计的需求,可以为实际修理提供较为准确的参考指标。
从理论分析和试验验证的结果综合分析,4°是平纹编织复合材料层板损伤结构的最佳修补角度, 同时也应该注意到当修补角发生偏差时,对于修理结构强度的影响比较明显,因此在维修过程中间必须要按照维修预定好的方案精确进行,以达到较好的修补效果。
3结论
针对平纹编织复合材料层板损伤结构的最佳修理角度进行了分析,分别从三维有限元模型计算与相应的试验验证两方面研究,得到结论如下:
( 1) 研究铺层条件下的平纹编织碳纤维/环氧材料层板结构最佳修补角度为4°,结构最高修复强度恢复率达到了66. 98% ,该结论也可为其他类型的平纹编织复合材料层板维修提供参考。
( 2) 当修补角发生偏差时,对于修理结构强度的影响比较明显,在维修过程中必须要精确设计与实施。
( 3) 研究中采用的三维有限元修补模型得到的强度值与试验数据基本吻合,说明该计算模型能够满足维修设计的需求,为实际修理提供较为准确的参考指标。
摘要：鉴于平纹编织复合材料的广泛应用与该类型层板维修研究的缺失性,研究针对一系列不同修补角度的平纹编织复合材料层板维修工况,进行了三维有限元模型分析计算与试验验证,得到结论如下:修补角度的选取对于恢复强度的影响极为明显。研究使用的平纹编织复合材料层板结构最佳修补角度为4°,最大强度修复率达到了66.98%;分析采用的三维有限元修补模型得到的强度计算值与试验数据基本吻合,说明该计算模型能够满足维修设计的需求,为实际修理提供较好的维修指导。
关键词：平纹编织,维修角度,有限元分析,试验验证
参考文献
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维修试验台 篇5
故障样本分配是以装备的复杂性、可靠性为基础的统计抽样问题[4]。现有的国内外相关的标准和文献中提及的样本分配方法大多是基于故障率的分层抽样及简单随机抽样方法,上述两种常用的抽样方法以单一影响因素作为样本分配的依据,所以当故障率信息不够准确时,由这些方法获得的样本分配结果也将失去可信度[5]。不同的样本分配方案极有可能会导致试验结果上的不同,为了保证维修性试验所作统计决策的置信度,优化样本分配方案显得十分必要。
针对上述问题,提出了一种基于多因子融合的故障样本分配方法。首先,在对故障样本分配中多种影响因素综合分析的基础上,定义了故障样本分配影响因子集,提出了基于多因子融合的故障样本分配算法,然后分别明确了各影响因子的影响系数及影响权值的确定方法,最后通过实例验证及对比分析表明了该样本分配方法的有效性。
1 故障样本多因子融合分配方法
1.1 故障样本分配影响因子集
故障样本分配中如果只考虑装备故障率这一单一因素,会导致在产品维修性验证时对故障率高的系统单元上分配较多的维修性资源,同时忽略了对一些故障率低、故障破坏性强的产品模块维修性资源的分配,进而导致维修性验证试验结论不准确[6]。为了解决上述问题,本文在研究维修性验证试验故障样本分配方法时,综合考虑装备的可靠性、维修性、安全性、以及使用要求的不同,通过定义故障样本分配影响因子集来指导故障样本分配。
故障样本分配影响因子集:以影响维修性验证试验中故障样本分配结论的关键影响因子为元素组成的集合[7]。其主要包含有如下的几个影响因子。
1.1.1 故障率
故障率作为描述装备可靠性的代表性数据,是决定样本分配结果的一个关键影响因素。故障率高的系统单元,其可靠性差,更容易发生故障,应分配较多的故障样本,用Lλ表示故障率影响系数。
1.1.2 故障影响
故障影响作为描述某个系统单元发生故障对整体系统影响程度的数据,是样本分配过程中应考虑的因素,故障影响程度大的单元,其发生故障时对整个系统的危害性高,应分配较多的故障样本,用LF表示故障影响系数。
