45、基于广义故障树的摩擦焊接工具实时状态维护

基于广义故障树的摩擦焊接工具实时状态维护

1. 引言

在制造过程中，对工具故障进行根本原因分析对于确定系统可靠性和制定成本最小化策略至关重要。状态维护（CBM）是降低受退化过程影响的工具使用成本的重要策略之一。

故障树分析（FTA）是处理根本原因分析和可靠性分析的常用技术。故障树是一种有向无环图，根节点代表故障或顶事件（TE），叶子节点是基本事件（BEs），中间节点是门。例如，或门（OR）在至少一个基本事件发生时触发，与门（AND）在所有基本事件都发生时激活。

随着动态门的发展，FTA 可用于评估大型复杂系统的可靠性，在多个实际案例中得到应用。然而，传统 FTA 存在一些局限性，如假设基本事件服从指数或威布尔分布，且依赖专家知识来定义树状结构。

近年来提出的广义故障树（GFT）分析方法是一种数据驱动的方法，能在更现实的场景中有效自动确定机械故障的根本原因和可靠性。CBM 随着物联网的发展而兴起，其关键在于根据工业设备的实际退化状态进行维护，相比纠正性维护（CM）和预防性维护（PM），可能带来重要的成本节约。

目前已有多种数据驱动技术用于评估工业资产的健康状况，但这些方法在所有工业场景中并非都有效。机器学习模型在处理高不平衡数据集时效率较低，而统计方法如 FTA 能通过分布捕获多种行为且信息损失最小。本文提出一种基于 GFT 根动态更新的动态 CBM 方法，并以博世热技术公司的摩擦焊接工具为例进行研究。

2. 摩擦焊接用例

博世热技术公司的摩擦焊接过程是一种固态焊接，通过旋转工具与工件之间的机械摩擦产生热量来熔合材料，工具还会在 X 轴方向产生横向位移。该过程会导致焊接工具退化，目前采用预防性维护（