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立体物料仓库单元的机械系统FMEA分析

卞仁鹏 贾志新 毕温海 李威

卞仁鹏, 贾志新, 毕温海, 等 . 立体物料仓库单元的机械系统FMEA分析[J]. 北京航空航天大学学报, 2022, 48(1): 156-165. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0527
引用本文: 卞仁鹏, 贾志新, 毕温海, 等 . 立体物料仓库单元的机械系统FMEA分析[J]. 北京航空航天大学学报, 2022, 48(1): 156-165. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0527
BIAN Renpeng, JIA Zhixin, BI Wenhai, et al. FMEA analysis of mechanical system of three-dimensional material warehouse unit[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2022, 48(1): 156-165. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0527(in Chinese)
Citation: BIAN Renpeng, JIA Zhixin, BI Wenhai, et al. FMEA analysis of mechanical system of three-dimensional material warehouse unit[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2022, 48(1): 156-165. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0527(in Chinese)

立体物料仓库单元的机械系统FMEA分析

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0527
基金项目: 

国家自然科学基金 51775036

详细信息
    通讯作者:

    贾志新, E-mail: 13693618482@163.com

  • 中图分类号: TH17

FMEA analysis of mechanical system of three-dimensional material warehouse unit

Funds: 

National Natural Science Foundation of China 51775036

More Information
  • 摘要:

    立体物料仓库单元是钣金自动化智能生产线中重要的板料储存中心,其可靠性问题直接关系到钣金自动化智能生产线的可靠性,因此,对钣金自动化智能生产线的立体物料仓库单元机械系统进行故障模式及影响分析(FMEA)十分重要。针对传统FMEA中缺少功能和故障因果关系分析的问题,提出使用维护感知设计环境(MADe)软件对立体物料仓库单元的机械系统进行功能分析和故障数据分析,并建立立体物料仓库单元的功能模型图和机械系统的故障因果关系图。在此基础上,根据立体物料仓库单元功能模型图构建机械系统的模糊认知图(FCM)邻接矩阵,再通过计算得出立体物料仓库单元机械系统的FMEA表。对立体物料仓库单元机械系统进行基于MADe软件的FMEA分析显示,所提方法对提高钣金自动化智能生产线可靠性具有通用性。

     

  • 图 1  FCM的结构示意图[17]

    Figure 1.  Schematic diagram of structure of FCM[17]

    图 2  立体物料仓库单元结构示意图

    Figure 2.  Schematic diagram of unit structure of a three-dimensional material warehouse

    图 3  立体物料仓库单元机械系统约定层次

    Figure 3.  Agreed level of mechanical system of three-dimensional material warehouse unit

    图 4  立体物料仓库单元总功能模型[20]

    Figure 4.  Overall function model of three-dimensional material warehouse unit[20]

    图 5  电机的功能模型

    Figure 5.  Functional model of motor

    图 6  料车的功能模型

    Figure 6.  Functional model of material truck

    图 7  立体物料仓库单元的功能结构模型

    Figure 7.  Functional structure model of a three-dimensional material warehouse unit

    图 8  故障因果关系

    Figure 8.  Failure causality diagram

    图 9  FCM结构

    Figure 9.  FCM structure diagram

    表  1  机械系统各组件的功能、流、属性

    Table  1.   Function, flow and attribute of each component of mechanical system

    组件 功能 输入流形式 输入流属性 极性关系 输出流形式 输出流属性
    电机 转换 能量流-电能能量流-机械能 电压转矩 +- 能量流-机械能 转速
    抱闸 停止 能量流-电能 电流 + 能量流-机械能 转矩
    减速机 分配 能量流-机械能 转速 + 能量流-机械能 转矩
    轴承组 支撑 能量流-机械能 转矩 + 能量流-机械能 转矩
    传动轴 传递 能量流-机械能 转矩 + 能量流-机械能 转矩
    联轴器 结合 能量流-机械能 转矩 + 能量流-机械能 转矩
    链传动组 传递 能量流-机械能 转矩 + 能量流-机械能 转矩
    滚轮组 转化 能量流-机械能 转矩 + 能量流-机械能 速度
    料车锁 停止 能量流-气动能量流-电能 压力电流 ++ 物质流-固体 位置
    料车 运载 能量流-机械能物质流-固体物质流-固体 转矩位置位置 -++ 物质流-固体 位置
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    表  2  立体物料仓库单元故障数据统计

    Table  2.   Statistics of failure data of three-dimensional material warehouse units

