數控轉塔刀架可靠性研究綜述

陳南，劉晨曦

(東南大學 機械工程學院，江蘇 南京 211189)

數控轉塔刀架可靠性研究綜述

陳南，劉晨曦

(東南大學 機械工程學院，江蘇 南京 211189)

摘要：數控轉塔刀架作為數控機床關鍵的切削加載功能部件，其可靠性水平是確定數控機床可靠性的關鍵之一。闡述了當前數控轉塔刀架的技術水平和國內市場現狀。從可靠性數據統計與分析、系統可靠性、可靠性設計、可靠性試驗、可靠性增長五個方面說明了當前數控轉塔刀架可靠性研究現狀。在肯定產品可靠性水平取得明顯進展的基礎上，分析指出現階段研究工作中仍然存在的主要問題，并提出可供實施的解決思路。

關鍵詞：數控轉塔刀架；可靠性；研究進展

Review on Reliability Research of CNC turret

CHEN Nan, LIU Chenxi

(School of Mechanical Engineering, Southeast University, Nanjing 211189, China)

Abstract:CNC turret is used for holding tools and directly machining workpieces. As a kind of key functional components, its reliability closely influences the reliability of CNC machine tools. A comprehensive review on the technical level and the domestic market of CNC turret is given in this paper. Also, discussions on the status of the reliability research is presented, including the failure statistics and analysis, the system reliability, the reliability design, the reliability testing and the reliability growth. Although the reliability of CNC turret products have positive progressed, the main problems in this field are still need to be specially presented. And then, the possible implementing solutions are provided.

Keywords:CNC turret, reliability research, review

0引言

機床作為整個制造行業的母機，發展水平關乎整個國民經濟的發展，其戰略地位不言而喻。中國機床行業在“九五”、“十五”、“十一五”期間連續保持了高速發展，15年間，我國數控機床產量年均復合增長達22.10%[1]。盡管如此，當前國內中高檔數控機床的進口率仍居高不下。這種現狀產生一方面由于國內高端產品的市場空缺，另一個重要原因則是由于國內中檔機床產品的可靠性水平相對同類進口產品有較大差距。

機床可靠性研究于20世紀70年代起源于前蘇聯，在之后的40余年中，針對機床可靠性設計、故障分析及診斷、可靠性預測及可靠性增長等方向的研究也逐漸發展健全起來。

現代機床制造業，遵循現代工業制造體系的發展趨勢，在對機床的加工性能、機床可靠性及其制造和使用成本等各方面的極致追求的驅動下，已經實現了功能部件專業分工制造、機床主機廠從全球分系統采購功能部件再裝配集成的生產模式。這種模式下，作為整體機床供應商的機床主機廠實際最主要做的是，設計-采購-裝配-銷售-售后服務。部分主機廠家也制造一些機床主要結構件，如床身、工作臺、主軸箱等，這些結構件往往還是毛坯件外購，只作半精或精加工使結構件達到設計精度。由于采用這樣的模式，而機床主要結構件本身可靠性相對較高，機床各功能部件的可靠性就成為確定整體機床可靠性的關鍵因素。

國內多年的實踐經驗和統計數據都表明，數控機床功能部件的發展滯后，特別是子系統可靠性不足已成為制約國內高水平數控機床發展的瓶頸[2]。因此，對機床的組成單元，包括數控系統、刀庫、 數控刀架和轉臺、主軸、 滾珠絲杠副和滾動導軌副等的可靠性研究成為了提高整機可靠性的各個突破口。其中，針對數控系統、主軸、滾動功能部件的可靠性研究開始較早，也積累了較多的理論成果和實踐經驗[3-6]。但是對于數控刀架，一段時間內曾被定性為機床附件，其對整機可靠性的影響一度未被重視。

