數(shù)控系統(tǒng)的可靠性研究

常影（吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，吉林吉林　132101）

?

數(shù)控系統(tǒng)的可靠性研究

常影
（吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，吉林吉林132101）

摘要：針對(duì)某機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的故障數(shù)據(jù)，從故障部位、故障模式及故障原因進(jìn)行分析，分析該系列數(shù)控系統(tǒng)及其相關(guān)功能部件的薄弱環(huán)節(jié)，最后分析了影響該數(shù)控系統(tǒng)可靠性的主要因素并提出提高數(shù)控系統(tǒng)可靠性的主要措施。

關(guān)鍵詞：數(shù)控系統(tǒng)；可靠性；提高數(shù)控系統(tǒng)可靠性

作為數(shù)控機(jī)床的重要中樞來(lái)說(shuō)，數(shù)控系統(tǒng)的質(zhì)量數(shù)控機(jī)床整體的運(yùn)行影響很大。數(shù)控系統(tǒng)可靠性是用戶購(gòu)買(mǎi)時(shí)主要考慮的問(wèn)題，可靠性的程度對(duì)數(shù)控產(chǎn)業(yè)至關(guān)重要?？煽啃苑治龅哪康牟粌H是評(píng)價(jià)系統(tǒng)及其組成單元的可靠性水平，更重要的是通過(guò)分析提高其可靠性。因此，必須對(duì)數(shù)控系統(tǒng)及其組成單元從故障部位、故障模式及故障原因進(jìn)行詳細(xì)的分析，其所形成的故障分析技術(shù)構(gòu)成了可靠性分析的一項(xiàng)重要內(nèi)容。掌握數(shù)控系統(tǒng)的可靠性薄弱環(huán)節(jié)，對(duì)其關(guān)鍵部件或子系統(tǒng)進(jìn)行深入分析具有重要意義。因此，文章對(duì)數(shù)控系統(tǒng)可靠性進(jìn)行研究并總結(jié)出幾點(diǎn)提高可靠性的措施。

1　數(shù)控系統(tǒng)的故障分析

故障模式、影響和致命性分析（Failure Mode、Effect and Criticality Analysis，F(xiàn)MECA）是可靠性研究的重要內(nèi)容，也是產(chǎn)品可靠性改進(jìn)設(shè)計(jì)的重要方法和措施。文章將引用數(shù)控系統(tǒng)故障模式、影響及危害度分析（FMECA）中的結(jié)論。

（1）數(shù)控系統(tǒng)故障部位分析。首先對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的故障部位進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，各故障部位發(fā)生故障的比例如表1所示。

表1　故障部位發(fā)生故障的比例

從表格統(tǒng)計(jì)來(lái)看，該型號(hào)數(shù)控系統(tǒng)硬件故障為89.08%，軟件故障比例為10.92%，說(shuō)明提高該數(shù)控系統(tǒng)可靠性可以首先提高硬件。從表中可見(jiàn)，進(jìn)給驅(qū)動(dòng)單元發(fā)生故障概率為40.34%，電源（14.29%）、主板（12.61%）、電氣系統(tǒng)（8.4%），這幾點(diǎn)是主要故障發(fā)生原因，可以通過(guò)降低這幾個(gè)概率提高可靠性。

（2）數(shù)控系統(tǒng)故障模式及原因分類(lèi)分析。對(duì)該數(shù)控系統(tǒng)的故障模式進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，發(fā)生故障的主要模式為元器件損壞，高達(dá)55.46%，這主要包括一些集成電路板、以及電氣、電子器件的損壞。對(duì)故障原因進(jìn)行分類(lèi)如表2所示。

表2　故障原因分類(lèi)表

從表2可以看出，設(shè)計(jì)和外購(gòu)、外協(xié)件發(fā)生故障的比例為58.82%。其他原因?qū)е碌墓收舷鄬?duì)較為分散，但表中由于用戶和環(huán)境的原因而發(fā)生故障的比例為17.65%，這就要求生產(chǎn)廠商通過(guò)提高售后服務(wù)提高可靠性。

2　數(shù)控系統(tǒng)可靠性分析

（1）數(shù)控系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀。國(guó)內(nèi)外對(duì)數(shù)控系統(tǒng)可靠性的研究多從故障數(shù)據(jù)采集入手，在故障數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上提出可靠性改進(jìn)策略。雖然有了很好地效果，但仍可以進(jìn)一步改進(jìn)。文章主要從數(shù)控系統(tǒng)的軟硬件角度對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行分析。

（2）數(shù)控系統(tǒng)軟硬件可靠性分析?？煽啃苑治鼋⒃趯?duì)研究對(duì)象功能、結(jié)構(gòu)剖析的基礎(chǔ)上。系統(tǒng)可靠性水平在較大程度上取決于其功能和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)任何研究對(duì)象進(jìn)行可靠性研究，深入了解其可靠性結(jié)構(gòu)、分析其可靠性水平現(xiàn)狀，為可靠性設(shè)計(jì)、增長(zhǎng)技術(shù)決策等做鋪墊，是可靠性研究不可或缺的內(nèi)容。產(chǎn)品設(shè)計(jì)在很大程度上決定其可靠性水平，將可靠性納入到系統(tǒng)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)階段考慮，是達(dá)到最終可靠性指標(biāo)的必要措施。