    编号 组件 零件 故障模式 故障原因
    1 料车 车架 形状改变-弯曲 (维护)维护进程-错误运行
    2 料车锁 锁销 机械联系-卡死 (设计)几何结构-阻止进入
    3 料车锁 锁销 故障 原因不明
    4 料车锁 锁销 故障 原因不明
    5 料车锁 锁销 机械联系-卡死 (设计)几何结构-位置偏离
    6 进出链传动组 卡扣 机械联系-干涉 (维护)维护进程-错误运行
    7 滚轮组 轮轴 形状改变-弯曲 (运行)机械加载-高机械负载
    8 进出链传动组 卡扣 机械联系-干涉 (装配)几何结构-位置偏离
    9 抱闸 线路 电联系-开路 原因不明
    10 升降链传动组 链条 机械联系-松动 (设计)几何结构-松配合(装配)几何结构-松配合
    11 进出链传动组 链条 形状改变-断裂 (设计)机械特性-强度不足
    12 轴承组 定位销 机械联系-松动 (装配)几何结构-松配合
    13 料车锁 气阀 电联系-开路 原因不明
    14 料车 定位杆 机械联系-错误位置 (装配、制造)几何结构-位置偏离
    15 滚轮组 限位轮 机械联系-分离 (装配)几何结构-位置偏离
    16 料车锁 锁销 机械联系-卡死 原因不明
    17 锁车锁 锁销 机械联系-卡死 原因不明
    18 进出链传动组 卡扣 机械联系-不对准 (装配)几何结构-位置偏离
    19 进出链传动组 卡扣 机械联系-分离 (设计)几何结构-松配合
    20 料车锁 感应块 电联系-特性不匹配 (设计)材料质量-错误材料
    21 料车锁 卡槽 机械联系-卡死 原因不明
    22 升降链传动组 卡扣 机械联系-松动 (设计)几何结构-位置偏离
    23 滚轮组 滚轮 机械联系-松动 (设计)几何结构-松配合
    24 料车 定位杆 机械联系-错误位置 (设计)几何结构-位置偏离
    25 料车 轮轴 形状改变-弯曲 (运行)机械加载-高机械负载
    26 进出链传动组 链条 机械联系-卡死 (运行)污染-固体颗粒污染
    27 升降链传动组 链条 机械联系-松动 (装配)几何结构-松配合
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    表  3  进出链传动组故障数据汇总

    Table  3.   Summary of failure data of in and out chain drive group

    组件 零件 故障模式 故障原因
    进出链传动组 链条 形状改变-断裂 (设计)机械特性-强度不足
    机械联系-卡死 (运行)污染-固体颗粒污染
    卡扣 机械联系-不对准 (装配)几何结构-位置偏离
    机械联系-分离 (设计)几何结构-松配合
    机械联系-干涉 (维护)维护进程-错误运行(装配)几何结构-位置偏离
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    表  4  邻接矩阵E

    Table  4.   Adjacency matrix E

    C C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8
    C1 0 0 1 0 0 0 0 0
    C2 0 0 -1 0 0 0 0 0
    C3 0 0 0 1 0 0 0 0
    C4 0 0 0 0 1 0 0 0
    C5 0 0 0 0 0 1 0 0
    C6 0 0 0 0 0 0 1 0
    C7 0 0 0 0 0 0 0 1
    C8 0 0 0 0 0 0 0 0
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    表  5  立体物料仓库单元机械系统FMEA结果

    Table  5.   FMEA result of mechanical system of three-dimensional material warehouse unit

    故障组件 零件 故障模式 故障原因 故障影响
    局部影响 高一层次影响 最终影响
    链传动组 升降链条 机械联系-松动 几何结构-松配合 链传动组转矩减小 滚轮组输出力减小 料库输出位置偏离
    进出链条 形状改变-断裂 机械特性-强度不足 链传动组转矩减小 料车输出位置偏差 料库输出位置偏离
    机械联系-卡死 污染-固体颗粒污染 链传动组转矩减小 料车输出位置偏差 料库输出位置偏离
    链条卡扣 机械联系-不对准 几何结构-位置偏离 链传动组转矩减小 料车输出位置偏差 料库输出位置偏离
    机械联系-分离 几何结构-松配合 链传动组转矩减小 料车输出位置偏差 料库输出位置偏离
    机械联系-干涉 维护进程-错误运行几何结构-位置偏离 链传动组转矩减小 料车输出位置偏差 料库输出位置偏离
    滚轮组 轮轴 形状改变-弯曲 机械加载-高机械负载 滚轮组输出位置偏差 料车输出位置偏差 料库输出位置偏离
    限位轮 机械联系-分离 几何结构-位置偏离 滚轮组输出位置偏差 料车输出位置偏差 料库输出位置偏离
    滚轮 机械联系-松动 几何结构-松配合 滚轮组输出位置偏差 料车输出位置偏差 料库输出位置偏离
    轴承组 定位销 机械联系-松动 几何结构-松配合 轴承输出转矩减小 传动轴输出转矩减小 料库输出位置偏离
    料车 车架 形状改变-弯曲 维护进程-错误运行 料车输出位置偏差 料库输出位置偏离
    轮轴 形状改变-弯曲 机械加载-高机械负载 料车输出位置偏差 料库输出位置偏离
    定位杆 机械联系-错误位置 几何结构-位置偏离 料车输出位置偏差 料库输出位置偏离
    料车锁 锁销、卡槽 机械联系-卡死 几何结构-位置偏离 车锁输出位置偏差 料车输出位置偏差 料库输出位置偏离
    感应块 电联系-特性不匹配 材料质量-错误材料 车锁输出位置偏差 料车输出位置偏差 料库输出位置偏离
    气阀电路 电联系-开路 原因不明 车锁输出位置偏差 料车输出位置偏差 料库输出位置偏离
    抱闸 线路 电联系-开路 原因不明 抱闸输出转矩减小 电机输出速度增加 料库输出位置偏离
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-09-15
  • 录用日期:  2021-01-08
  • 网络出版日期:  2022-01-20

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