數(shù)控機(jī)床可靠性技術(shù)分析與研究

時(shí)振偉

1 數(shù)控技術(shù)、數(shù)控機(jī)床及可靠性技術(shù)概念及可靠性指標(biāo)

1.1 數(shù)控技術(shù)

數(shù)控技術(shù)簡(jiǎn)稱數(shù)控（Numerical Control），就是用數(shù)字控制的方法對(duì)某一工作過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的技術(shù)。它通常是對(duì)位置、角度、速度等機(jī)械量和與機(jī)械能量流向有關(guān)的開(kāi)關(guān)量的控制。

1.2 數(shù)控機(jī)床

數(shù)控機(jī)床是數(shù)字控制機(jī)床（Computer Numerical Control Machine Tools）的簡(jiǎn)稱，是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動(dòng)化機(jī)床。程序控制系統(tǒng)能夠處理具有控制編碼或其他符號(hào)指令規(guī)定的程序，并且將其進(jìn)行譯碼，用代碼化的數(shù)字表示出來(lái)，通過(guò)信息載體輸入數(shù)控裝置。經(jīng)運(yùn)算處理由數(shù)控裝置發(fā)出各種控制信號(hào)，控制機(jī)床的動(dòng)作使其按圖紙要求的形狀和尺寸，自動(dòng)地將零件加工出來(lái)。

1.3 數(shù)控機(jī)床可靠性

數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品、數(shù)控系統(tǒng)在其規(guī)定的特有條件下及規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力，稱為數(shù)控機(jī)床可靠性。

1.4 數(shù)控機(jī)床可靠性指標(biāo)

數(shù)控機(jī)床可靠性指標(biāo)有：平均無(wú)故障時(shí)間MTBF、平均故障修復(fù)時(shí)間MTTR、可用度A。

平均無(wú)故障時(shí)間（Mean Time Between Failure，簡(jiǎn)稱 MTBF），是指產(chǎn)品從一次故障到下一次故障的平均時(shí)間。數(shù)控機(jī)床常用平均無(wú)故障時(shí)間MTBF作為可靠性的定量指標(biāo)。

平均故障修復(fù)時(shí)間（Mean Time To Repair，簡(jiǎn)稱 MTTR)，是隨機(jī)變量恢復(fù)時(shí)間的期望值。它包括確認(rèn)失效發(fā)生所需的時(shí)間和維護(hù)所需要的時(shí)間，獲得配件的時(shí)間，維修團(tuán)隊(duì)響應(yīng)的時(shí)間，記錄所有任務(wù)的時(shí)間，還有將設(shè)備重新投入使用的時(shí)間，即指系統(tǒng)修復(fù)一次故障所需要的時(shí)間。它是衡量一個(gè)產(chǎn)品可靠性的指標(biāo)，它的值越小說(shuō)明該系統(tǒng)的可靠性越高。

2 數(shù)控機(jī)床可靠性技術(shù)存在的必要性

2.1 數(shù)控機(jī)床市場(chǎng)的不斷發(fā)展（需求）

目前我國(guó)正處于工業(yè)化中期，煤炭、汽車、鋼鐵、房地產(chǎn)、建材、機(jī)械、電子、化工等一批以重工業(yè)為基礎(chǔ)的高增長(zhǎng)行業(yè)發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁，構(gòu)成了對(duì)機(jī)床市場(chǎng)尤其是數(shù)控機(jī)床的巨大需求。數(shù)控機(jī)床已成為機(jī)床消費(fèi)的主流。我國(guó)未來(lái)數(shù)控機(jī)床市場(chǎng)巨大。近年來(lái)國(guó)產(chǎn)中檔數(shù)控機(jī)床進(jìn)步明顯，但所占市場(chǎng)份額仍然不夠大。由于數(shù)控機(jī)床不斷采納科學(xué)技術(shù)發(fā)展中的各種新技術(shù)，使得其功能日趨完善，數(shù)控技術(shù)在機(jī)械加工中的地位也顯得越來(lái)越重要，數(shù)控機(jī)床的廣泛應(yīng)用是現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。因此數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域也將不斷壯大和發(fā)展。數(shù)控機(jī)床的不斷發(fā)展，從而使得對(duì)數(shù)控機(jī)床可靠性技術(shù)的研究十分必要。

