大修汽車的可靠性綜合評定方法

1、 大修汽車的可靠性綜合評定方法摘要:鑒于目前我國大修汽車質(zhì)量長期徘徊不前的現(xiàn)狀，本文為了提高大修汽車可靠性評價的準確性,在對模糊可靠性理論和綜合評價理論進行分析的基礎(chǔ)上,建立了大修汽車可靠性的模糊綜合評判數(shù)學(xué)模型,并且進行了實例應(yīng)用和故障分析，以求可靠性達到最佳水平。關(guān)鍵詞：可靠性 大修 模糊性理論 故障Overhaul automotive reliability evaluation methodLan Yangyong Wu RenjunFaculty of Automotive and Mechanical Engineering, Changsha University of Sci

2、ence and Technology, Changsha, Hunan 410114, ChinaAbstract: During evaluation of major overhauled automobile reliability, multiple indexes may be involved, so an overall evaluation is necessary. Meanwhile, as each index play s a special role in the evaluation and needs to be treated differently, a w

3、eighted overall evaluation is used. In real automobile system, many faults such as fatigue, wear and tear, corruption and break appear in intermediary state from “intact”to “scrap”, that is, in some degree they are in fuzzy and normal state but in some degree they are in fuzzy and fault state. In au

4、tomobile reliability engineering, there is fuzziness in collecting data, statistical analysis, experimental analysis, personnel's reliability actions, unknown factors, etc. In this paper, based on the analysis of automobile fuzzy reliability theory and overall evaluation theory, a mathematical m

5、odel of the major automobile reliability is founded. It is proved that fuzzy overall evaluation can be used successfully and effectively in the major overhauled automobile reliability evaluation. The method is simple, easy and applicable.Key words:Reliability, Major repair , Fuzziness theory , Fault

6、0 引言大修汽車在各種技術(shù)性能上應(yīng)同新車有著相似的要求,我國大修汽車質(zhì)量長期徘徊不前,這與眾多因素有關(guān),特別是和對修竣汽車沒有建立完整的評估方法密切相關(guān)。對大修汽車可靠性進行評價,就反映了汽車在大修后使用過程中的可靠性。1通過大修汽車可靠性評價與故障分析,能暴露那些可靠性較低的薄弱環(huán)節(jié),根據(jù)評價與分析,提出提高使用可靠性的途徑,通過評價能掌握汽車可靠性隨時間改變的規(guī)律,為合理確定維修周期、維修作業(yè)項目等提供依據(jù)。本文主要包括以下幾個部分：對大修汽車可靠性評價這一問題的背景做出簡要介紹，并導(dǎo)出我們的理論方法：加權(quán)綜合評定法和模糊化評價法；對加權(quán)綜合評定法和模糊化評價法作出闡述并作出理論上的依據(jù)；

7、建立大修汽車可靠性的模糊綜合評判數(shù)學(xué)模型；應(yīng)用中提出的理論方法對大修汽車的可靠性進行實例分析；總結(jié)本文。1 問題背景對大修汽車進行可靠性評價1,常常涉及多個指標,這時就要求根據(jù)這多個指標作出綜合評價，同時,引進能體現(xiàn)各指標在評價中的不同地位和作用的權(quán)重系數(shù),能使評價更加合理,即采用加權(quán)綜合評定的方法。在真正的汽車系統(tǒng)，許多故障，如疲勞，磨損，撕裂和斷裂出現(xiàn)在從“完好”到“失效”的中介狀態(tài)中，就是說，在一定程度上，他們是在模糊和正常狀態(tài)，但在某些程度，他們是在模糊和故障狀態(tài)。在汽車可靠性工程,包括有2模糊性數(shù)據(jù)收集、統(tǒng)計分析、實驗分析、人員的可靠性行動,未知的因素等。本文在對模糊可靠性理論和綜合

8、評價理論進行分析的基礎(chǔ)上,建立了大修汽車可靠性的模糊綜合評判數(shù)學(xué)模型。它被證明模糊綜合評價用在大修汽車可靠性評估中是非常有效的。該方法是簡單、方便、適用。2 理論方法本文的所要進行介紹的汽車可靠性評定方法是加權(quán)綜合評定法和模糊化評價法，它們在汽車的可靠性評定工作中是頗有成效的，能讓我們掌握汽車可靠性隨時間的改變規(guī)律,暴露可靠性薄弱的環(huán)節(jié)，為合理確定維修周期、維修作業(yè)項目等提供理論上的依據(jù)。以下就是對該兩種方法的具體描述：2.1 加權(quán)綜合評定法加權(quán)綜合評定一般表示為：式中加權(quán)平均分數(shù) 第個指標所占的權(quán)重 第個指標的代表值汽車可靠性評價指標之間雖有聯(lián)系,又有各自的影響因素。汽車故障有4級分級原則4