隨著數控機床、數控系統及數控轉塔刀架本身技術的發展，數控機床與數控刀架的結合導致機床功能有跨越式的提高，如數控車床結合數控動力刀架就形成車銑復合加工中心，可實現多種復雜形狀零件切削的工序集中。如裝備帶y軸或b軸的動力刀架，就實際增加了加工中心機床切削運動的可控自由度，這些都大大提高了裝備這類刀架的數控機床的加工效率、精度及復雜曲面成型切削的能力，從而使這類機床成為現代制造系統的柔性生產線的關鍵節點裝備。很明顯，數控刀架理應被提升到機床重要功能部件的行列[7]。從機床切削過程看，作為直接夾持刀具或是傳遞刀具切削轉動(對動力刀架)的系統組件，它要直接地承受動態切削載荷，其動態性能顯然是機床整體動態性能的重要部分；它的定位精度和重復定位精度，肯定直接影響加工零件的精度和一致性；而它的可靠性，當然直接影響整體機床的可靠性水平。

2011年底，中國機床工具工業協會再次提出“十二五”期間我國機床行業的3項重點任務[8]，為順應當今世界數控機床高速、高效、高精、柔性和復合加工的發展趨勢，特別指出 “加速提升中高檔數控系統和功能部件配套能力，是行業‘十二五’期間面臨的金牌任務”。現結合國家 “高檔數控機床與基礎制造裝備”科技重大專項“SLT系列伺服轉塔/動力刀架產業化關鍵技術開發與應用”等項目的研究成果，對數控刀架這一功能部件的可靠性研究現狀進行論述，并討論下一階段發展的新方向。

1刀架概述

1.1刀架類型及國內市場現狀

根據主機配套場合的不同，通常將數控刀架在行業上的應用檔次分為低、中、高3類。低檔數控刀架一般為電動刀架，圖1(a)所示。采用力矩電機作為轉位動力源，功能較為單一，換刀速度較慢，但結構簡單且承載能力強。多配備于經濟型數控車床、簡易數控車床。中檔數控刀架主要包括雙選電動刀架、液壓刀架以及伺服刀架。液壓刀架是指產品的轉位動力源為液壓馬達或液壓缸驅動齒輪齒條，如圖1(b)所示。伺服刀架則采用伺服電機作為刀架的轉位動力源。和低檔數控刀架相比，中檔數控刀架的轉位速度和重復定位精度均大大提高，被廣泛配備于普及型數控車床或全功能數控車床。高檔數控刀架較中檔刀架而言，一方面具有更為優良的性能水平，另一方面還大大擴展了產品的功能，從而進一步提高加工精度并減少非加工時間。主要包括動力刀架、帶y軸刀架、皇冠刀架、b軸刀架等等，如圖1(c)、圖1(d)所示。配備此類刀架產品的車銑復合加工中心能大大縮短加工件的制造工藝流程，提高生產效率。

圖1　典型數控刀架產品

目前，國內數控轉塔刀架的主要規模企業包括：常州新墅數控設備有限公司、煙臺環球機床附件集團有限公司、常州宏達機床數控設備有限公司、沈陽機床股份有限公司數控刀架分公司。這幾家企業共同占據著國內低檔產品的幾乎全部市場。由于臺灣地區的液壓刀架(主要來自六鑫股份有限公司)穩定性、可靠性及客戶認可度相比內地同類產品有一定優勢，而價格又遠遠低于歐洲產品，因此占據了內地近半的中檔產品市場。高檔數控刀架方面，內地企業產品目前僅限于雙驅動動力刀架，主要包括煙臺環球的AK33 系列、常州新墅的 HLT125/160D-Y型，以及常州宏達的 HAK33 系列。其中，常州新墅的HLT125/160Y軸動力刀架代表了目前這一檔次國產數控刀架產品的最高性能水平。這款y軸全功能數控動力刀架在國家科技重大專項(2009ZX04011-053)的基金支持下，與東南大學的研究團隊合作研發完成，實現動力刀具轉速穩定達到8000r/min，y軸行程±50mm，分度精度±4″,重復定位精度±2″；產品在配套車削中心上運行良好。盡管國內自主研發的動力刀架產品達到了國際同類型產品的性能水平，但由于品種單一，功能尚不完善，且客戶認可度有待提升，因此這一檔次的市場幾乎全數由歐洲產品占據，主要來源于包括SAUTER(德國)、DUPLOMATIC(意大利)以及BARUFFALDI(意大利)。隨著高檔數控機床向高速、高精、高效及國產化方向的發展成為趨勢，內地刀架企業必須進一步穩定中檔產品的可靠性水平，同時大力研發高檔產品，以應對境外產品的市場沖擊。