1.1.3 单元重要度
单元重要度是指某个系统组成单元在整个系统中的重要程度[8]。重要度高的系统单元属于系统核心部件,其维修性指标往往更受订购方关注,其样本分配数量应适当增加,用LM表示单元重要度影响系数。
1.1.4 维修费用
维修费用作为维修性验证试验的成本因素,当其他影响因子相同时,维修费用少的系统组成单元分得较多的故障样本可提高试验经济性,用LC代表维修费用影响系数。
1.2 基于多因子融合的故障样本分配算法
故障样本多因子融合分配方法,依据相关可靠性试验数据及专家系统对故障样本分配影响因子的影响系数和影响权值进行确定[9],进而按照如式(1)所示的故障样本多因子融合分配数学模型计算出各个组成单元的样本分配数量。
式(1)中,n为待分配样本总量;ni为第i个单元应分配的样本量;ξi为第个i单元的样本分配权值;Li为第i个单元的总影响系数;ω为影响因子的权值系数。
由上式可以看出,通过确定各影响因子的影响系数Li及权值系数ω即可完成故障样本的分配,下面给出两种参数的确定方法。
2 影响系数的确定
2.1 故障率影响系数的确定
2.1.1 故障率影响系数Lλ
在确定各个单元的故障率λi的基础上,故障率影响系数Lλ可通过下式进行确定。
2.1.2 基于Weibull分布的故障率预测模型
在装备的实际使用中及可靠性试验中可以积累大量装备故障率数据,若对其进行统计学分析,即可获得描述装备故障率随时间变化规律的装备故障率曲线。对于具有典型的故障率曲线的产品,其故障率可以通过Weibull分布来拟合,本文给出一种基于Weibul分布的故障率预测模型,以及Weibull分布参数的估计方法。
(1)Weibull分布的概率密度函数为
(2)Weibull分布的故障率函数为
式(4)中,η表示尺度参数,β表示形状参数,被称为可靠度函数。上述模型中,当形状参数β<1时,故障率是递减的,用来描述设备的早期故障阶段;当β=1时,故障率是常数,用来描述随机故障;当β>1时,故障率是递增的,适用于描述设备的损耗或者老化阶段的故障[10]。
2.1.3 Weibull分布的参数估计方法
对Weibull分布的故障率函数λ(t)=ktβ-1两边取对数,将非线性回归转换为一元线性回归,一元线性回归分析的参数求解过程如下。
(1)建立回归模型
式(5)中,α和β是回归系数,分别表示在Y轴的截距和直线的斜率。
(2)最小二乘法求解回归系数
对给定n个数据样本(x1,y1),(x2,y2),…,(xn,yn),做离差平方和。
(3)求α和β的一阶偏导,并使其等于零,即
(4)得到回归系数的值为
2.2 故障影响系数LF的确定
2.2.1 故障影响系数LF
故障影响系数LF通过单元的故障模式风险优先数(risk priority number,RPN)评分之和Fi来表示,由下式确定。
2.2.2 风险优先数分析方法
风险优先数(RPN)用以描述产品某个故障模式发生时的危害性及故障的影响程度,其值越大,代表该故障模式对系统的影响程度越大,其值越小,表示该故障模式对系统的影响程度越小[11],计算方法如下。
式(10)中,ESR(effect severe rank,ESR)表示故障模式影响的严酷度级别,OPR(occur probability rank,OPR)表示故障模式发生概率等级,ESR及OPR评分准则分别见表1和表2。
2.3 单元重要度影响系数LM的确定
2.3.1 单元重要度影响系数LM
故障影响系数LF用式(11)确定。通过专家系统确定单元重要度,首先将装备单元按重要程度赋值,然后由参与试验的专家现场对相应的系统组成单元进行打分,并通过式(12)计算第i个单元的重要度,单元重要度分级及赋值标准如图1所示。