9、,即:致命故障嚴重故障一般故障輕微故障。根據(jù)故障分級的危害程度將一般故障的當量故障系數(shù)定為1，據(jù)此大體定出其他級別故障的當量故障系數(shù)。文獻4中規(guī)定的當量故障系數(shù)見表1。表1當量故障系數(shù)故障級別致命故障嚴重故障一般故障輕微故障當量故障系數(shù)1=1002=103=14=0.2在計算平均首次故障里程和平均無故障間隔里程時,沒有區(qū)分致命故障、嚴重故障,而在實際評價大修汽車可靠性時,需要考慮不同級別故障發(fā)生的次數(shù),在故障總數(shù)相同的情況下希望故障級別低的多一些好。輕微故障,一般情況下不影響行車,但仍需維修,故在可靠性評價中也不能置輕微故障于不顧。把按當量故障系數(shù)將其他各級故障次數(shù)折算為一般故障的次數(shù),稱為當

10、量故障次數(shù),把平均每1000km每輛車的當量故障數(shù)稱為當量故障率。通過分析取最重要最常用的平均無故障間隔里程、平均首次故障里程、當量故障率D這3個指標來評價大修汽車可靠性。表示故障發(fā)生的平均時間,表示首次故障發(fā)生的早晚,D表示故障的頻繁程度。由于3個指標對大修汽車可靠性的影響程度不同,在評價汽車可靠性時,應(yīng)有不同的權(quán)重。我們參照有關(guān)評價方法并且請具有豐富經(jīng)驗的現(xiàn)場管理人員、專家和教授給出如下權(quán)重分配關(guān)系：A=(平均無故障間隔里程,平均首次故障里程,當量故障率)=(0.24,0.36,0.40)評價標準4是評價汽車維修結(jié)果好壞的標尺,它和評價指標相照應(yīng),共同反映維修結(jié)果的狀況。評價標準包括評價等

11、級和評價界限兩部分。根據(jù)調(diào)查研究及聽取專家的意見,在大修汽車可靠性評價中取“好、較好、一般、差”4個等級,這樣的分級方法既有利于發(fā)現(xiàn)問題找出差距,又可以拉開檔次,便于具體進行評價。評價界限是評價等級中等級分界點的具體數(shù)值,評價界限的確定是一個定性分析和定量分析相結(jié)合的過程,應(yīng)盡量準確、可靠并符合我國實際情況。根據(jù)汽車的使用條件、車輛類型、制造條件、保養(yǎng)條件等,確定各指標的評價標準見表2。表2 各項指標評價標準的界限值指標Mb/kmMf/kmD/次(1000km)-1好 (A)300050000.5較好(B)230033001.6一般(C)150021003.2差 (D)70012004.22.

12、2模糊化評價法實際汽車系統(tǒng)中,汽車的任務(wù)是錯綜復(fù)雜的,它與運輸對象(人員、散裝物料、液體等)、工作目的(戰(zhàn)斗、勘探、采礦、土壤耕作等)有關(guān);汽車行駛的環(huán)境也是十分復(fù)雜的,它與地表幾何學(xué)(地表不平度及障礙等)、地面物理值(土壤變形的內(nèi)聚模量、土壤變形的摩擦模量等)等一系列因素有關(guān)。復(fù)雜的汽車任務(wù)涵義和復(fù)雜的汽車行駛環(huán)境決定著復(fù)雜的汽車系統(tǒng),各種因素縱橫交錯就使汽車系統(tǒng)具有了模糊性3。實踐表明5:由于“耗損”引起性能下降最終導(dǎo)致故障的現(xiàn)象是極為普遍的。例如軸類零件因微裂紋的擴展而斷裂進入報廢狀態(tài)。在進入報廢狀態(tài)之前,軸類零件經(jīng)歷了一個從“完好”到“報廢”的過渡過程,即隨著工作時間的延長,微裂紋不斷

