大修汽車的可靠性綜合評(píng)定方法

1、 大修汽車的可靠性綜合評(píng)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(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性,在對(duì)模糊可靠性理論和綜合評(píng)價(jià)理論進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上,建立了大修汽車可靠性的模糊綜合評(píng)判數(shù)學(xué)模型,并且進(jìn)行了實(shí)例應(yīng)用和故障分析，以求可靠性達(dá)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(duì)修竣汽車沒有建立完整的評(píng)估方法密切相關(guān)。對(duì)大修汽車可靠性進(jìn)行評(píng)價(jià),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(píng)價(jià)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(píng)價(jià)與分析,提出提高使用可靠性的途徑,通過評(píng)價(jià)能掌握汽車可靠性隨時(shí)間改變的規(guī)律,為合理確定維修周期、維修作業(yè)項(xiàng)目等提供依據(jù)。本文主要包括以下幾個(gè)部分：對(duì)大修汽車可靠性評(píng)價(jià)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(píng)定法和模糊化評(píng)價(jià)法；對(duì)加權(quán)綜合評(píng)定法和模糊化評(píng)價(jià)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(píng)判數(shù)學(xué)模型；應(yīng)用中提出的理論方法對(duì)大修汽車的可靠性進(jìn)行實(shí)例分析；總結(jié)本文。1 問題背景對(duì)大修汽車進(jìn)行可靠性評(píng)價(jià)1,常常涉及多個(gè)指標(biāo),這時(shí)就要求根據(jù)這多個(gè)指標(biāo)作出綜合評(píng)價(jià)，同時(shí),引進(jìn)能體現(xiàn)各指標(biāo)在評(píng)價(jià)中的不同地位和作用的權(quán)重系數(shù),能使評(píng)價(jià)更加合理,即采用加權(quán)綜合評(píng)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(jì)分析、實(shí)驗(yàn)分析、人員的可靠性行動(dòng),未知的因素等。本文在對(duì)模糊可靠性理論和綜合

8、評(píng)價(jià)理論進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上,建立了大修汽車可靠性的模糊綜合評(píng)判數(shù)學(xué)模型。它被證明模糊綜合評(píng)價(jià)用在大修汽車可靠性評(píng)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(jìn)行介紹的汽車可靠性評(píng)定方法是加權(quán)綜合評(píng)定法和模糊化評(píng)價(jià)法，它們?cè)谄嚨目煽啃栽u(píng)定工作中是頗有成效的，能讓我們掌握汽車可靠性隨時(shí)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(xiàng)目等提供理論上的依據(jù)。以下就是對(duì)該兩種方法的具體描述：2.1 加權(quán)綜合評(píng)定法加權(quán)綜合評(píng)定一般表示為：式中加權(quán)平均分?jǐn)?shù) 第個(gè)指標(biāo)所占的權(quán)重 第個(gè)指標(biāo)的代表值汽車可靠性評(píng)價(jià)指標(biāo)之間雖有聯(lián)系,又有各自的影響因素。汽車故障有4級(jí)分級(jí)原則4

9、,即:致命故障嚴(yán)重故障一般故障輕微故障。根據(jù)故障分級(jí)的危害程度將一般故障的當(dāng)量故障系數(shù)定為1，據(jù)此大體定出其他級(jí)別故障的當(dāng)量故障系數(shù)。文獻(xiàn)4中規(guī)定的當(dāng)量故障系數(shù)見表1。表1當(dāng)量故障系數(shù)故障級(jí)別致命故障嚴(yán)重故障一般故障輕微故障當(dāng)量故障系數(shù)1=1002=103=14=0.2在計(jì)算平均首次故障里程和平均無故障間隔里程時(shí),沒有區(qū)分致命故障、嚴(yán)重故障,而在實(shí)際評(píng)價(jià)大修汽車可靠性時(shí),需要考慮不同級(jí)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(jí)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(píng)價(jià)中也不能置輕微故障于不顧。把按當(dāng)量故障系數(shù)將其他各級(jí)故障次數(shù)折算為一般故障的次數(shù),稱為當(dāng)