式(12)中,k代表参与评价的专家数量,s代表专家序号,λs表示第s个专家的相对权值。
2.4 维修费用影响系数LC的确定
维修性验证试验过程中产生的维修费用主要由维修资源费用和维修过程费用两部分构成。维修资源费用包括维修现场所使用的场地,工具,备件及相关维修保障资源所产生的费用,其值用Ci1表示;维修过程费用包括维修技术人员的工时费用及其他维修用,其值用Ci2表示。所以维修费用Ci可用下式表示。
根据维修费用影响系数LC与维修费用的关系描述,维修费用影响系数LC可由式(14)确定。
3 影响权值的确定
由于样本分配影响因子之间缺少明显的量化对比标准,影响权值需要以专家主观评价的方式获得。通常评价专家对单一因子进行打分相对容易,但进行两个指标之间对比的过程中,对比较结果明确的量化会影响判断的准确性[12,13],为了充分考虑到评价专家思考的模糊性,提高权值确定的可信度,本文利用模糊层次分析法(fuzzy analysis hierarchy process,FAHP)求解各影响因子的影响权值。
3.1 模糊判断矩阵的建立
元素标度的确定是构建模糊评判矩阵的基础。由于三角模糊数既涵盖了元素对比关系范围的概念,其中间值又可表达元素对比时最可能的关系[14],为了可以充分的表达专家对元素间对比关系的理解,本文选用三角模糊数作为FAHP模糊判断矩阵标度方法。
三角模糊数用(l,m,u)来表示,l和u为其上界值和下界值,m为其中间值[15]。由此构造的模糊判断矩阵中,三角模糊数的中值m表示两元素对比时最可能的重要关系,上下界l及u表示两元素相对的关系范围,三角模糊数中值的标度见表3。影响系数比较判断矩阵构造参照表4。
3.2 权值系数的计算
下面利用置信度排序方法计算各影响因子的权值。
(1)利用专家构造的基于三角模糊数的互补判断矩阵A(其元素为aij=(lij,mij,uij)),根据式(15)计算得到概率矩阵B的元素,根据式(16)计算得到专家模糊评判矩阵S。
式(16)中,eij=uij-lij。
(2)通过求概率矩阵B和专家模糊评判矩阵S对应元素的乘积获得判断矩阵T(其元素为tij=bijsij),接着利用式(17)将判断矩阵T调整为模糊互补判断矩阵,其元素计算方法如下。
(3)求取矩阵的合成矩阵,其元素为
式(18)中,λs表示专家的权值,通常专家水平相当时,令专家权值相等,即λ=1/k;k表示专家数量,s表示专家编号。
最后,由式(19)计算得到各个影响因子的权值。
式(19)中,α≥(n-1)/2,i=1,2,…,n。
(4)一致性检验。权值求解过程中,需要对矩阵的一致性进行检验,验证过程如下。
设模糊互补判断矩阵为A=(aij)n×n,则称矩阵K为对应于矩阵A的可达矩阵。
式(20)中,为布尔运算符“和”,其运算规则如式(21)所示,P称为指示矩阵,其元素定义如式(22)所示。
若模糊判断矩阵的可达矩阵K的对角线上的元素都不为1,则称矩阵具有一致性,否则称矩阵不一致[16]。
4 实例验证与对比分析
4.1 基于多因子融合的样本分配案例
某型陆军装备子系统由五个模块构成,其系统结构如图2所示。下面通过基于多因子融合的故障样本分配方法对该系统进行样本分配。
根据维修性验证试验前期工作,确定该试验待分配样本总量n=50,该系统各模块的故障率可通过式(4)进行确定,接着由式(2)可以获得故障率影响系数Lλ;通过式(10)得到系统各模块的故障模式风险优先数(RPN)评分值之和,并将其代入式(9)可以计算出故障影响系数LF;通过专家系统根据式(12)计算各个模块的重要度,并将结果带入式(11)可以计算出各模块重要度影响系数LM;通过式(13)、式(14)可以计算出各模块维修费用影响系数LC。各模块影响因子相关参数如表5所示。