13、擴展,逐漸發(fā)展成宏觀裂紋,直至最終導(dǎo)致斷裂而被判為“報廢”狀態(tài)。在從“完好”到“報廢”的中介過程中,軸類零件的狀態(tài)是模糊的。在汽車系統(tǒng)中大量發(fā)生的疲勞、磨損、腐蝕和蠕變,電氣設(shè)備絕緣的老化,液壓系統(tǒng)的油污染和泄漏等現(xiàn)象都具有上述特點,即從“完好”到“失效”之間都存在中介狀態(tài)。一切中介過程都呈現(xiàn)出亦此亦彼狀態(tài),此時常規(guī)可靠性理論的離散有限狀態(tài)假設(shè)不成立,而應(yīng)以模糊狀態(tài)假設(shè)代替,模糊狀態(tài)假設(shè)是指故障判據(jù)是模糊的,即在任一時刻,系統(tǒng)在某種程度上處于模糊正常狀態(tài),又在某種程度上處于模糊故障狀態(tài)。汽車可靠性工程中存在著形形色色的模糊性3:收集到的數(shù)據(jù)可能帶有模糊性。例如,先前經(jīng)驗是數(shù)據(jù)收集的一個重要來源

14、,然而它卻是以不精確的方式出現(xiàn)的。此外,在實際工程問題中,常常也會因缺乏數(shù)據(jù)而依據(jù)專家經(jīng)驗,從而也會引入模糊性。統(tǒng)計分析帶來的不確定性。由于各種條件的限制,用有限的試驗樣本代替無限樣本所產(chǎn)生的不確定性。試驗分析帶來的模糊性。由于試驗條件與實際系統(tǒng)所處的自然條件不完全一致而產(chǎn)生的不確定性,從而使汽車系統(tǒng)的壽命和維修時間也具有模糊性。人員可靠性行為本質(zhì)上是模糊的。大量事實業(yè)已表明,由于人為錯誤而采用不正確的計算模型,產(chǎn)生分析計量中的錯誤和設(shè)計制造中的疏忽,所以對有人參與的人機系統(tǒng)、經(jīng)濟系統(tǒng)、管理系統(tǒng)等進行的可靠性評價本質(zhì)上也是模糊的。未知因素帶來的模糊性。為此,必須應(yīng)用模糊性理論對大修汽車的可靠性

15、進行綜合評價。2.2.1大修汽車可靠性模糊綜合評價數(shù)學(xué)模型的建立設(shè)大修汽車可靠性評價因素的集合為3：，例如。評語的集合為:。例如V=好，較好，一般，差。設(shè)表示就因素而言,大修汽車可靠性被評為的隸屬度（）。論域U上的因素模糊子集為式中對的隸屬度,即某評價指標在評價中所起的作用大小論域V上的等級模糊子集為式中對綜合評定的模糊子集的隸屬度（）從而有關(guān)系式： 簡記為綜上所述,模糊綜合評判的步驟為3：選好評價因素集合、評語集合。確定各評價指標的評價標準,進行單因素評價,獲得評價矩陣。確定各評價指標的權(quán)重,計算綜合評價,并進行歸一化處理。計算模糊綜合評價值,確定可靠性等級。對綜合評價結(jié)果進行歸一化處理后,

16、為了使結(jié)果更加直觀,采用對評語再賦值,如表4所示,計算出模糊綜合評價值。然后根據(jù)表5給出的可靠性分等標準,確定可靠性等級。表3 模糊綜合評價值分級賦值分級好較好一般差賦值9080600表4 可靠性水平可靠性水平好較好一般差計算分數(shù)Q80Q<10070Q<8060Q<70Q603應(yīng)用實例分析3.1研究背景黃河QD352自卸汽車載質(zhì)量在硬質(zhì)路面上為7.3t,在土路上為6t,該車的行駛路線主要集中在市區(qū)和郊縣之間,運輸貨物主要是煤、沙、木材、水泥等。11輛車在6000km大修包修里程結(jié)束時均發(fā)生了故障4,其中一級故障0次,二級故障17次,三級故障25次,四級故障13次,所以為完全樣

17、本。應(yīng)用故障分布函數(shù)擬合優(yōu)化確定故障分布規(guī)律,按有替換定時截尾試驗的完全樣本計算,可得樣本汽車可靠性的評價結(jié)果為:平均首次故障里程=2312.6km,首次故障的特征壽命(R=0.368)=1571.1km,平均無故障間隔里程=1571.6km,當量故障率=2.994次/1000km,失效率=0.00064,置信度為95%的平均壽命區(qū)間u為186.5kmu2180.97km。表5 6000km可靠性試驗故障記錄車號故障里程 /km故障總成或系統(tǒng)故障部位名稱故障模式故障類別車號故障里程/km故障總成或系統(tǒng)故障部位名稱故障模式故障類別1205電器及儀表左轉(zhuǎn)向燈泡燈泡不亮353460懸掛U形螺栓松動4

