基于MATLAB的汽车发动机加工自动化线可靠性研究①

王仕雄

(宣城职业技术学院机械与汽车工程系,安徽 宣城242000)

0 引 言

作为汽车关键部件的发动机机加工线工艺的研究分析,并解决在发动机在制造过程中出现的质量问题、降低生产成本以及提高汽车的产能,也能够对汽车制造厂商生产管理者在遇到频繁的设备故障及其如何处理这些故障起到指导作用,通过CDF的汽车发动机加工自动化线可靠性研究,找出发动机加工自动化线系统的薄弱环节,并以此为依据来对自动线工艺和设备进行改进,进而确保产品加工的良率和提升产能,并找出自动线中经常发生的设备故障规律性,有助于提升自动化产线的自我管理水平。

1 汽车发动机加工自动化线概述

发动机的缸体、缸盖均采用铝合金材质,目前发动机的缸体、缸盖自动化产线采用并线生产,且大多数采用以GROB加工中心和以ABB机器人为主的辅机,以实现缸体、缸盖机加线的高柔性化,发动机加工自动化线布局图,如图1所示。

图1 发动机加工自动化线布局图

由图1所示,发动机机加自动线的设备主要由GROB高速加工中心、上料桁架、专机、台清洗机、上下料专用设备、二维码打刻机、珩磨机、缸体最终检测机、集中供液设备、SPC站、三坐标测量机、卓勒高精度对刀仪以及热涨仪组成的。

2 汽车发动机加工自动化线可靠性分析的指标确定

将故障发生间隔周期和维修时间作为可靠性分析指标,按照发动机加工自动线的工艺技术参数要求:故障发生间隔周期≦600h,维修时间≦2.0h,以验证GROB高速高柔性加工中心的稳定性和检测出其正常使用寿命。

2.1 故障发生间隔周期

故障发生间隔周期,即相邻间隔维修周期的无故障工作时间,无故障工作时间可以直接地体现出设备的稳定性和可靠性能[3]。

2.2 维修时间

当GROB高速高柔性加工中心维修时,需要对每次的维修时间做评估,而维修时间可以直观地反映出加工中心的维修程度和使用寿命。

3 基于Matlab的汽车发动机加工自动化线可靠性研究

对GROB高速高柔性加工中心发生故障的情况做了相关的数据采集,并找出每台GROB高速高柔性加工中心相连的故障的故障周期,作为分析的样本,如表1所示。

表1

基于Matlab的故障发生间隔周期模型构建

以时间t为横坐标,每一组的频率密度f'（t）为纵坐标,来绘制频率密度的分布图,如图2示。

图2 频率密度分布

以时间t为横坐标,各组的累积频率作为纵坐标,利用标准正态分布函数拟合找出故障间隔周期的经验分布函数,如图3所示。

图3 故障间隔周期随经验分布函数拟合的函数

由图3可看出,设定位置参数用代号α表示,形状参数用代号β表示,则位置参数α与故障呈反比关系,而形状参数与故障呈正比关系,则针对故障间隔周期t的α与β参数的概率密度函数为:

针对故障间隔周期t的α与β参数的概率分布函数为:

故障间隔周期t作为观测点,可用来表示,对

在线性方程中,结合表1数据,经过详细计算可得:

所以线性方程为y=0.943x+38.59,可得:α

4 指标评估与分析

发动机机加工自动化线的机加设备故障间隔周期的概率密度方程为:

故障间隔周期t的α与β参数的概率分布函数为:

4.1 平均的零故障周期

零故障周期指的是平均故障周期中的上次发生故障到下一次发生故障的时间段,用Z-Fa表示,可以根据参数估计中的平均故障周期的时间分布积分求出:

4.2 平均的维修时长

用FT表示平均的维修时长,根据经验公式:

式中,N0表示故障发生的次数,T Fi表示第i次发生故障的维修周期

5 结 语

以故障发生间隔周期和维修时间作为汽车发动机加工自动线的可靠性分析指标,通过Matlab软件对故障发生间隔周期模型构建与数据处理,并得出结论:平均的零故障周期为585h,平均的维修时长1.85h,满足发动机加工自动线的工艺技术参数要求。