機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠性評估的發(fā)展與思考

摘 要：隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對機(jī)械產(chǎn)品的需求量不斷增大。在生產(chǎn)過程中機(jī)械設(shè)備以及設(shè)備運(yùn)行的有效管理對企業(yè)發(fā)展起到很大的作用。文章重點(diǎn)闡述了機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠性評估的發(fā)展這一問題，供大家參考。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)備；運(yùn)材管理；可靠性

隨著工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)性調(diào)整，工業(yè)電子化產(chǎn)品需求處于逐年遞增態(tài)勢，信息產(chǎn)業(yè)人才、產(chǎn)業(yè)資源優(yōu)勢，以及在先進(jìn)制造業(yè)領(lǐng)域的迅速崛起，使機(jī)械制造成為部分地區(qū)的工業(yè)強(qiáng)市，而先進(jìn)的機(jī)械設(shè)備能有效提高工業(yè)增長速度，保證工業(yè)質(zhì)量和效益。機(jī)械設(shè)備種類繁多，機(jī)械設(shè)備運(yùn)行時，其一些部件甚至其本身可進(jìn)行不同形式的機(jī)械運(yùn)動。機(jī)械設(shè)備由驅(qū)動裝置、變速裝置、傳動裝置、工作裝置、制動裝置、防護(hù)裝置、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等部分組成。

1.機(jī)械設(shè)備可靠性評估問題

傳統(tǒng)可靠性評估方法多依賴設(shè)備的失效分布，準(zhǔn)確求解設(shè)備失效分布參數(shù)、解析設(shè)備的失效概率是傳統(tǒng)可靠性評估的主要任務(wù)之一。設(shè)備失效分布是一種有限假設(shè)，即使在大樣本情況下，準(zhǔn)確的失效分布也難以估計。針對某臺機(jī)械設(shè)備進(jìn)行運(yùn)行可靠性評估的小樣本特性，進(jìn)一步加劇了失效分布參數(shù)估計的難度。傳統(tǒng)可靠性評估方法基于二值假設(shè)或有限狀態(tài)假設(shè)，即假定設(shè)備只有正常和失效兩種狀態(tài)或有限個狀態(tài)。然而在工程實(shí)際中，機(jī)械設(shè)備的狀態(tài)多是漸進(jìn)連續(xù)退化的，具有很強(qiáng)的不確定性，表現(xiàn)為狀態(tài)變化的模糊性和隨機(jī)性。傳統(tǒng)可靠性評估的二值假設(shè)和有限狀態(tài)假設(shè)難以準(zhǔn)確描述機(jī)械設(shè)備實(shí)際失效過程。機(jī)械設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各個零部件之間存在著復(fù)雜的運(yùn)動關(guān)系和耦合作用，不同零部件的失效分布規(guī)律不同，基于概率的可靠性數(shù)學(xué)模型往往事后統(tǒng)計其失效分布規(guī)律，難以獲得設(shè)備零部件失效前可靠性的變化規(guī)律，實(shí)現(xiàn)預(yù)知維修困難。對于正在服役的機(jī)械設(shè)備，關(guān)注的焦點(diǎn)是其運(yùn)行過程中的可靠性。機(jī)械設(shè)備運(yùn)行條件和環(huán)境多變，傳統(tǒng)的可靠性評估缺乏分析設(shè)備運(yùn)行過程中各種變工況、非平穩(wěn)復(fù)雜狀態(tài)，難以實(shí)時在線評估設(shè)備的運(yùn)行可靠性。

2.運(yùn)行可靠性的技術(shù)分析

2.1運(yùn)行可靠性與運(yùn)行可靠度

機(jī)械設(shè)備是一個系統(tǒng)，由許多不同的零部件（如轉(zhuǎn)子、齒輪、軸承等）組成以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)應(yīng)具有的功能，這些不同的零部件如同組成木桶的各個木板。機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠性相當(dāng)于木桶的存水能力，它取決于組成木桶最短的某個木板，即木桶的短板效應(yīng)。設(shè)備的零部件在運(yùn)行過程中受到應(yīng)力、應(yīng)變、電流、電壓、溫度、腐蝕等因素作用而引起其性能退化，這些零部件由早期的損傷經(jīng)歷萌生和擴(kuò)展演變?yōu)楣收?，進(jìn)而導(dǎo)致設(shè)備失效。損傷、故障和失效是零部件性能不同程度退化的直觀反映。零部件性能退化后，相當(dāng)于木桶的某塊木板的高度降低，成為一個短板。機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行過程中零部件的損傷發(fā)生、發(fā)展導(dǎo)致設(shè)備性能降低，其運(yùn)行可靠性即隨之降低。因此，機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行可靠性可由損傷程度最嚴(yán)重的零部件的狀態(tài)來衡量。這和人的健康指標(biāo)（運(yùn)行可靠性）一樣，如果某人患高血壓疾病（故障）而其他器官基本正常，那么他的健康指標(biāo)就取決于高血壓疾病的嚴(yán)重程度。因此，本文賦予運(yùn)行可靠性新的含義，即運(yùn)行可靠性是指設(shè)備在規(guī)定的條件下和服役的時間內(nèi)由其零部件的運(yùn)行狀態(tài)所決定的完成規(guī)定功能的能力。