2.2 機(jī)床故障率偏高

我國(guó)數(shù)控機(jī)床存在著自主開(kāi)發(fā)能力薄弱，功能部件發(fā)展滯后，產(chǎn)品自動(dòng)化水平低，可靠性、精度保持性差等突出問(wèn)題。而這些突出問(wèn)題使得數(shù)控機(jī)床的可靠性差，性能穩(wěn)定性差，從而直接制約著我國(guó)數(shù)控機(jī)床的銷售和發(fā)展。近幾年雖然國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)MTBF大都超過(guò)10 000 h，但國(guó)際上先進(jìn)企業(yè)數(shù)控系統(tǒng)MTBF已達(dá)80 000 h，這表明我國(guó)與國(guó)際先進(jìn)數(shù)控水平仍存在較大差距。同樣地，雖然我國(guó)機(jī)床工業(yè)取得了較大進(jìn)步，每年的產(chǎn)量達(dá)到了千臺(tái)以上，但我國(guó)的機(jī)床大部分水平較低。一些用戶對(duì)數(shù)控機(jī)床的故障還不能及時(shí)正確地進(jìn)行判斷和準(zhǔn)確地排除故障，生產(chǎn)廠家的售后服務(wù)又存在很多不周之處，從而使得國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)開(kāi)動(dòng)率平均不高。巨大的市場(chǎng)需求，但是技術(shù)方面卻又存在著很多不足，這樣大量國(guó)外數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品大量涌入，擠占我國(guó)大份額的市場(chǎng)，要想解決這一問(wèn)題就要提高數(shù)控機(jī)床的可靠性，那么對(duì)數(shù)控機(jī)床可靠性技術(shù)的分析和研究也就十分必要。

2.3 數(shù)控機(jī)床可靠性技術(shù)的意義

數(shù)控機(jī)床的可靠性，影響著數(shù)控機(jī)床的使用情況，影響著人們的使用信心，影響著我國(guó)數(shù)控機(jī)床市場(chǎng)的繼續(xù)發(fā)展和持續(xù)穩(wěn)定，影響著我國(guó)與國(guó)際水平的較量。提高數(shù)控機(jī)床的可靠性，不僅可以促進(jìn)機(jī)床市場(chǎng)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，更有利于改變我國(guó)機(jī)床工業(yè)的現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)民族裝備制造業(yè)的振興。

3 數(shù)控機(jī)床可靠性技術(shù)的研究

3.1 數(shù)控機(jī)床可靠性評(píng)定方法

在提高數(shù)控機(jī)床可靠性的過(guò)程中，有來(lái)自使用現(xiàn)場(chǎng)和來(lái)自經(jīng)驗(yàn)的數(shù)據(jù)之分。要根據(jù)所獲得的數(shù)據(jù)方法的不同，采用不同的評(píng)價(jià)方法。一般而言，數(shù)控機(jī)床可靠性的評(píng)定方法有以下幾種：（1）修正極大似然法和序貫壓縮相結(jié)合的方法。（2）指數(shù)壽命型串聯(lián)系統(tǒng)法，指數(shù)壽命型單元產(chǎn)品在數(shù)控機(jī)床中應(yīng)用十分廣泛。指數(shù)壽命型串聯(lián)系統(tǒng)的方法，其基本思想是先將指數(shù)壽命型單元轉(zhuǎn)換為成敗型單元，然后應(yīng)用法和法對(duì)轉(zhuǎn)換后的等效系統(tǒng)進(jìn)行可靠性評(píng)估。（3）基于信賴方法的數(shù)控機(jī)床可靠度的分析法，信賴方法是求構(gòu)件、子系統(tǒng)及系統(tǒng)可靠度的置信界限的一種近似方法。

第一種的準(zhǔn)確度較第二種更高，表明將數(shù)控機(jī)床的各個(gè)單元看成是成敗型較指數(shù)型更合理；在數(shù)據(jù)充分的情況下，采用基于信賴方法的數(shù)控機(jī)床可靠度分析方法更為合理。

3.2 數(shù)控車床可靠性技術(shù)分析方法

通過(guò)對(duì)加工中心故障信息的科學(xué)分析，找出加工中心運(yùn)行中的薄弱環(huán)節(jié)，確定可靠性改進(jìn)的主要方向。加工中心是現(xiàn)代信息科學(xué)與傳統(tǒng)機(jī)械技術(shù)相結(jié)合的典型產(chǎn)品。因?yàn)樾录夹g(shù)不斷被應(yīng)用，加工中心的故障模式發(fā)生了很多變化，因此進(jìn)行故障分析，找出其薄弱環(huán)節(jié)和潛在的弱點(diǎn)，并把故障分析的結(jié)果反映到各個(gè)部門(mén)，使各個(gè)部門(mén)改進(jìn)技術(shù)，提高產(chǎn)品的可靠性已成為當(dāng)務(wù)之急。對(duì)加工中心故障信息進(jìn)行正確分析，就要采用正確的分析方法。采用傳統(tǒng)頻次主次圖分析方法與故障比重比方法及危害度分析方法相結(jié)合的方法對(duì)加工中心故障信息進(jìn)行分析，以解決上述問(wèn)題。

