一种基于产品三维模型的故障模式可视化方法

摘要

一种基于产品三维模型的故障模式可视化方法，包含四个步骤，1、针对复杂产品，进行三维模型的区块化分割和长方体构造；2、整理故障模式相关信息，分析复杂产品各组成部分在某一技术状态下的潜在故障模式及其故障原因，并得出严酷度程度以及发生概率等级，依据产品在三维坐标中的位置，获得故障模式发生位置相对于坐标原点的空间坐标及故障模式相应的设计改进措施；3、故障模式信息的可视化建模；4、空间故障强度分析方法。定义空间故障强度，确定故障强度较高的部件，从而设计相应的改进措施、使用补偿措施以及维修保障资源信息对故障进行消减并最后实施有效性验证。本发明在产品设计技术领域里有良好的应用前景。

主权项

1.一种基于产品三维模型的故障模式可视化方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：步骤一：复杂产品三维模型处理首先，在产品三维装配模型的基础上，确定故障模式分析的最低约定层次，按最低约定层次产品，将三维模型进行区块化分割，分别命名为区块1、区块2以及区块3，……，依据产品在空间中的实际情况，分别获得每个区块中心相对于三维模型坐标原点（0,0,0）的位置坐标，即区块1的坐标为（X₁，Y₁，Z₁），区块2的坐标为（X₂，Y₂，Z₂），……；而后，进行长方体的构造，先建立一个大的长方体代表整个系统；接着再构建复数个长方体代表所分割的区块，为了将每块区块构造成长方体，这里设定了构造的原则为“最小包容”，即能够将产品完全包容的最小长方体；即所取得的长方体长宽高值能恰好包住该区块；基于上述过程，获得以下信息：1）区块的划分情况；2）区块与坐标原点的位置关系（X₁，Y₁，Z₁），（X₂，Y₂，Z₂），……；3）区块最小包容体数据（长L，宽W以及高H）；步骤二：整理故障模式相关信息以区块为单位，根据当前产品技术状态，整理复杂产品的故障信息，为其制定相应的产品故障模式信息表，表格中包含故障模式影响及危害性分析的结果信息，产品标明其最小包容区块的编号；此外，依据产品在三维坐标中的位置，通过故障机理的分析获得故障模式发生位置相对于坐标原点的空间坐标，如故障模式1的位置为（x_f1，y_f1，z_f1），以此类推；同一个发生位置的故障模式空间坐标应是一样的，故障模式只分析到设备级产品；表1产品故障模式信息而后，还需获得以下信息：故障模式相应的设计改进措施、使用补偿措施以及维修保障资源，这些信息将为后续的模型分析提供参考；步骤三：故障模式信息的可视化建模用具有相同透明度不同颜色的圆球体代表一个故障模式，其中球的半径r代表故障模式的发生概率，r越大表示故障模式的发生概率越大，从视觉上表现为球体所占的空间越大，能够使工作人员快速判别故障模式高发区域和产品；故障模式的发生概率分为5个等级，概率从大到小依次为：A，B，C，D以及E，用r表示为：r_A，r_B，r_C，r_D以及r_E；用球体的颜色代表故障严酷度类别，自左往右分别代表严酷度类别：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ以及Ⅳ，用警示的颜色代表造成严重性后果的故障模式；设定球体是半透明的，因此球密集的区域颜色也会叠加加深，在设备的同一个位置会存在复数个故障模式，这些代表故障模式的球体会发生干涉重叠；混合球体的颜色是由单个球体颜色重叠而成，其颜色越深，即此处存在大量故障模式；步骤四：空间故障强度分析方法定义空间故障强度：区块中所有球体半径与严酷度等级系数之和除以区块体积；即单位体积内产品严酷度均值，严酷度等级系数确定：1级严酷度类别系数为4，4级系数为1，以此类推；分析方法有两种：1）通过空间模型中球的密度和颜色，直观感受；2）对各部件的空间故障强度排序，给出故障强度较高的部件集合；第一种方法是定性分析法，通过之前几个步骤所绘制的三维模型，对故障模式的各类信息有一个初步的，视觉上的判断；直观的从球体的大小，球体的颜色深浅，球体的密度和分布对故障情况进行初步的判断；第二种方法是定量分析法，通过计算空间故障强度，对各个部件的空间故障强度进行排序，从而得到故障强度较高的部件集合；通过故障分析，确定故障强度较高的部件，从而根据相应的设计改进措施、使用补偿措施以及维修保障资源信息对故障进行消减；随着工程的进展，在不同技术状态中，该产品的故障模式信息是不一样的，在不同技术状态下建立产品故障模式可视化模型，其分别为M₁，M₂，M₃，……，以此类推；通过在不同技术状态下模型的建立，达到了实时的故障模式信息监控，使工作人员在设计过程中，动态把握故障信息从而确定正确的设计方案，最后，需要进行实施有效性验证，即进行故障模式可视化建模后，设计人员应当依据原始的一些报告、设计图纸，制图信息资料对模型进行正确性检验。