魏令侯

摘 要：在當(dāng)前快速響應(yīng)制造的需求背景下，制造企業(yè)面臨研制時間短，技術(shù)上的不確定因素，技術(shù)改造的滯后，產(chǎn)品可靠性缺乏實踐考驗，管理缺乏經(jīng)驗等問 題。深入研究和解決這些問題，必須要貫徹以可靠性工程為重點，積極開展工藝可靠性研究，強化技術(shù)基礎(chǔ)、加強管理，實施技術(shù)與管理的有機結(jié)合，使工藝可靠性 工作最終達到保障產(chǎn)品可靠性的目的。因此，論文以此需求為牽引，在總結(jié)相關(guān)研究的基礎(chǔ)上提出了機械制造工藝可靠性的基本概念和分析方法，并建立相應(yīng)的模型 來指導(dǎo)對機械制造過程的有效控制，為機械制造過程保障產(chǎn)品可靠性的最終目標(biāo)提供技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：機械制造;工藝;可靠性;刀具;數(shù)控機床

對機械制造工藝過程可靠性有兩種認識一種認為機械制造工藝過程可靠性是靠產(chǎn)品質(zhì)量檢臉就能保證另一種認為質(zhì)量檢驗是必要的， 但是， 單靠檢驗是不能保證高可靠性的， 在機械制造中需要十分重視制造工藝對可靠性的影響。對于這兩種認識， 大多數(shù)專家主要還是傾向于后一種的認識因為， 機械產(chǎn)品通過設(shè)計階段后， 其可靠性就已經(jīng)固定了， 只需要制造過程如何進行保證機械產(chǎn)品在制造過程中， 一般是需要多種工藝的， 而每種工藝對產(chǎn)品質(zhì)量的影響又是不相同的， 同時又受到工藝設(shè)備和工人技術(shù)水平的制約。實踐證明一機械制造時所采用的工藝方法、工序安排、設(shè)備、工作規(guī)范和檢較方法等均影響到零件的物理機械特性， 如耐磨性、耐蝕性、疲勞強度等， 并同時影響到這些性能的穩(wěn)定性， 因而也就影響了產(chǎn)品的可靠性我國機械產(chǎn)品質(zhì)量水平上不去， 也主要是由于制造工藝水平低的緣故。因此， 研究制造工藝對可靠性的作用、工藝過程可靠性及其評定方法具有十分重要的現(xiàn)實意義

一、機械可靠性技術(shù)的發(fā)展歷程及現(xiàn)狀

可靠性技術(shù)的研究開始于20世紀(jì)20年代，在結(jié)構(gòu)工程設(shè)計中的應(yīng)用始于20世紀(jì)柏年代。可靠性技術(shù)最早應(yīng)用在二戰(zhàn)末期德國V一Ⅱ火箭的誘導(dǎo)裝置上。德國火箭研究機構(gòu)參加人之一R.Lusser首先提出了利用概率乘積法則，把一個系統(tǒng)的可靠度看成該系統(tǒng)的子系統(tǒng)可靠度的乘積。自從1946年Freuenthal在國際上發(fā)表“結(jié)構(gòu)的安全度”一文以來，可靠性問題扦始引起學(xué)術(shù)界和工程界的普遍關(guān)注與重視。

我國對機械產(chǎn)品可靠性研究起步較晚，20世紀(jì)80年代才得到較快發(fā)展，機械行業(yè)相繼成立了可靠性研究的相關(guān)協(xié)會，各有關(guān)院所和高校也開展了機械產(chǎn)品可靠性研究，制定了一批可靠性標(biāo)準(zhǔn)，取得了較大的成果。但總的看來，理論研究多，實際應(yīng)用少，與西方國家差距大，有些成果尚不能完整地成熟地應(yīng)用在不同的機械系統(tǒng)中。