各影响因子的权值ω和总影响系数Li可依据表5中的数据计算得到,其结果如表6所示。利用表6中的数据求得ξA=0.136 5,ξB=0.132 5,ξC=0.236 0,ξD=0.301 7,ξE=0.186 6将数据代入式(1)得到最终的样本分配结果,nA=7,nB=7,nC=12,nD=15,nE=10,由于当样本分配计算结果不为整数时,取大于计算结果的最小整数,所以样本总量增加一个,达到51个。
4.2 分配方法对比分析
文献[1]中提到的基于故障率的按比例分层抽样故障样本分配方法作为GJB 2072—94《维修性试验与评定》中规定的样本分配方法,在工程中有广泛的应用[17],下面利用该方法对同一装备系统进行故障样本分配,其分配方法如式(23)所示。
式(23)中,Qi为第i个模块的单元数量,Ti为第i个模块的工作时间系数。其样本分配结果对比雷达图如图3所示,样本分配结果对比见表7。
对比基于两种方法的样本分配结果。
(1)由表6的计算结果可以看出,基于多因子融合的样本分配方法综合考虑了样本分配过程中多方面的影响因子,在一定程度上弱化了故障率对于样本分配结果的影响,但依据模糊层次分析法得出的权值来看,其影响权值高达0.36,仍是影响样本分配结果的主要因素;同时,由于故障影响因子反映了故障的危害性,其直接影响维修难度及维修时间,所以评价专家给予了较高的影响权值,其值达到0.29;单元重要度因子及维修费用因子的权值较低,其值分别为0.19和0.16,成为影响样本分配结构的次要因素,体现了评价专家对装备结构层次的理解以及对试验经济性的考虑。
(2)从样本分配结果对比雷达图可以看出,基于故障率的分层抽样故障样本分配方法,其样本分配结构呈现出严重的单一化,模块C和模块D分配到了高达70%的故障样本,样本分配结果可信度低;基于多因子融合的样本分配方法,其样本分配结构相比更为多元化,多种影响因子的引入,有效地平衡了高故障率对模块C和模块D样本分配带来的影响;单元重要度因子和维修经济性因子对样本分配结果的修正,适量的增加了模块A、B、E的样本量,在一定程度上提高了故障样本分配结果的多元性。
(3)综合表6的数据及图3的信息可以看出,基于多因子融合的维修性验证试验样本分配方法有效地提高了维修性多源信息资源的利用率,避免了维修性信息资源的浪费,其考虑的影响因子更加全面,对影响试验样本分配信息的容错率更高,其样本分配结构更加合理。
5 结论
针对维修性验证试验中故障样本分配结构不合理的问题,综合分析了维修性试验中故障样本分配中的多种影响因素,定义了故障样本分配影响因子集,提出了基于多因子融合的维修性验证试验故障样本分配方法;明确了各影响因子的影响系数及影响权值的计算方法,通过对某型装备的维修性验证试验样本分配的实例验证,以及同基于故障率的分层抽样故障样本分配方法的对比分析,表明通过本文提出的样本分配方法得到的样本结构更加科学,有效地提高了装备维修性验证试验结论的置信度,能够反映装备真实的维修性设计水平,具有良好的工程应用价值。
摘要：针对维修性验证试验中样本分配结果不理想,导致维修性验证试验结论置信度低的问题,提出了基于多因子融合的维修性验证试验样本分配方法;首先,通过对故障样本分配影响因素的分析,定义了故障样本分配影响因子集,提出了基于多因子融合的故障样本分配算法;然后,分别确定了各影响因子的影响系数,并采用模糊层次分析法获得了各影响因子的影响权值;最后,以某型装备子系统为例进行实例验证,并同基于故障率的分层抽样样本分配方法进行对比分析,结果表明该方法得到的样本分配结果结构更加科学,提高了试验结论的置信度,具有良好的工程应用价值。