（1）故障比重比加工中心整機(jī)可靠性是由各子系統(tǒng)的可靠性來(lái)保證的，而各子系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)是不同的。故障比重比圖能夠更準(zhǔn)確地反映各系統(tǒng)可靠性與其指標(biāo)之間的差距，從而更科學(xué)地確定糾正故障的主攻方向。（2）傳統(tǒng)故障頻次主次圖是行業(yè)制定可靠性改進(jìn)工作的重要依據(jù)，顯示故障發(fā)生頻次的高低。（3）危害度分析是對(duì)故障模式影響及危害性的分析。通過(guò)分析可以獲得影響加工中心可靠性的關(guān)鍵部件，摸清攻關(guān)產(chǎn)品的薄弱環(huán)節(jié)，從而有針對(duì)性地進(jìn)行可靠性改進(jìn)設(shè)計(jì)。

將這3種方法相結(jié)合可以有效地降低單一情況下易造成分析失誤的概率，從而更好地對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行可靠性分析，提高數(shù)控機(jī)床的可靠性。

3.3 重視數(shù)控機(jī)床可靠性技術(shù)，更好地促進(jìn)機(jī)床現(xiàn)代化

（1）依據(jù)機(jī)床各部分組件的功能、重要程度，將經(jīng)濟(jì)、技術(shù)及資源等內(nèi)容進(jìn)行綜合考慮，從而確定相應(yīng)可靠性指標(biāo)的動(dòng)態(tài)影響因子，進(jìn)而更好地指導(dǎo)設(shè)計(jì)、制造和采購(gòu)組件，更好地促進(jìn)可靠性的提高。（2）防止盲目增加數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)能力。而應(yīng)該提高創(chuàng)新能力、人員素質(zhì)和企業(yè)素質(zhì)。抓好改制、改組工作。在面對(duì)市場(chǎng)需求增加的同時(shí)，求穩(wěn)妥發(fā)展，慎重抓能力，注重售后服務(wù)，努力降低故障率，出現(xiàn)故障及時(shí)有效進(jìn)行處理。（3）重視質(zhì)量和服務(wù)。機(jī)床行業(yè)是一個(gè)要求對(duì)質(zhì)量承諾的行業(yè)，如今市場(chǎng)好轉(zhuǎn)，我們更要重視質(zhì)量和服務(wù)，對(duì)用戶更加熱情周到，在市場(chǎng)形勢(shì)好轉(zhuǎn)的同時(shí)努力樹(shù)立和維護(hù)品牌。（4）積極引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，并積極消化、吸收、創(chuàng)新。更好促進(jìn)數(shù)控機(jī)床的現(xiàn)代化發(fā)展。與此同時(shí)，由于先機(jī)技術(shù)的應(yīng)用使得數(shù)控機(jī)床的可靠性保障顯得更為重要，所以就要努力學(xué)好并掌握數(shù)控機(jī)床可靠性技術(shù)，為機(jī)床的質(zhì)量提供可靠保障。

4 結(jié)語(yǔ)

作為當(dāng)今科學(xué)研究、工業(yè)中的一項(xiàng)重要內(nèi)容的可靠性理論和技術(shù)，特別是在高科技產(chǎn)品研制中，可靠性有效保證了產(chǎn)品質(zhì)量。可靠性是衡量數(shù)控機(jī)床質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)，也是數(shù)控行業(yè)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。所以我們要十分重視數(shù)控機(jī)床可靠性技術(shù)的研究，努力促進(jìn)研究成果的有效交流和運(yùn)用，為當(dāng)今中國(guó)數(shù)控機(jī)床更好發(fā)展貢獻(xiàn)一份力量。

［1］許彬彬.基于維修程度的數(shù)控機(jī)床可靠性建模與分析［D］.吉林大學(xué)，2011

［2］張靜，宋建武，康占武，等.數(shù)控機(jī)床可靠性分析［J］.河北建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2009（2）

［3］羅巍.數(shù)控機(jī)床故障分析與可靠性評(píng)價(jià)技術(shù)的研究［D］.吉林大學(xué)，2011

［4］張二虎.數(shù)控系統(tǒng)可靠性增長(zhǎng)及評(píng)價(jià)方法研究［D］.吉林大學(xué)，2011