10、量故障次數(shù),把平均每1000km每輛車的當(dāng)量故障數(shù)稱為當(dāng)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(dāng)量故障率D這3個(gè)指標(biāo)來評(píng)價(jià)大修汽車可靠性。表示故障發(fā)生的平均時(shí)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(gè)指標(biāo)對(duì)大修汽車可靠性的影響程度不同,在評(píng)價(jià)汽車可靠性時(shí),應(yīng)有不同的權(quán)重。我們參照有關(guān)評(píng)價(jià)方法并且請(qǐng)具有豐富經(jīng)驗(yàn)的現(xiàn)場(chǎng)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(dāng)量故障率)=(0.24,0.36,0.40)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)4是評(píng)價(jià)汽車維修結(jié)果好壞的標(biāo)尺,它和評(píng)價(jià)指標(biāo)相照應(yīng),共同反映維修結(jié)果的狀況。評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)包括評(píng)價(jià)等

11、級(jí)和評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)中取“好、較好、一般、差”4個(gè)等級(jí),這樣的分級(jí)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(jìn)行評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)界限是評(píng)價(jià)等級(jí)中等級(jí)分界點(diǎn)的具體數(shù)值,評(píng)價(jià)界限的確定是一個(gè)定性分析和定量分析相結(jié)合的過程,應(yīng)盡量準(zhǔn)確、可靠并符合我國實(shí)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(biāo)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表2。表2 各項(xiàng)指標(biāo)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的界限值指標(biāo)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(píng)價(jià)法實(shí)際汽車系統(tǒng)中,汽車的任務(wù)是錯(cuò)綜復(fù)雜的,它與運(yùn)輸對(duì)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(cuò)就使汽車系統(tǒng)具有了模糊性3。實(shí)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(kuò)展而斷裂進(jìn)入報(bào)廢狀態(tài)。在進(jìn)入報(bào)廢狀態(tài)之前,軸類零件經(jīng)歷了一個(gè)從“完好”到“報(bào)廢”的過渡過程,即隨著工作時(shí)間的延長,微裂紋不斷

13、擴(kuò)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(bào)廢”狀態(tài)。在從“完好”到“報(bào)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(diǎn),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(shí)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(shí)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(yàn)是數(shù)據(jù)收集的一個(gè)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(shí)際工程問題中,常常也會(huì)因缺乏數(shù)據(jù)而依據(jù)專家經(jīng)驗(yàn),從而也會(huì)引入模糊性。統(tǒng)計(jì)分析帶來的不確定性。由于各種條件的限制,用有限的試驗(yàn)樣本代替無限樣本所產(chǎn)生的不確定性。試驗(yàn)分析帶來的模糊性。由于試驗(yàn)條件與實(shí)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(shí)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(shí)業(yè)已表明,由于人為錯(cuò)誤而采用不正確的計(jì)算模型,產(chǎn)生分析計(jì)量中的錯(cuò)誤和設(shè)計(jì)制造中的疏忽,所以對(duì)有人參與的人機(jī)系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、管理系統(tǒng)等進(jìn)行的可靠性評(píng)價(jià)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(duì)大修汽車的可靠性

15、進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。2.2.1大修汽車可靠性模糊綜合評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)模型的建立設(shè)大修汽車可靠性評(píng)價(jià)因素的集合為3：，例如。評(píng)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(píng)為的隸屬度（）。論域U上的因素模糊子集為式中對(duì)的隸屬度,即某評(píng)價(jià)指標(biāo)在評(píng)價(jià)中所起的作用大小論域V上的等級(jí)模糊子集為式中對(duì)綜合評(píng)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(píng)判的步驟為3：選好評(píng)價(jià)因素集合、評(píng)語集合。確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),進(jìn)行單因素評(píng)價(jià),獲得評(píng)價(jià)矩陣。確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重,計(jì)算綜合評(píng)價(jià),并進(jìn)行歸一化處理。計(jì)算模糊綜合評(píng)價(jià)值,確定可靠性等級(jí)。對(duì)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行歸一化處理后,

