我国的经济结构正面临着关键的战略转型期,汽车制造业已发展成为引领传统制造业转型升级的先驱,并逐步成为中国民族产业的重要支柱。虽然目前我国的汽车产量逐年增加,但国内高档发动机生产线几乎均采用了进口设备,而且主流发动机生产线大多已进入淘汰期,大批的设备需要更新换代。因此,如何充分利用国产高档数控装备,改造现有的生产线乃至于组建具有自主知识产权的全新生产线,显得十分迫切。要自主研发发动机自动化加工系统,就必须攻克在高效加工、连续运转工况下的可靠性保障等技术难题,从而打破发达国家在高端自动化生产线行业的垄断地位,降低我国国产高端汽车的生产成本,提高我国制造企业为用户提供成套装备的能力,提升我国汽车制造业的国际竞争力。论文以2016年国家科技重大专项中的子课题“轿车发动机曲轴磨削自动化高效柔性单元示范工程”为依托,重点开展了曲轴柔性生产线可靠性提升技术的研究,主要研究工作如下:(1)分析了曲轴柔性制造系统的加工设备、工艺流程与系统布局。根据现场采集的234条设备故障和维修数据,分析了柔性制造系统各加工设备的生产率、故障率与维修率等可靠性指标。基于曲轴磨削系统的特点,运用马尔可夫过程理论分析了柔性制造系统的马尔可夫状态转移图和状态转移矩阵,讨论了含缓冲区的曲轴柔性制造系统的稳态可用度。然后基于Petri网理论建立了柔性制造系统的广义随机Petri网(GSPN)模型并阐述了其工作原理,构建了包含16个显状态的马尔可夫链,通过求解退化嵌入马尔可夫链的激发率矩阵研究了各种工作状态的稳态概率,进而讨论了曲轴柔性制造系统的固有可用度。(2)为全面分析机电系统维修如故的运行特性,掌握曲轴柔性生产线的整体运行状态,定义了生产系统的可靠性,归纳总结了六种目前常用的串行系统可靠性指标——平均无故障间隔时间(MTBF)的运算方法,然后根据系统运行数据对六种算法进行了求解,并对运算结果进行了比较分析。(3)研究了两种基于延缓纠正策略的可靠性增长预测模型AMSAA(Army Materiel Systems Analysis Activity)预测模型和AMPM(AMSAA Maturity Projection Model)—斯坦预测模型。依据不同的子系统重组了故障数据,求解了各组数据的斯坦收缩因子,计算了各个子系统失效强度的斯坦估计值,推导了系统整体的失效强度预测值,提出了一种计及相似失效机理和维修策略的AMPM—斯坦预测扩展模型,并基于Relia Soft公司的可靠性数据验证了新模型的鲁棒性。根据不同的故障发生机理和维修特性,将参与可靠性增长试验的数控磨床划分为五个子系统,通过三个阶段的可靠性增长试验实例展示了新预测模型的具体应用。(4)研究了两种基于延缓纠正策略的连续系统可靠性增长规划模型:PM2模型(Planning Model based on Projection Methodology)和CE模型(CrowExtended Model),分析了两种模型参数的灵敏度,结果表明CE模型的总体测试时间不便控制,PM2模型不能正确反映模型参数变化对增长规划曲线的影响。分析了PM2模型中的管理策略、纠正有效性系数、系统初始MTBF等参数的下限值,讨论了管理策略和纠正有效性系数两参数乘积的取值下限。基于参数之间的负相关关系,运用MATLAB生成了300组模拟数据对,采用曲线拟合模块进行了数据拟合和模型求解,构造了由管理策略和纠正有效性系数表述测试持续时间的非线性数学方程式,给出了95%置信区间的常系数推荐值。基于此数学方程,提出了一个不含测试持续时间的PM2规划扩展模型。通过对某公司曲轴搬运装卸系统开展的4 200小时可靠性增长试验验证了新规划模型的有效性。(5)构建了设备可靠度、设备修复率和设备生产率与成本之间的函数关系,以曲轴柔性制造系统的改进成本最低为目标函数,以构造的函数表达式和缓冲区容量单位建造成本为约束条件,建立了柔性制造系统优化分配模型。随后构建了试验持续时间、纠正有效性系数和管理策略与成本之间的函数关系,以设备可靠性提升成本最低为目标函数,建立了基于可靠性增长规划技术的设备可靠性增长分配模型。采用具有全局寻优功能的遗传算法分别以柔性制造系统目标MTBF不小于某特定值和系统可靠性提升改造成本不大于某特定值为优化目标,对曲轴柔性制造系统开展了可靠性优化分配工作研究,为曲轴柔性制造生产线可靠性提升提供了基础。然后以设备目标MTBF不小于某特定值和设备可靠性提升成本不大于某特定值为优化目标,对设备OP110开展了可靠性增长试验优化工作研究,为设计加工设备的可靠性增长试验提供了依据。