1.2刀架基本性能要求

數控刀架的基本功能是裝夾刀具自動換刀，并直接參與切削加工。在整個壽命期間，均必須保持較高的剛性、分度精度和重復定位精度。作為功能部件，為了實現不同機床結構下的配套互換性要求，國家質檢總局2007年發布了兩項國家標準[9-10]，分別制定了數控臥式、立式轉塔刀架的型式、連接尺寸、基本性能要求以及性能試驗規范。標準特別對幾何精度、重復定位精度，以及一定扭矩靜態加載下的彈性變形量進行了規定；還規定了出廠前空載、偏載條件下刀架運轉性能試驗的最低轉位次數。

2數控刀架可靠性研究現狀

產品的可靠性水平依賴于面向全生命周期各個環節的可靠性技術體系，主要包括：可靠性數據統計與分析、系統可靠性、可靠性設計、可靠性試驗、可靠性增長等[11]。

2.1可靠性數據統計與分析

真實豐富的數據信息是開展可靠性研究的基礎，有效的分析方法是執行可靠性決策的依據。可靠性數據的采集統計貫穿于產品全生命周期的各個階段，最終目標是建立起健全的可靠性數據庫。可靠性的定義是，產品在規定時間規定條件下完成規定功能的能力，而喪失規定功能或性能指標超過規定界限的狀態和事件則被定義為故障[12]。針對不同類型的刀架，多篇文獻對其存在的常見故障現象進行了歸納，并總結了相應的維修處理方法[13-15]。德國研究人員[16-17]對現場使用反饋的故障信息進行可靠性分析，建立了機床故障診斷與預測系統，用于在數控機床的設計、制造及裝配過程中建立起可靠性保障體系。意大利研究人員[18]對壽命數據進行分析，通過建立可維修部分的故障分布，給出了整個機床的可靠性及維修性(reliability & maintenance，R&M)方法。吉林大學機械工業數控裝備技術重點實驗室是國內最早從事數控機床行業故障信息統計與分析的高校研究機構。30多年來，以積累的大量現場數據為基礎，研究了不同數據條件下的可靠性建模方法，JIA等[19]對24臺數控轉塔刀架為期1年的故障間隔時間進行指數分布擬合，所建立模型滿足卡方檢驗。張英芝等[20]對17臺數控刀架為期1年的隨機截尾故障數據進行分析，建立了故障間隔時間的最優分布。張立敏等[21]結合現場試驗數據，基于Bayes理論建立起小樣本數控刀架的威布爾分布模型，采用粒子群優化算法得到了更為準確的參數估計值。東南大學研究團隊通過對某類118臺液壓刀架為期3年的現場故障維修記錄(來自于主機廠跟蹤記錄)進行統計，得到產品液壓刀架產品首次故障時間服從威布爾分布，基于指數分布建立的各子系統首次故障時間模型滿足(kolmogorov-smirnov，K-S) 檢驗；同時，提出數控刀架生產企業要嚴格管控外協外購件的質量，以改善采購件故障占全部故障60%以上的現狀；企業還需進一步做好產品使用的培訓工作，以降低因用戶誤操作造成的故障幾率。

2.2系統可靠性

產品都可視為能完成預定功能的單元集合體，若干獨立單元共同支撐著系統，又對系統具有不盡相同的影響程度。系統可靠性研究則致力于定性定量不同單元影響的差異，討論如何分配各個單元的可靠度，使得系統可靠性最優，制定合理的維修策略。故障模式、影響及危害性分析(failure mode effects and criticality analysis，FMECA)[22]是一種歸納分析方法，面向系統各組成單元，分析單個故障模式對系統的影響。申桂香等[23]對21 臺數控車床刀架系統的故障數據進行了FMECA研究，找出了該型刀架系統的薄弱環節。張英芝等[24]提出了一種改進的FMECA 分析方法，以重要度判斷嚴酷度，采用專家模糊推理的方法綜合評估危險水平。Watson[25]于1961 年最先提出基于故障樹的分析方法(fault tree analysis，FTA)，通過邏輯因果關系圖分析多種故障因素的組合對整個系統的影響[26]。陳南等[27]根據故障模式存在的狀態個數不同，提出了一種多態故障樹的建造方法，通過多態表決門表征不同狀態事件間的邏輯關系；將該方法應用在伺服刀架可靠性分析中，能有效分析實際工況下的故障現象，以判別系統薄弱單元。為了直接定量不同單元對系統的影響程度，Birnbaum[28]首次提出概率重要度指標，將其定義為單元故障時系統發生故障的概率與組件正常時系統故障概率之差；之后，Fussell and Vesely[29]提出概率重要度指標，用以描述組件故障引起系統發生故障的概率。于捷等[30]基于二維決策圖(binary decision diagram，BDD) 技術對數控轉塔刀架重要度進行分析，為系統設計改進提供依據。