（3）數(shù)控系統(tǒng)可靠性增長(zhǎng)研究。系統(tǒng)產(chǎn)品在原始設(shè)計(jì)階段的技術(shù)成熟程度有限，存在設(shè)計(jì)、材料、工藝等多方面缺陷，不能滿足預(yù)期的可靠性指標(biāo)。可靠性增長(zhǎng)，是為了消除這種滋生故障的潛在危險(xiǎn)而實(shí)施的、以提高系統(tǒng)可靠性水平為目的的一系列改進(jìn)措施。在考慮軟硬件可靠性增長(zhǎng)差異的基礎(chǔ)上，有必要兼顧軟硬件不同增長(zhǎng)特點(diǎn)，建立適應(yīng)系統(tǒng)增長(zhǎng)特性的軟硬件綜合可靠性增長(zhǎng)模型?？梢钥焖俚卣莆沼绊懣煽啃孕畔⒁员慵皶r(shí)反饋給制造商。

3　提高數(shù)控系統(tǒng)可靠性的措施

較早的措施是在數(shù)控系統(tǒng)未正式工作之前，生產(chǎn)廠商通過(guò)可靠性實(shí)驗(yàn)來(lái)盡可能避免故障的發(fā)生。

3.1數(shù)控系統(tǒng)硬件的改進(jìn)措施

（1）從表2中不難看出，因?yàn)樵O(shè)計(jì)原因而發(fā)生的故障概率為34.45%，所以主要改進(jìn)數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

（2）從表中還能看到，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)生故障的另一個(gè)主要原因是零件損壞，所以要保證零件的質(zhì)量可以降低故障率。

（3）還有一個(gè)主要的原因是，由于使用者和維護(hù)者缺乏相關(guān)的培訓(xùn)而發(fā)生故障。

（4）數(shù)控系統(tǒng)故障還涉及到兩個(gè)因素，制造和裝配過(guò)程操作不當(dāng)也會(huì)導(dǎo)致故障發(fā)生，所以應(yīng)該保證在每一個(gè)環(huán)節(jié)都是正常運(yùn)轉(zhuǎn)的。

3.2數(shù)控系統(tǒng)軟件的改進(jìn)措施

為了方便維護(hù)，應(yīng)該建立軟件可靠性保證體系，對(duì)開(kāi)發(fā)的數(shù)控軟件要進(jìn)行可靠性論證，要考慮軟件的容錯(cuò)、避錯(cuò)措施，制定軟件的可靠性考核辦法，以便有效提高軟件的可靠性。

4　結(jié)語(yǔ)

文章通過(guò)對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的故障進(jìn)行分析，分析出數(shù)控系統(tǒng)的可靠性因素，找到降低故障發(fā)生率的措施并實(shí)施，從而提高了產(chǎn)品的可靠性并且降低了生產(chǎn)成本，增強(qiáng)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

參考文獻(xiàn)

［1］賈亞洲.數(shù)控系統(tǒng)可靠性國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及對(duì)策［J］.中國(guó)制造業(yè)信息化，2006，（5）：51-53.

［2］喬巍巍，賈亞洲，張海波，等.數(shù)控系統(tǒng)故障分析及可靠性提高措施［J］.吉林大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，36（9）：70-72.

［3］HoushyarA. Reliability and maintainability of machinery and equipment，part 1：accessibility and assessing machine tool&R&M performance［J］.International Journal of Modeling and Simulation，2004，24 （1）：201-210.

［4］張海波，賈亞洲，周文廣.數(shù)控系統(tǒng)故障模式、影響及危害度分析（FMECA）［J］.中國(guó)機(jī)械工程，2004，6（3）：491-493.

［5］何沛霖，李斌，陸云祥，等.CNC系統(tǒng)可靠性的模糊評(píng)價(jià)［J］.中國(guó)機(jī)械工程，1999，10（11）：1280-1281.

［6］譚華.基于故障樹(shù)分析法的數(shù)控系統(tǒng)可靠性研究［J］.裝備制造技術(shù)，2006，（4）：19-20.

［7］石柱.控制軟件可靠性設(shè)計(jì)和評(píng)估方法［J］.航大控制，2004，22（1）：58-62.

［8］李伯成.嵌入式系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2006.

［9］王曉紅.可靠性試驗(yàn)與可靠性增長(zhǎng)管理［J］.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2004，23（12）：17-19.

Research on Reliability of CNC System

CHANG Ying
（School of Mechanical Engineering，Jilin Agriculture and Technology College，Jilin，Jilin 132101，China）

Abstract:In view of the failure data of a CNCsystem，analysis is made from the fault location，fault modes and fault reason，the weak link in the series of CNC system and its correlative components are analyzed，finally，the main factors that affect the reliability of CNC system are analyzed and the main measures to improve the reliability of CNC system are put forward.

Key words:CNC system；reliability；improving NC system reliability

中圖分類(lèi)號(hào)：TG659.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：2095-980X（2016）05-0067-02

收稿日期：2016-04-28

作者簡(jiǎn)介：常影（1988-），女，吉林長(zhǎng)春人，助教，主要研究方向：模具設(shè)計(jì)、數(shù)控加工及逆向建模等。