機械設備運行可靠性評估的發展與思考

劉作巖

（中鐵十三局技師學院，吉林 長春 130012）

機械設備運行可靠性評估的發展與思考

劉作巖

（中鐵十三局技師學院，吉林 長春 130012）

現如今，我們基于大樣本條件下得出的平均可靠性是不能滿足對于個體設備的評價的。鑒于這個原因，要想實現對設備的有效評價，可以從機械設備的運行出發，按照這種評價方式，將機械設備的運行和對其的評價建立相應的模型，從而更好地實現對其可靠度的判斷。下面，本文就機械設備運行的可靠性評估及其相關問題做出闡述。

機械設備；運行可靠性；評估

一、機械運行可靠性的評估方式

因為在實際的評估中，所需的數據不全，因此，要想有效地解決這一問題，可以通過針對一個特定的機械設備，對其初夏故障的原因進行具體剖析，并且對存在故障的特點的評價方式進行提取，然后通過對設備的運行狀態的了解，將具體的信息與其運行的可靠度進行模型額建立，最終達到對其可靠性的精確計算。

在機械設備的運行中，不管是其發出的聲音、位移、應力等各種在運行中所產生的狀態，都能夠對設備的實際情況進行有效地反應。從而使對設備的可靠性評價能夠有更多的信息作為參考。除了通過設備的運行狀態對其具體信息進行獲取以外，要想更好地實現對設備可靠性的評價和分析，還應該對故障特征以及信號處理問題和故障原因以及動態建模進行分析。就像醫學中的解剖學和病理學所起的作用一樣，正問題能為機械中存在的故障提供相應的信息。例如，在數控機床中的高速主軸的滾動軸承在進行高速轉動的時候，由于其會受到離心力以及陀螺力矩的影響，因此，在實際的分析匯總，我們可以通過這一問題對軸承內外圈的受力問題進行分析，并且可以得出外圈的損傷程度相對比較嚴重。另外對其的反向思維，與醫學中的診斷學類似，可以利用經驗模式分解、隨機共振以及其他的一些比較先進的信號處理技術對發生故障的前期表現以及特點進行收集，這樣才能更好地對發生故障的部位以及故障程度進行分析和確定，然后據此提供相應的維修技術。例如，在實際的工作中，可以利用包絡解調技術以及第二代小波包頻帶能量分解，對電力機車輪對軸承的損傷程度進行判斷，并且可以推出在這種條件下，電力機車運行的可靠性，要想實現對設備運行可靠性的準確分析和評價，就需要對相應的信號進行有效地處理，并且還要對故障出現的前期特點進行提取，然后與對故障發生的原因分析和建模進行綜合。通過對這一問題從兩個方面研究以后，還應該對設備運行中容易出現問題的部門以及關鍵零件進行區分，這樣就能夠有效地提高解決故障的效率。通過對機械設備運行中損傷最嚴重的部分，對其運行可靠性進行衡量。要想使設備運行可靠性以及運行狀態之間的關系充分得以體現，可以使用相關系數法以及凝聚函數法等方法進行建立二者之間的關系。圖1為具體的關系展示。通過對這兩種關系的反應，就可以有效地將運行的可靠度推算出來，在此基礎上，再將發生故障的特征以及對信號的處理結果進行綜合，這樣就能夠有效地實現對機械設備運行可靠性的有效評估。

圖1　機械設備運行狀態與可靠性關聯映射模型

二、機械設備可靠性評估中存在的問題及其改進

（一）機械設備可靠性評估中存在的問題

在傳統可靠性理論處理隨機不確定性的信息時，我們依靠的數學工具主要是概率論和數理統計。我們通過使用傳統的可靠性評估方法，可以明確失效設備的布局，這樣就能夠有效地實現對同一類型設備的可靠性的平均估計。不過在實際的運行中，由于不同設備中的每一個零部件失效、損傷、故障的程度和運行可靠性是不同的。那也就是說，我們在進行機械設備的可靠性評估的作業中，由于只是針對一個設備進行的評價，所以，從某種程度上來說，這種結果具有個體性，它僅僅是對某一設備的可靠運行的評估結果。如果將以往的可靠性評價方式在機械設備中進行應用，就會出現以下問題：