2.3可靠性設計

可靠性設計思想起源于20世紀40年代，以應力-強度干涉模型來分析結構安全度的研究奠定了結構可靠性理論[31]的基礎。在學術界和工程界的普遍關注和重視下，出現了各種可靠性設計的理論與方法[32-35]，主要包括：矩方法、響應面法、最大熵法、Monte Carlo模擬法、隨機有限元法等等。東北大學張義民團隊秉承“設計決定了產品可靠性水平”的思想[36]，提出了非線性隨機結構系統的可靠性靈敏度計算方法[37-38]以及機械動態與漸變可靠性理論[39]。黃賢振等[40[41]。這項準則盡管仍在積累完善的過程中，但對于數控刀架這一功能部件的可靠性設計也能起到一定的指導作用。

2.4可靠性試驗

可靠性試驗是保障產品可靠性水平的基礎工作內容，根據試驗地點不同，分為實驗室試驗和現場試驗。功能部件的可靠性試驗屬于前者，試驗內容都是在實驗室臺架上進行的。機床功能部件可靠性評定標準第1部分：總則(GB/T 23568．1—2009)[42]中規定了故障可靠性試驗樣品要求、試驗內容、故障監測和記錄要求、可靠性評定指標等各項內容，其中對數控刀架的可靠性試驗內容為：按設計規定在每個工位安裝刀具和偏重承載下，每一工位都應在逐位轉換、越位轉換下進行刀架松開、轉位和鎖緊的連續運轉試驗，以次數計。標準中所提出的是對數控刀架可靠性試驗的最低要求，試驗內容和測試項目均非常有限，不足以滿足穩定中檔產品，研發高檔產品的目標。哈爾濱理工大學開發了數控刀架綜合檢測儀[43-44]，基于單片機系統實現刀架正、反轉實時控制，刀架到位信號的檢測，以及重復定位誤差、轉位誤差測量。大連理工大學基于LabVIEW搭建了動力刀架綜合性能測試系統[45-46]，能實現在運轉情況下，動力刀架的定位精度、振動、溫升、噪聲等多項性能指標的動態監測。吉林大學研制了數控刀架可靠性試驗臺[47-49]，采用電液伺服加載系統可以實現多角度變換加載，并提出了可靠性試驗方案及評價指標。針對數控轉塔刀架直接承受切削加載這一基本工作狀態，東南大學陳南團隊認為，只有在實際加工切削過程中，才能真正反映出刀架的綜合性能及動態可靠性水平，因此有必要將實際切削納入到可靠性試驗中來。而對任何機器來說，其工作載荷強度肯定是決定它工作動態表現及可靠性的最關鍵因素之一。而以往分析中，對切削載荷(切削力)一般只取為較簡單的估算模型。如果能獲取實時地全歷程的切削載荷信息，并相關于刀架乃至機床的整體動力學表現過程，將對最終優化改進機床的動力學和可靠性水平起到關鍵性的推動作用。為此，團隊搭建了配備有高精度六分量切削力測試系統的可靠性切削試驗平臺，能實時獲取刀具切削力的全部六分量動態載荷情況；并設計了結合有不同切削強度、不同切削工藝乃至不同材料的被切削工件族來形成系列典型實際切削工況。可以結合其他各種動態性能測試儀器，真正達到通過實際切削試驗來反映刀架、機床的動態性能水平及其退化機理，暴露功能部件產品缺陷、檢驗單元和系統可靠性水平的目的。