2.2運(yùn)行可靠性評估方法

針對某臺具體機(jī)械設(shè)備，提出基于設(shè)備故障機(jī)理分析和故障特征提取的運(yùn)行可靠性評估方法，建立設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息與運(yùn)行可靠度之間的映射模型，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行可靠度的計算，為解決缺乏概率統(tǒng)計數(shù)據(jù)這一難題開辟了新途徑。機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的豐富的狀態(tài)信息，如位移、速度、加速度、噪聲、聲發(fā)射、應(yīng)力、應(yīng)變、溫度、壓力、電量等，能有效反映設(shè)備不同程度退化的狀態(tài)，提供設(shè)備可靠性評估的重要信息，可作為設(shè)備運(yùn)行可靠性的評估依據(jù)。在設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息獲取的基礎(chǔ)上，進(jìn)行動態(tài)建模與故障機(jī)理分析（正問題）以及信號處理與故障特征提?。ǚ磫栴}）兩大基礎(chǔ)理論技術(shù)研究。正問題如同醫(yī)學(xué)中的解剖學(xué)和病理學(xué)，給出人體各組織結(jié)構(gòu)產(chǎn)生各種病變的原因和病變的特征，為醫(yī)療診斷提供依據(jù)。動態(tài)建模與故障機(jī)理分析針對機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)零部件（轉(zhuǎn)子、齒輪、軸承等）在不同的約束條件下所受的載荷、溫度等物理量的作用，構(gòu)建動力學(xué)模型并通過模型從原理上分析得到故障產(chǎn)生的機(jī)理及其在時域、頻域或時頻域中的表征，為故障診斷提供理論依據(jù)。例如數(shù)控機(jī)床高速主軸精密滾動軸承，在高速回轉(zhuǎn)條件下離心慣性力及陀螺力矩的作用下，利用動力學(xué)模型可以分析出軸承外圈損傷比內(nèi)圈損傷嚴(yán)重；反問題如同醫(yī)學(xué)中的檢驗(yàn)學(xué)和診斷學(xué)，給出人體各組織結(jié)構(gòu)產(chǎn)生各種病變的征兆和病變的部位，為疾病診斷提供治療依據(jù)。信號處理與故障特征提取是測量運(yùn)行設(shè)備的動態(tài)響應(yīng)物理量信號，通過先進(jìn)的信號處理技術(shù)，如第二代小波、多小波、雙樹復(fù)小波、隨機(jī)共振、經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸?、局域均值分解等方法提取反映故障的征兆或特征，用于故障零部件的定位和損傷嚴(yán)重程度的定量，為設(shè)備健康保健提供技術(shù)支撐。例如采用第二代小波包頻帶能量分解和包絡(luò)解調(diào)技術(shù)，定量診斷電力機(jī)車輪對軸承損傷程度，據(jù)此計算電力機(jī)車輪對軸承在該條件下的運(yùn)行可靠度并進(jìn)行運(yùn)行可靠性評估。正確的動態(tài)建模與故障機(jī)理分析加上準(zhǔn)確的信號處理與故障特征提取為設(shè)備運(yùn)行可靠性奠定了理論基礎(chǔ)。

3.結(jié)束語

機(jī)械設(shè)備在設(shè)計可靠性和制造可靠性的保障條件下，生產(chǎn)出廠的機(jī)械設(shè)備交付給企業(yè)用戶后，在設(shè)備全生命周期的運(yùn)行服役過程中，所創(chuàng)造的價值遠(yuǎn)遠(yuǎn)比設(shè)備自身的價值高得多。要切實(shí)做好機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠性評估并能在工程中發(fā)揮作用，還有大量挑戰(zhàn)性的問題需要探索研究。需要綜合可靠性、人工智能、信號處理、故障診斷等多個領(lǐng)域，展開交叉研究，推進(jìn)運(yùn)行可靠性評估理論和技術(shù)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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