機(jī)電裝備失效研究的內(nèi)涵及其科學(xué)問題探討

摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，社會的進(jìn)步，科技業(yè)在日新月異的高速進(jìn)步，但科技的不斷進(jìn)步，也伴隨著失效率的高頻發(fā)生。近代工業(yè)的興盛對工程力學(xué)、材料科學(xué)等的腐蝕、斷裂的失效模式提出了新的挑戰(zhàn)。本文通過對失效領(lǐng)域的研究，對機(jī)電設(shè)備的失效診斷方面存在的裂紋診斷技術(shù)和方法，綜合診斷技術(shù)和方法等諸多判斷方法進(jìn)行簡要闡述，從理論出發(fā)，結(jié)合實(shí)際情況，進(jìn)一步指出該領(lǐng)域未來的發(fā)展模式。

關(guān)鍵詞：機(jī)電工程；失效理論；失效率

中圖分類號：TH14 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 02-0000-01

雖然科技在不斷進(jìn)步，但是更多的“科技流產(chǎn)”、“科學(xué)事故”也不絕于耳，由此，失效學(xué)理論變應(yīng)運(yùn)而生。近代工業(yè)的興盛對工程力學(xué)、材料科學(xué)等的腐蝕、斷裂的失效模式提出了新的挑戰(zhàn)，同時，現(xiàn)代的檢測方法、測試儀器等的發(fā)展，特別是針對失效情況分析的科學(xué)技術(shù)也在不斷發(fā)展，為失效學(xué)理論提供了實(shí)際的研究基礎(chǔ)，而理科理論的完善，模糊數(shù)學(xué)的異軍突起，以及電子技術(shù)的發(fā)展，也為失效學(xué)研究理論奠定了一定的理論基礎(chǔ)。但必須強(qiáng)調(diào)的是，失效就其本身而言，其事故的發(fā)生往往與人脫離不了干系，人的認(rèn)識是客觀并且有限存在的，但客觀世界是無限廣大的，而機(jī)電設(shè)備也是由人類產(chǎn)生的，也就是意味著，失效的發(fā)展有著其不容忽視的絕對性，而安全則是相對產(chǎn)生的。所以，當(dāng)事故頻發(fā)后，就產(chǎn)生了兩種新鮮的機(jī)制，一是事故失效機(jī)制，二是事故應(yīng)急機(jī)制，失效機(jī)制是在失效時間發(fā)生后，對事故本身進(jìn)行針對性的實(shí)效研究，對失效的機(jī)理、原因和模式進(jìn)行診斷，而應(yīng)急機(jī)制的目的一方面為了防止事故的發(fā)生，而另一方面是為了應(yīng)對事故。雖各種機(jī)制在不斷完善，但事故的失效率仍然居高不下，因此，對于機(jī)電設(shè)備的失效研究是十分有必要的。

一、失效研究的基本問題

（一）失效研究的內(nèi)涵

在研究失效問題時，首先要點(diǎn)明的概念就是機(jī)電產(chǎn)品。機(jī)電產(chǎn)品是指一定的生產(chǎn)設(shè)備和生活用具，其性能是使用機(jī)械、電器、電子設(shè)備所產(chǎn)生出各類電器電子性能的設(shè)備或用具。那么，機(jī)電產(chǎn)品在使用過程中出現(xiàn)失去預(yù)定功能的現(xiàn)象就稱作失效。在失效領(lǐng)域中，針對具體的失效是事故的過程的研究就是失效領(lǐng)域的核心研究內(nèi)涵。由此，可分為三個層次：一是失效性診斷，二是針對失效的預(yù)測，三是對失效事故的預(yù)防。在三個層次中，對失效事故的診斷是研究的可信問題。

（二）失效模式分析

失效模式分析可以分為四種，一是失效性分析，二是事故分析，三是廢品分析，四是狀態(tài)診斷。

（1）失效分析。失效分析通常發(fā)生在當(dāng)機(jī)電產(chǎn)品作為商品流入流通領(lǐng)域后發(fā)生的故障進(jìn)行分析。

（2）事故分析。事故分析通常發(fā)生在當(dāng)機(jī)電產(chǎn)品作為商品流入市場后，對使產(chǎn)品發(fā)生難以修復(fù)的情況下，對失效原因的分析。

（3）廢品分析。廢品分析通常發(fā)生在當(dāng)機(jī)電產(chǎn)品作為商品進(jìn)入流通領(lǐng)域前，因某種原因?qū)е鲁霈F(xiàn)質(zhì)量問題而不能進(jìn)入流通領(lǐng)域時所進(jìn)行的分析。