2.5可靠性增長

產品的可靠性增長是一個反復設計-分析-試驗-改進-再試驗的過程。在產品研發與使用的各個階段中，通過不斷暴露設計、制造和使用缺陷，多次改進薄弱環節，使得產品的可靠性及綜合性能不斷趨于完善。在整個執行的過程中又以前面章節中介紹的可靠性數據統計與分析、系統可靠性、可靠性設計、可靠性試驗各項技術為支撐。另一方面，可靠性增長模型的提出，為可靠性增長措施的效用預測提供了理論依據。1962年，美國工程師J. T. Duane[50]基于2種液壓裝置及3種飛機發動機的試驗數據，提出Duane模型，以描述累計失效率與累計運行時間的關系。這一模型對大量可修電子設備數據的普遍適用性引起了研究人員的廣泛重視，并隨之產生了多種可靠性模型[51-54]來適應不同母體的試驗數據，主要包括Gompertz模型、AMSAA模型、EDRIC模型、指數增長模型等等。裴詠紅[55]選擇AMSAA-BISE模型對受試機床在實際使用過程中的可靠性增長情況進行跟蹤和評估，預測出下一次故障發生的時間區間；并在此基礎上，提出了在不同壽命階段實施的可靠性增長措施。

3存在的問題及解決的思路

無論研究發生在產品全生命周期的哪個階段，針對的是哪項理論缺陷或技術問題，目的都只是為了提高數控轉塔刀架產品的可靠性水平。在這一明確目標下，應該清楚地認識到當前國內數控刀架與國外優良產品之間的差距，并從以下幾個方面進行重點研究。

3.1借助主機企業來積累可靠性數據

與主機廠不同，功能部件企業的客戶并不是直接用戶，因此數控刀架生產企業目前獲取的可靠性數據極不完整，一般只包括直接反饋到刀架企業的故障報備及維修記錄，同時對于故障時間的統計也不準確。另一方面，產品工作載荷的積累對刀架企業而言很難實現。因此，當前國內數控刀架可靠性數據的嚴重不足，導致產品系統可靠性分析、以及可靠性設計缺乏充分的依據。而機床企業近年來普遍建立了較為系統完備的故障統計體系[41]，載荷數據的積累機制也正在不斷完善中。因此，數控刀架企業可以依托主機廠，來完善功能部件產品的可靠性數據。

3.2完善可靠性試驗方法

由于針對不同類型數控刀架的故障機理研究不足，可靠性數據積累有限，因此尚不能制定合理的載荷剖面，試驗的結果不一定能真實充分地反映產品實際工況下的可靠性水平。目前國內企業或研究機構所設計的可靠性試驗主要針對刀架不能正常換刀這一故障模式，但是對于刀架參與切削加工下的剛度及精度保持性尚未提出合理的試驗方法。東南大學陳南團隊在搭建基本性能試驗臺的基礎上，建立起刀架可靠性優化動態綜合性能測試分析研究平臺，如圖2所示。通過對典型試件的實際切削試驗暴露出刀架產品的薄弱環節，研究性能退化規律。研究平臺以CKp156平床身車削中心為基體，將測試刀架安裝固定在導軌上。根據受試刀架的規格及相應承載能力，設計加工試件。試件的加工內容包括車外圓、車端面、鏜削、車螺紋和切槽等多種工況。通過配備奇石樂六分量切削力測量系統、M+P動態測試儀、三向加速度傳感器，研究平臺可以實時監測刀架實際加工時的切削力、刀盤振動。采用聲級計定時測試轉位噪聲，通過自行設計的千分表夾持裝置定時測試刀架的重復定位精度。另一方面，在定時截尾的試件加工過程中，記錄出現的故障數據，通過試驗，查找出刀架的故障原因和失效機理，修正實時動力學分析模型，使產品性能和可靠性綜合增長。在這一研究平臺上，通過長期對不同規格類型刀架的試驗，最終對系列刀架提出合理的任務剖面，并制定相應的試驗規范。

