數(shù)控機(jī)床可用性研究綜述

陳心蔚

(中國礦業(yè)大學(xué)(北京)，北京 100089)

1 可用性評估指標(biāo)

可用性是一個抽象且復(fù)雜的概念，因此為了評估可用性好壞，研究者們根據(jù)他們評價用戶界面特征通常把它劃分為幾個屬性。表1為常用的可用性評價指標(biāo)體系。[1-2]

表1 常見的可用性評價指標(biāo)

由表1可知，國內(nèi)外學(xué)者們在可用性評價指標(biāo)分類的觀點(diǎn)比較相似，其中以可學(xué)習(xí)性、效率、有效性和用戶滿意度對可用性評價指標(biāo)劃分的認(rèn)可度最高。

下面依次說明這幾個指標(biāo)的含義。可學(xué)習(xí)性是指能否讓新手學(xué)會并且易于讓新手學(xué)會使用數(shù)控機(jī)床各項(xiàng)操作并加工出合格的產(chǎn)品，以及是否能達(dá)到最佳的交互效能。效率是指用戶完成某一產(chǎn)品加工的完整度和正確度，其中要綜合考慮完整頻度、出錯頻度以及求助頻度3個方面。效率是在有效性的條件之下，即加工產(chǎn)品有較好的完整度，較高正確度的條件下所消耗的總資源量，其中包括人力、費(fèi)用、時間等方面。用戶滿意度指的是用戶對于操作數(shù)控機(jī)床后對機(jī)床的評價是否舒適以及對機(jī)床的接受程度。

了解了可用性指標(biāo)評估之后，便可以縮小范圍，將宏觀的可用性概念縮小為機(jī)床的可用性概念，就數(shù)控機(jī)床的可用性進(jìn)行討論。機(jī)床的可用性是可靠性、維修性以及維修保障性的綜合考量。可靠性通常可用以下評估指標(biāo)對其進(jìn)行綜合評價，即可靠度、故障率、平均故障間隔時間(MTBF)、使用壽命。下面分別闡述這幾個指標(biāo)的含義。可靠度指的是在規(guī)定時間內(nèi)完成規(guī)定功能的概率，即在規(guī)定時間內(nèi)，數(shù)控機(jī)床制造出合格產(chǎn)品的概率。故障率指的是從首先發(fā)現(xiàn)機(jī)床故障時起，之后的單位時間內(nèi)發(fā)生故障的概率。故障間隔時間指的是當(dāng)機(jī)床反復(fù)修復(fù)后繼續(xù)使用，觀察測量得出的每次的故障時間間隔。使用壽命即機(jī)床從開始到已經(jīng)無法再次修復(fù)并投入使用的時間。對于可靠性的指標(biāo)也有按照平均故障間隔時間(MTBF)、平均修復(fù)時間(MTTR，Mean Time to Repair)、固有可用度以及精度保持時間。其中，平均修復(fù)時間指機(jī)床從故障到修復(fù)至能完成指定功能的時間間隔平均值。固有可用度又稱有效度，與可靠度的定義相似可參考可靠度。而精度保持時間指的是在規(guī)定的條件下，機(jī)床精度保持在規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)的時間長度。

2 數(shù)控機(jī)床可用性建模

建模是評估的核心，同時也是維修決策的前提，由于數(shù)控機(jī)床可用性的復(fù)雜及抽象性，更需要研究者們通過建模找到有關(guān)于機(jī)床可用性各參數(shù)之間的關(guān)系，進(jìn)而使評估方法更加清晰具體。

系統(tǒng)可用性評估可分為3類：靜態(tài)建模法、動態(tài)建模法以及仿真建模法。在工程運(yùn)用中應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、屬性以及數(shù)據(jù)信息的掌握情況，在不同條件下使用不同的建模方法。可用性也是可靠性、維修性和維修保障性的綜合反映，吉林大學(xué)是國內(nèi)最先開展數(shù)控機(jī)床可用性的機(jī)構(gòu)之一，吉林大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)不僅對數(shù)控車床加工中心進(jìn)行可靠性建模，建立了故障間隔時間以及維修時間的分布模型[3]。山東大學(xué)張強(qiáng)提出基于功能元法的數(shù)控機(jī)床可靠性信息模型[4]。東北大學(xué)的王正綜合運(yùn)用應(yīng)力-強(qiáng)度干涉模型、順序統(tǒng)計(jì)量理論、泊松隨機(jī)過程以及概率微分方程，建立零部件和系統(tǒng)的動態(tài)可靠性模型。浙江大學(xué)李星軍建立了數(shù)控磨床首次故障間隔時間的威布爾分布模型[5]。

3 存在的問題

目前對于數(shù)控機(jī)床的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證較少，大多處于理論研究階段。如上述，數(shù)控機(jī)床可用性是一個復(fù)雜抽象的過程，并且與使用環(huán)境相關(guān)，僅僅依賴?yán)碚撗芯繜o實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證將會使最終將理論運(yùn)用于實(shí)際時產(chǎn)生較大偏差。對于數(shù)控機(jī)床的可用性研究體系還不夠完善。目前針對可用性研究大多基于人機(jī)交互或數(shù)控機(jī)床外觀造型的研究，對于機(jī)床的可用性研究評價的研究還不夠深入。

目前國內(nèi)對于機(jī)床可用性研究越來越多，也越來越重視，但是大部分是針對可用性研究中的機(jī)床可靠性以及故障維修方面的研究，并且大多也是分析性評估方法，對于可用性的綜合研究仍然不夠深入。針對機(jī)床的可用性評估，大部分仍采用專家評分的辦法，主觀性太強(qiáng)。

4 結(jié)語

我國現(xiàn)有較為完整的工業(yè)鏈，而數(shù)控機(jī)床擁有精度高、效率高、可加工零件范圍廣等特點(diǎn)，因此對于數(shù)控機(jī)床的需求量會越來越大。擁有較好可用性的數(shù)控機(jī)床可減少生產(chǎn)成本，擁有用戶體驗(yàn)性更強(qiáng)等特點(diǎn)，因此對于機(jī)床可用性研究也會越來越深入。