18、1678冷卻系水管接頭漏水361835車輪輪胎螺母松動411642轉(zhuǎn)向系轉(zhuǎn)向系間隙間隙過大262200變速器頂蓋緊固螺栓脫落312871發(fā)動機前懸置緊固螺栓松動362436電器及儀表喇叭音量小414168后橋后橋殼蓋漏油362572轉(zhuǎn)向系軸承損壞32434轉(zhuǎn)向系萬向節(jié)松脫263710車輪前輪胎爆裂22934制動系制動鼓裂紋263980傳動系黃油嘴脫落321700制動系制動摩擦片斷364010制動系制動性能嚴重跑偏225100駕駛室車門松曠464100發(fā)動機氣缸蓋罩漏油43730前橋前束不合標準364200駕駛室后視鏡支架斷331264車架尾燈支架斷裂372419懸架緩沖橡膠塊破損331572懸

19、架減震器失效372600車輪氣門嘴紋壞332890駕駛室車門密封條局部脫落472872懸掛鋼板彈簧斷 233578制動系摩擦片鉚釘松473678制動系手制動間隙大333900懸架鋼板銷定為螺栓松473678冷卻系放水閥門漏水341450車架縱梁變形283526車架牽引鎖扣不靈活442732轉(zhuǎn)向系轉(zhuǎn)向機漏油384400電器及儀表蓄電池電池供電不足243100 懸掛鋼板彈簧斷284610車架橫梁鉚釘松動344400離合器踏板不回位494890制動系制動摩擦片斷裂344520發(fā)動機曲軸箱空濾器脫落395410制動系制動蹄制動不均245100 懸掛鋼板U 形螺栓斷2104140冷卻系水泵漏水34536

20、0變速器放油螺塞滲油4104860電器及儀表機油油壓信號不亮251670電器及儀表火花塞損壞4105400變速器通氣塞漏油352700制動系制動回位彈簧斷2105632 懸掛鋼板銷螺栓松動452980冷卻系水箱漏水2115700冷卻系暖風(fēng)散熱器漏水253050傳動系防塵套破損3115722離合器踏板臂松曠453200電器及儀表發(fā)電機損壞2115865電器及儀表電喇叭損壞33.2實例分析 汽車典型故障分析的故障模式與后果分析(FMEA)法4,是對系統(tǒng)各組成單元潛在的各種故障模式及其對系統(tǒng)功能的影響與產(chǎn)生后果的嚴重程度進行分析,提出可能采取的預(yù)防改進措施,以提高產(chǎn)品可靠性的一種設(shè)計分析方法。其目的

21、是為了揭示潛在的故障模式,而后提出改進措施。下面就故障頻率較大與較重要的總成進行FMEA分析。3.21制動系統(tǒng)故障模式:管路漏氣;制動蹄制動不均;固定螺栓松動。故障后果:制動效果差,甚至引起安全問題。故障原因:配件質(zhì)量差;維修調(diào)整不當。故障頻率:8。建議改進措施:選購較可靠的制動系配件,及時按標準要求調(diào)整。3.22車架故障模式:縱梁、車架的斷裂與變形。故障后果:引起系統(tǒng)與總成的損壞。故障原因:道路狀況引起車輛顛簸頻率和幅度較大;車架強度和剛度儲備小,使用過程中超載嚴重。黃河QD352載重車原設(shè)計承載質(zhì)量在硬質(zhì)路面上為7t,在土路上為6t,而被調(diào)研車輛實際載質(zhì)量均超過標準12t左右。故障頻率:5。建議的改進措施:加強道路養(yǎng)護以改善路面質(zhì)量,制止重型車超載上路損壞道路;提高維修中的鉚接質(zhì)量,提高鋼板、鋼板卡子和中心螺栓的強度和剛度,從而提高其疲勞壽命,降低故障次數(shù)。為了列出單因素的評價矩陣,需要將各項指標進行模糊化處理。所謂模糊化處理,就是根據(jù)表2的評價標準,按照大修汽車可靠性各指標的實際值,計算出隸屬某個標準的隸屬值。本文采用的模糊化法則為:對落于兩個端點之外的指標點,取其隸屬值為1。對落于區(qū)間(M、N)的指標,按下述公式取兩個隸屬值X 1和X2,