圖2　刀架可靠性優化動態綜合性能測試分析研究平臺

3.3系統可靠性模型精細化

E. Zio[56]指出可靠性工程中的三大基本問題為：系統表征和建模；系統模型的量化；系統行為不確定性的表征、傳播以及定量分析。在復雜系統，例如多狀態系統中，以上問題均面臨著新的挑戰。數控刀架是機電液復雜系統，存在多種故障模式。對于刀架無法準確換刀，可以視為傳統兩狀態事件“非正常即失效”；但對于參與切削加工時的刀架剛度及重復定位精度變異過程僅僅用兩狀態事件來表征就過于粗糙了。劉晨曦等[57]首次定義了具有多狀態事件的動態門運算規則，在搭建的模塊化多狀態動態故障樹的基礎上，利用Monte Carlo仿真進行系統可靠性評估。另一方面，盡管數控刀架是一種典型的可修復產品，研究人員對其維修性和可用性，即綜合考慮可靠性和維修性的指標，還未足夠重視，目前文獻還未見針對刀架系統的相關研究成果。因此，需要對產品的可靠性動態變化過程進行精細化建模，綜合考慮時耗、費用等因素制定合理的維修策略。

3.4可靠性穩健設計概念的引入

高剛度和高精度是數控轉塔刀架產品的核心工作要素，而產品的可靠性就體現在，全生命周期中即使存在的大量不確定性因素仍不會顯著影響產品的工作能力。為了達到這一目的，有必要將可靠性穩健設計概念引入到數控轉塔刀架的優化設計中來。 特別針對關鍵零部件，如端齒盤、齒輪系等，需要建立更為精細的優化模型，在采用靈敏度分析確定可靠性隨設計參數改變影響的基礎上，通過調整結構參數設計變量及控制其容差，使得在可控和不可控因素下仍能保證產品可靠性水平，并降低生產成本。

4結語

數控轉塔刀架可靠性技術研究在數控機床行業可靠性研究的帶動下已取得了明顯進展。特別是在可靠性數據統計與分析、系統可靠性評估和可靠性試驗方面積累了一定的經驗，為產品的改進升級提供了技術支持。但是現階段存在的可靠性數據積累薄弱、性能退化機理不明確、可靠性試驗方法尚待規范、維修性和可用性不夠重視等諸多問題，約束了數控刀架產品可靠性水平的提升。從本行業迫切需求的角度考慮：1) 要充分借鑒數控機床和其他功能部件的研究成果，將共性問題的理論支撐和技術方案有效轉換到數控刀架的應用上來；2) 要加強與主機企業的合作，有效獲取產品的故障數據、載荷數據，盡快改變刀架可靠性數據嚴重不足的現狀；3) 在保證數控刀架基本功能穩定可靠的前提下，必須深入研究產品的性能退化機理，以適應數控機床朝著高速、高精、高效方向發展；4) 積極將可靠性穩健優化引入到數控刀架的設計中來，才能真正做到滿足產品全生命周期的可靠性要求。

參考文獻:

[1] “十一五”到“十二五”我國數控機床發展市場需求[J]. 現代制造技術與裝備,2011,(03):2-3.

[2] 毛麗青,孫淼森. 我國數控機床功能部件發展初探[J]. 機械工程師,2006,(07):20-21.

[3] 張二虎. 數控系統可靠性增長及評價方法研究[D]. 長春：吉林大學,2011.

[4] 石田俊雄,韓軍,馮虎田,等. 滾動直線導軌副可靠性增長試驗研究[J]. 組合機床與自動化加工技術,2015,(01):63-66，83.

[5 ]張云,陶衛軍,馮虎田. 滾動功能部件精度保持性現狀及其研究思路[J]. 制造技術與機床,2014,(11):136-138.

[6] 劉瀚文. 加工中心主軸可靠性試驗研究[D]. 長春：吉林大學, 2011.

[7] 張義民,閆明. 數控刀架的典型結構及可靠性設計[M]. 北京：科學出版社, 2014.

[8] 盛伯浩,唐華. 數控機床功能部件的特點及發展[J]. 現代制造,2005,(04):40-41.

[9] GB/T 20960-2007, 數控臥式轉塔刀架[S] .

[10] GB/T 20959-2007, 數控立式轉塔刀架[S].

[11] 張義民. 數控機床可靠性技術評述(上)[J]. 世界制造技術與裝備市場,2012,(05):49-57.

[12] GB/T 23568.1-2009,機床功能部件可靠性評定 第1部分：總則[S].

[13] 單淑梅,張爽,李庭有. DUPLOMATIC數控回轉刀架故障分析及解決方法[J]. 制造技術與機床,2011,(08):177-179.