16、為了使結(jié)果更加直觀,采用對(duì)評(píng)語再賦值,如表4所示,計(jì)算出模糊綜合評(píng)價(jià)值。然后根據(jù)表5給出的可靠性分等標(biāo)準(zhǔn),確定可靠性等級(jí)。表3 模糊綜合評(píng)價(jià)值分級(jí)賦值分級(jí)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(jì)算分?jǐn)?shù)Q80Q<10070Q<8060Q<70Q603應(yīng)用實(shí)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(yùn)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(shí)均發(fā)生了故障4,其中一級(jí)故障0次,二級(jí)故障17次,三級(jí)故障25次,四級(jí)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(shí)截尾試驗(yàn)的完全樣本計(jì)算,可得樣本汽車可靠性的評(píng)價(jià)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(dāng)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(yàn)故障記錄車號(hào)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(hào)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(dòng)4

18、1678冷卻系水管接頭漏水361835車輪輪胎螺母松動(dòng)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(dòng)機(jī)前懸置緊固螺栓松動(dòng)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(dòng)系制動(dòng)鼓裂紋263980傳動(dòng)系黃油嘴脫落321700制動(dòng)系制動(dòng)摩擦片斷364010制動(dòng)系制動(dòng)性能嚴(yán)重跑偏225100駕駛室車門松曠464100發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋罩漏油43730前橋前束不合標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)系摩擦片鉚釘松473678制動(dòng)系手制動(dòng)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(jī)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(dòng)344400離合器踏板不回位494890制動(dòng)系制動(dòng)摩擦片斷裂344520發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸箱空濾器脫落395410制動(dòng)系制動(dòng)蹄制動(dòng)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(jī)油油壓信號(hào)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(dòng)系制動(dòng)回位彈簧斷2105632 懸掛鋼板銷螺栓松動(dòng)452980冷卻系水箱漏水2115700冷卻系暖風(fēng)散熱器漏水253050傳動(dòng)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(jī)損壞2115865電器及儀表電喇叭損壞33.2實(shí)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(duì)系統(tǒng)各組成單元潛在的各種故障模式及其對(duì)系統(tǒng)功能的影響與產(chǎn)生后果的嚴(yán)重程度進(jìn)行分析,提出可能采取的預(yù)防改進(jìn)措施,以提高產(chǎn)品可靠性的一種設(shè)計(jì)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(jìn)措施。下面就故障頻率較大與較重要的總成進(jìn)行FMEA分析。3.21制動(dòng)系統(tǒng)故障模式:管路漏氣;制動(dòng)蹄制動(dòng)不均;固定螺栓松動(dòng)。故障后果:制動(dòng)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(dāng)。故障頻率:8。建議改進(jìn)措施:選購較可靠的制動(dòng)系配件,及時(shí)按標(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)度和剛度儲(chǔ)備小,使用過程中超載嚴(yán)重。黃河QD352載重車原設(shè)計(jì)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(shí)際載質(zhì)量均超過標(biāo)準(zhǔn)12t左右。故障頻率:5。建議的改進(jìn)措施:加強(qiáng)道路養(yǎng)護(hù)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(qiáng)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(píng)價(jià)矩陣,需要將各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行模糊化處理。所謂模糊化處理,就是根據(jù)表2的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),按照大修汽車可靠性各指標(biāo)的實(shí)際值,計(jì)算出隸屬某個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的隸屬值。本文采用的模糊化法則為:對(duì)落于兩個(gè)端點(diǎn)之外的指標(biāo)點(diǎn),取其隸屬值為1。對(duì)落于區(qū)間(M、N)的指標(biāo),按下述公式取兩個(gè)隸屬值X 1和X2,