本课题的研宄主要来源于国家自然科学基金项目“基于工件能耗属性的制 造系统能效提升方法研宄”。
在龙门精工加工系统中无论是针对单电磁悬浮系统的控制还是多电磁悬浮系统 的控制，其控制目标就是为了减小电磁悬浮气隙的输出与给定之间的偏差，即电磁悬 浮系统的实际输出的气隙与设定的气隙之间的偏差。悬浮气隙的偏差是导致部件精度 下降的重要原因之一。由多电磁悬浮系统加工出来的部件其精度的高低是由多电磁悬 浮系统协调决定的。如果只是相对独立的对各个单电磁悬浮系统的误差进行控制而不 考虑其它电磁悬浮气隙的情况以及整体的运行情况，那么加工出的部件就会存在很大 的误差，尤其是在高速的情况下运行，当不同的电磁悬浮系统参数不一致时会因此导 致两个系统不同步，使得加工出来的部件发生了形变。
基于无源控制理论本章介绍了单磁悬浮系统无源控制器的设计。首先建立了电磁 悬浮系统的能量函数，然后建立出电磁悬浮系统哈密尔顿方程，通过选取适当的互联阵和耗散阵来重新建立电磁悬浮系统的哈密尔顿方程。通过三个哈密尔顿函数约束条 件来求解偏微分方程，从而推出单电磁悬浮系统无源控制器的表达式。无源控制器设 计简单、易于实现。仿真结果表明无源控制器加快了单电磁悬浮系统较强的响应速度, 提高了其鲁棒性，最终提高了悬浮精度。
由于时间的原因龙门精工加工中心双电磁悬浮系统的耦合分析还有许多问题有 待解决。本文只对移动横梁垂直方向的耦合情况进行了分析，而没有同时对水平方向 由于直线电机导向单元不同步造成的耦合情况进行分析。今后可以在建立双电磁悬浮 系统全新耦合模型、解耦算法设计以及解耦后独立系统设计更先进的控制器来改善悬 浮系统的鲁棒性等方面进行更深入的研究。
装备制造业是制造业的基础，其发展水平体现了一个国家的工业化水平，是 国家综合实力和国际竞争力的主要象征，具有极其重要的战略意义[1]。而装备制 造业的基础则是精工机床，精工机床发展水平的高低直接决定着装备制造业整个 行业的水平。一个国家精工机床业的水平己经成为衡量该国制造业水平、工业现 代化程度和国家综合竞争力的重要标志，直接关系到国家经济建设和国防安全及 战略地位[2][3]。
现场数据是产品的可靠性研究的基础，但由于研发周期短、试验成本高，企 业难以获得足够的可靠性数据[1()][49]，导致试验单位获得数据的难度增大，不能 从研发企业中直接获得大量的试验数据。这就要求试验单位在产品出厂后派人进 行时时跟踪记录，从生产企业转到用户企业采集故障数据以及其他相关数据。圆 盘式刀库自动换刀系统作为加工中心的关键功能部件之一，其可靠性水平是影响 机床整机的可靠性水平的主要因素之一。但是考虑到加工中心现场的实际情况： 加工时间包括换刀时间和工步持续时间这两部分，换刀时间比较短，一般在 5s~10s之间，工步持续时间比较长，一般在3min~2h之间，故相对于工步持续 时间，换刀时间比较短，导致现场故障周期拉长，采集效率不高。这就要求除了 在现场采集数据外，试验单位应该在实验室的条件下，对其进行加速试验，快速 激发其潜在故障，使故障在短时间内暴露出来，提高故障数据采集效率。
国内对可靠性这门学科的研宄可以追溯到20世纪五十年代，相对于美国、 德国、日本、加拿大等工业发达国家，我国的可靠性研宄起步晚，但在国际发展 的大环境下，我国对可靠性的研宄突飞猛进。20世纪80年代，我国相继成立了 部级和*********可靠性机构：1981年成立了中国电子产品可靠性信息交换中心， 1985年成立了航空设备可靠性信息通信网，1987年成立了中国机械工业可靠性 技术研究中心，1988年成立了国防科工委质量与可靠性中心与信息交换网，1989 年成立了中国军用电子产品可靠性委员会，1990年成立了中国质协可靠性专业 委员会，1994年国家技术监督局发出关于加强产品可靠性工作的若干意见的通 知mnw。现今，国家高度重视可靠性在各个领域的发展，将可靠性技术应用到 产品的研发、制造以及使用的各个阶段。在精工机床领域，国家将精工装备的可 靠性技术研究列为科技重大专项，针对精工机床的可靠性预测、预警、设计以及 可靠性的建模、评估和分配方法等方面展开了深入的研究。
试验台控制系统主要包括两部分：1.下位机PLC控制。2.上位机VB程序控 制。PLC通过控制继电器线圈的得电与失电来控制继电器触电（常开触点闭合, 常闭触点断开），进而控制试验台的机械系统，以此完成自动换刀的动作。上位 机VB程序通过RS232串口实现与PLC通讯的，通过HostLink模式来直接给PLC 赋值以及读取PLC返回来的数据。上位机具有时时显示刀库运行状态以及记录 刀库运行数据的能力。
本章针对不同类型的试验数据的分析方法进行了研宄。从整体上来讲，试验 数据分为两种类型：一种为盘式刀库自动换刀系统的故障数据。根据样本量的不 同，实验室故障数据和现场故障数据采用不用的建模分析方法，前者由于样本量 小，一般采用贝叶斯分布模型，后者由于样本量大，一般采用常用分布模型；另 一种为自动换刀系统换刀频率。根据采集数据的难易程度，实验室和现场频率数 据分布采用直接计算法和近似求取法。通过实验室换刀频率与现场换刀频率的对比分析，发现实验室换刀频率要比现场换刀频率高，有利于在短时间内激发自动 换刀系统的潜在故障，暴露换刀系统的薄弱环节。
目前国内外在进行结构体设计过程中，无论单个零部件还是装配体部件都 要面临一个问题一结构强度问题。结构强度问题一般需要从四个方面进行解决： 结构应力方面、材料力学性能方面、强度理论[2()]和振动理论。当前，大部分固 体力学计算将结构应力方面的问题作为重点，而材料力学性能是通过材料实验 结合材料结构条件进行解决，强度理论则是在两者联合研究的基础上创建与之 相应的强度理论。具体而言，就是研究材料在复杂应力下发生破坏的规律，并 建立一套与之相适应的强度计算准则及理论[2()]，振动理论是在强度理论的基础 上进行模型建立、振动分析、参数识别等。