[14] 何憲國. AK31系列全功能數控轉塔刀架工作原理及故障分析[J]. 機械管理開發,2012,(02):55-56.

[15] 閆恩剛. 數控車床轉塔刀架原理分析與故障診斷[J]. 機床電器,2012,(03):56-58.

[16] Fleischer J. and Schopp M.. Sustainable machine tool reliability based on condition diagnosis and prognosis[C]. 14th CIRP Conference on Life Cycle Engineering. 11-13 JUN, 2007, Tokyo, JAPAN.

[17] Lanze G., et al. Increased trustability of reliability prognoses for machine tools[C]. 18th CIRP International Conference on Life Cycle Engineering. 2-4 May, 2011. Braunschweig, Germany.

[18]Mazzola M. and Merlo A.. Analysis of machine tool failures using advanced reliability models for complex repairable systems[J]．ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition, Proceedings, 2009, 16: 163-171.

[19] Jia Y.Z., Wang M.L., Jia Z.X.. Probability distribution of machining center failures[J]. Reliability Engineering and System Safety, 1995, 50:121-125.

[20] 張英芝,申桂香,薛玉霞,等. 隨機截尾數控車床刀架系統故障過程[J]. 吉林大學學報(工學版),2008,(S2):113-116.

[21] 張立敏,申桂香,張英芝,等. 小樣本數控刀架的可靠性模型[J]. 吉林大學學報(工學版),2012,(S1):96-99.

[22] Bowles, J.B. and Pelaez, C.E., Fuzzy logic prioritization of failures in a system failure mode, effects and criticality analysis. Reliability Engineering & System Safety, 1995, 50: 203-213.

[23] 申桂香，李懷洋，張英芝，等． 數控車床刀架系統故障分析[J]． 機床與液壓，2011，39(19) : 126-129.

[24] 張英芝，鄭珊，申桂香． 采用重要度和模糊推理的數控刀架危害性分析[J]． 吉林大學學報: 工學版，2012，42(5) : 157-162.

[25] Watson H.A.． Launch control safety study [R]． Murray Hill，USA: Bell Telephone Laboratories，1961.

[26]Rahman F.A.，Varuttamaseni A.，Kintner-Meyer M.，et al． Application of fault tree analysis for customer reliability assessment of a distribution power system [J]．Reliability Engineering and System Safety，2013，111:76-85.

[27] 劉晨曦，陳南，楊佳寧． 基于多態故障樹的伺服刀架可靠性分析[J]. 東南大學學報(自然科學版)，2014，44(3) : 538-543.

[28] Birnbaum L. W.. On the importance of different components in a multi-component system[M]. Multivariate analysis 2, New York: Academic Press; 1969.

[29] Fussell J. B.. How to calculate system reliability and safety characteristics[J]. IEEE Trans Reliab 1975;R-24(3):169-74.

[30] 于捷,石耀霖,申桂香,等. 基于二元決策圖的數控機床轉塔刀架系統重要度分析[J]. 制造技術與機床,2009,(03):132-136.

[31] Freuenthal A. M. The safety of structures[J]. ASCE Trans., 1947，(112):125-129.

[32] Zhao Y. G. Moment method for structuralreliability[J]. Struct. Saf., 2001, 23(6)：47-75.

[33] Rajashekhar M. R., Ellingwood B. R.. A new look at the response surface approach for reliability analysis[J]. Struct. Saf., 1993, 12(3)：205-220.

[34] Rocco C. M., Moreno J. A.. Fast Monte Carlo reliability evaluation using support vector machine[J].Reliability Engineering & System Safety, 2002, 76(3)：237-243.

[35] Haldar A, Mahadevan S. Reliability assessment using stochastic finite element analysis[M]. New York：John Wiley & Sons, Inc., 2000.

[36] 張義民. 機械可靠性設計的內涵與遞進[J]. 機械工程學報,2010,(14):167-188.

[37] 張義民,劉巧伶,聞邦椿. 非線性隨機系統的獨立失效模式可靠性靈敏度[J]. 力學學報,2003,(01):117-120.

[38] Zhang Y. M., Liu Q. L., Wen B. C..Reliability sensitivity of multi-degree-of-freedom uncertain nonlinear systems with independent failure modes[J]. Journal of Mechanical Science and Technology . 2007 (6).