1.在實際對機械設備的可靠性進行評估的時候，需要相應的概率論以及數理統計等作為基礎，一定程度上我們就得有統計中所需要的大量的數據，然后通過這些數據進不斷的試驗，從而明確數據的有效性。不過在實際的工程進行中，我們一般對某一種機械設備進行可靠性評價的時候，都是針對特定的設備進行的收據的收集，如果出現諸如飛機失事這些并沒有概率重復性問題存在的事件來說，即使利用大樣本收集進行計算也是難以實現的。

2.以往的可靠性分析的進行，幾乎都有借助設備的失效性，通過對失效性參數的了解，從而實現對設備運行可靠性的評價，這是以往的分析方法中最主要的一個方式。但是就設備的失效性來說，其本質也是需要進行一定的假設的，完全符合實際的失效性分別也是很難進行預估的。

3.二值假設以及有限狀態將設是以往進行可靠性評價的基礎。在實際進行可靠性評價的時候，通過對假設設備的狀態只有失效和正常兩種狀態。不過在實際的使用中，設備并不是以這兩種狀態存在的，因為他是逐漸老化的，其狀態并不明確，因此，從這一方面來說，二值假設以及有效狀態假設對機械設備的失效過程的描述并不能準確的實現。

（二）如何更好地實現對機械設備的有效性評估

在機械設備的可靠性分析中，由于傳統的方式不能對其的動態變化進行有效地掌握和預估。在這種情況下，一些學者開始針對這一問題的研究。2009年的時候，ZIO提出利用動態可靠性分析方法，對目前不同的機械設備的系統、維修以及管理的部件進行特點的模擬。2007的時候，以趙炤為首的研究人員，通過貝葉斯方法，對已經退化的產品的相關數據反映到了設備的可靠性運行的模型中，2008年，王磊等研究人員利用單架飛機進行了參數的收集，實現了對運行可靠性的評估。2009年的時候，XU等研究人員，實現了對于機械設備的在線故障預測，并且建立了相應的模型。這一模型的建立是以故障預測和粒子濾波為基礎，利用蒙特卡洛放著技術對系統得運行可靠性進行評價。CHING等人則提出了以貝葉斯為基礎的，再利用子集仿真實現對系統的實時監測，進而實現對其可靠性更精確的分析。這種方法能夠有效地實現對系統失效概率的預估。2011年，MA等相關研究人員通過對現場數據的收集，利用貝葉斯分析法以及相應的退化數據實現了對設備實時可靠性的分析。法國MEJRI等研究人員人通過考慮環境條件和載荷條件，材料屬性的隨機和暫時特征，為了實現設備的安全使用，并且延長其使用期限，醍醐了一種新的方法。這種方法可以對設備的動態進行實時地監測，進而實現對其可靠性的有效預估。這種方法的提出，較大的推動了可靠性評價的發展。不過從當前的研究狀況而言，這一方法仍然處于萌芽階段，要想使這一方式在實際的設備可靠性評價中得到廣泛地應用，還需要不斷的深入研究。

從以上的分析可以看出，國外的學者在進行可靠性研究的時候，幾乎都在盡量地減少可靠性研究對于概率統計的依賴性。比如在對設計性能退化路徑的研究中，雖然已經提出了相應的分析方法，并且在機械設備的運行中也得到了很大的進步，但是，如果將這些方法應用于工程中，還使存在著一定的局限性：首先，就目前的現狀而言，對于可靠性評價的改善，幾乎都是基于概率分析以及數理統計進行的，這些方式都在一定程度依賴著大樣本條件，另外，目前在對設備的運行過程記性可靠性分析的方法中，大多數都沒有實現對機械設備失效機理的深入研究，也沒有對機械設備運行的狀態信息進行收集，這樣一來就不能有效地對其性能的下降原因進行有效地分析，并且具體下降的機械設備的特征也就得不到有效地收集。

結語

機械設備運行可靠性評估的相關問題諸多，我們只有不斷探索、不斷研究，才能推進運行可靠性評估理論和技術的發展。

［1］張義民.機械可靠性設計的內涵與遞進［J］.機械工程學報，2010，46（14）：167-169.

［2］何正嘉，熊詩波，陳進.機械設備運行可靠性評估的狀態信息方法［J］.振動與沖擊，2012，31（增刊）：384-387.

［3］賈亞洲，楊兆軍.數控機床可靠性國內外現狀與技術發展策略［J］.中國制造業信息化，2009（8）：35-37.

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