（4）狀態(tài)診斷。轉(zhuǎn)臺專斷是針對機(jī)電設(shè)備在流入商品領(lǐng)域前或后發(fā)生的失效事故的模式、原因、極力等做到適時、適當(dāng)、動態(tài)的判斷。

（三）失效模式與失效信息的診斷系統(tǒng)

失效信息是指與失效情況有關(guān)的對象、現(xiàn)象和環(huán)境的相關(guān)信息。當(dāng)失效事故發(fā)生時，每一種失效信息都是失效研究的一個特征，其都能夠反映出導(dǎo)致事故發(fā)生失效現(xiàn)象的原因或因素。當(dāng)將全部的失效信息綜合起來，并進(jìn)行科學(xué)的分析時就較容易診斷出事故的失效模式，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)失效的原因或機(jī)理。并且，可以將這種分析推理的過程反向推知出事故的失效信息。

二、失效研究中的科學(xué)問題

（一）失效的裂紋等診斷方法和技術(shù)

在失效研究領(lǐng)域中，對失效事故的端口或裂紋進(jìn)行診斷是極其普遍的診斷技術(shù)。斷口診斷是指，在通常情況下，結(jié)合事故發(fā)生時的斷口附近的情形進(jìn)行綜合判斷，例如：斷口的痕跡特征、裂紋走向或者斷口上的顏色、形貌的變化風(fēng)，尤其要注意的是斷口附近的微觀特征以及微區(qū)成分等信息。裂紋診斷和斷口診斷的方式基本相同，在通常情況下是結(jié)合裂紋的最開始發(fā)生的位置以及擴(kuò)展的方向，以及與接觸介質(zhì)的關(guān)系、裂紋的分布等情況，在分析中同樣要格外注意裂紋與顯微組織的關(guān)系和走向等微觀信息來進(jìn)行診斷。只有將宏觀的情況和微觀的信息結(jié)合在一起，才能準(zhǔn)確的診斷出事故的失效模式和失效原因以及失效機(jī)理。

過去的研究過程和研究結(jié)果已經(jīng)給出了典型的失效模式的診斷切口，包括典型的失效斷口、裂口的判斷特征。但是，對于非典型的失效模式的研究還不夠深刻和廣泛，尚缺乏一定的研究。因此，需要對斷口、裂口的宏觀、微觀特征進(jìn)行系統(tǒng)的研究，以及對斷口、裂口發(fā)生附近的材質(zhì)、應(yīng)力大小、零件情況和缺口狀況等的變化總結(jié)出規(guī)律，以及能夠形成判斷失效模式的特征判據(jù)。

（二）失效的概率診斷、智能診斷和模糊診斷

失效性是一種十分復(fù)雜的情況分析，既有能夠影響失效性發(fā)生的各種因素的不確定性，還有影響失效情況發(fā)生的本身設(shè)備的必然性。失效性的不確定性是指導(dǎo)致失效情況發(fā)生的材料具有分散性、隨機(jī)性、環(huán)境的不確定性、機(jī)件的隨機(jī)性；失效性的必然性是指機(jī)電設(shè)備在設(shè)計上必然會出現(xiàn)缺陷、選材不當(dāng)?shù)葐栴}。因此，事故的失效情況的發(fā)生是由外在的不確定性，即偶然性和內(nèi)在的必然性共同導(dǎo)致的，必然性表現(xiàn)在事故發(fā)生的規(guī)律，偶然性表現(xiàn)在差異上。因此，失效模式以及失效事故發(fā)生的原因、機(jī)理的診斷就可以采用概率診斷或模糊診斷的方法。但從當(dāng)前的科技發(fā)展情況來看，在失效診斷方面仍待研究和發(fā)展，雖然近些年計算機(jī)領(lǐng)域的不斷發(fā)展導(dǎo)致人工智能診斷系統(tǒng)的高速進(jìn)步，因診斷技術(shù)的發(fā)展仍然趕不上事故的發(fā)展率，只有通過研究人員仍然在不斷努力，探索研究的方法和技能。

三、結(jié)束語

機(jī)電設(shè)備的失效性分析是從失敗中尋找成功，是從過去入手未來。在現(xiàn)代，科技的發(fā)展已經(jīng)成為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵，更是國家進(jìn)行經(jīng)濟(jì)建設(shè)和科技發(fā)展的依托，高新科技的發(fā)展也逐漸開始依賴于失效分析，因此，對于失效的科學(xué)分析仍要進(jìn)一步研究、發(fā)展。

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