[39] 張義民. 機械動態與漸變可靠性理論與技術評述[J]. 機械工程學報,2013,(20):101-114.

[40] 黃賢振,吳茂昌,張義民,等. 數控刀架轉位系統可靠性穩健設計方法研究[J]. 兵工學報,2013,(09):1132-1136.

[41] 楊兆軍,陳傳海,陳菲,等. 數控機床可靠性技術的研究進展[J]. 機械工程學報,2013,(20):130-139.

[42] GB/T 23568.1-2009,機床功能部件可靠性評定第1部分：總則[S].

[43] 趙殿濱,丁喜波,楊玉春,等. 數控刀架綜合檢測儀的研制[J]. 哈爾濱理工大學學報,1999,(04):51-53.

[44] 王麗杰,孫慧,丁喜波,等. 多工位數控刀架誤差測量系統的研究[J]. 傳感器世界,2007,(08):11-13.

[45] 盧曉紅,賈振元,呂元哲,等. 基于LabVIEW的動力刀架綜合性能測試系統的研發[J]. 組合機床與自動化加工技術,2010,(09):39-43，47.

[46] 王福吉,張博特,盧曉紅,等. 動力刀架綜合性能檢測系統研究[J]. 裝備制造技術,2012,(10):1-3.

[47] 宗立華. 數控刀架的可靠性試驗方法研究[D]. 長春：吉林大學,2011.

[48] 樓俏. 數控車床動力轉塔刀架可靠性試驗臺的研制[D]. 長春：吉林大學,2012.

[49] 何佳龍. 數控車床動力伺服刀架可靠性系統研制及試驗研究[D].長春：吉林大學,2014.

[50] Duane, J. T., Learning curve approch to reliability monitoring. Ieee Transactions on Aerospace, 1964. AS 2(2): 563.

[51] Virene, E.P. Reliability growth and its upper limit[C]. Proceedings of the 1968 Annual Symposium on Reliability, 1968,(1):16-18.

[52] Crow L.H., Confidence intervals for the Crow (AMSAA) reliability growth model based on grouped data[C]. 43rd Annual Technical Meeting on Integrated Product Development. May 4-8 1997. Los Angeles, U.S.A.

[53] IEC.TC-56, Secretariat 164, Reliability Improvement and growth in equipment and component parts[S].

[54] Gross A.J. and Kamins M.. Reliability assessment in the presence of Reliability growth[J]. Symposium on Reliability, 1969:406-416.

[55] 裴詠紅. 數控機床可靠性增長實用技術[D]. 長春：吉林大學,2004.

[56] Zio, E., Reliability engineering: Old problems and new challenges[J]. Reliability Engineering & System Safety, 2009,94(2): 125-141.

[57] Liu C.X., Chen N., Yang J.N.. A linear algebra approach for multi-state dynamic fault tree analysis[C]. 8th International Conference on Modelling in Industrial Maintenance and Reliability, 10 - 12 July 2014, Oxford.UK.

收稿日期：2014-04-24

中圖分類號：TG659

文獻標志碼：A

文章編號：1671-5276(2015)04-0001-06

作者簡介：陳南(1953-)，男，四川重慶人，教授，博士，博士研究生導師，東南大學校學術委員會委員，車輛工程學科重點學術帶頭人。主要研究方向為機械結構和機構動態分析及優化、振動和噪聲被動及主動控制及智能結構。近年來獲省、部級科技進步二等獎5項，省級科技進步三等獎1項及市級科技進步三等獎2項，另外還獲得中國機械工業科技進步獎、中國汽車工業科技進步獎等獎項。在國內外專業雜志發表論文300余篇，其中SCI收錄論文40多篇，EI收錄論文60多篇。主編或主審國家級規劃教材3部。獲專利10余項。近年來完成或承擔國家科技重大專項3項，國家自然科學基金Ford重點基金項目及面上項目7項，國家863高技術計劃項目及江蘇省重大工業攻關，江蘇省成果轉化以及江蘇省國際合作重點項目等30余項。

基金項目：國家“高檔數控機床與基礎制造裝備”科技重大專項資助項目(2012ZX04002-032，2013ZX04012-032)；中央高校基本科研業務費專項資金資助項目(CXLX13079)