廣義可靠性包括：狹義可靠性與維修性，是指產(chǎn)品在其整個壽命期限內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。廣義可靠性亦稱隨即模糊可靠性，是同時考慮，不確定因素中隨機性和模糊性的總稱，廣義可靠性對于可能維修的產(chǎn)品和不可維修的產(chǎn)品有不同的意義，對于可能維修的產(chǎn)品來說，除了要考慮提高其可靠性外，還應(yīng)考慮提高其維修性，而對不可維修的產(chǎn)品來說，由于不存在維修問題，只需考慮提高其可靠性。

二、刀具的可靠性研究

刀具是機床最為重要的零部件之一，其完好程度直接關(guān)系到機床的加工精度。在加工過程中，刀具在件表面上滑動，相互之間存在著極大的摩擦力，故刀具也是機床中最容易發(fā)生失效的部件。

刀具可靠性的預(yù)測，可分為兩種方法，一種是有加工質(zhì)量來預(yù)測刀具可靠性，傳統(tǒng)的基于樣本壽命統(tǒng)計基礎(chǔ)上的可靠性分析方法得到的是設(shè)備整體可靠性估計，對于正在運行的單臺或小批量設(shè)備，這些統(tǒng)計數(shù)據(jù)的意義不大，人們更關(guān)心的是當(dāng)前所用設(shè)備的壽命裕度可靠性。作為設(shè)備運行過程的一種退化信息，加工質(zhì)量能夠?qū)崟r反映設(shè)備的性能、精度，準(zhǔn)確判定設(shè)備的時間、動態(tài)特性?；诠ぜ庸べ|(zhì)量信息而提出的的可靠性預(yù)測方法，預(yù)測所采用的工具是BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)輸入為工件加工質(zhì)量向量，這些指標(biāo)能夠反映設(shè)備性能退化過程，具有明顯趨勢性變化和明確失效閾值定義。網(wǎng)絡(luò)輸出為設(shè)備運行到某一時刻時不同指標(biāo)值所對應(yīng)的瞬時可靠度。其中瞬時可靠度的確定是預(yù)測結(jié)果正確與否的關(guān)鍵，本文結(jié)合Baves方法和KM評估器思想，以大于性能退化指標(biāo)觀測值的正常樣本數(shù)目和所有樣本數(shù)目比值連乘積作為設(shè)備的瞬時可靠度，這種算法簡單高效，而且不需要對設(shè)備進行失效概率密度函數(shù)（PDF）估計，所以不會因樣本太少而引起大的估計誤差。通過對實際刀具可靠度的準(zhǔn)確預(yù)測，驗證了該方法的有效性。

Logistic回歸模型是二分類因變量進行回歸分析時經(jīng)常使用的統(tǒng)計分析方法，由于充分考慮了內(nèi)稟增長率和環(huán)境因素限制兩方面的因素，因此在生態(tài)學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)和流行病學(xué)等方面獲得了廣泛的應(yīng)用。Logistic回歸模型可在一系列狀態(tài)特征參數(shù)表征下給出事件發(fā)生的概率，為決策者的結(jié)果分析和預(yù)測提供依據(jù)，這種做法與設(shè)備可靠性評估的思想是一致的。在機械設(shè)備性能評估和剩余有效壽命預(yù)測應(yīng)用研究方面，一些專家已經(jīng)做了一些有意義的探索性工作。相關(guān)學(xué)者基于歷史失效數(shù)據(jù)建立logistic，利用在線信號特征對設(shè)備性能進行評估，并采用ARMR模型估計設(shè)備有效剩余壽命。CAO等人采用logistic回歸模型建立起退化參數(shù)與失效概率間的映射關(guān)系，并采用SVR退化趨勢預(yù)測方法估計設(shè)備剩余有效壽命。

三、數(shù)控機床整機及關(guān)鍵功能部件可靠性研究方案

1.數(shù)控機床整機可靠性研究領(lǐng)域及可行的研究方案為：

（1）確定數(shù)控機床整機的壽命分布模型，制定可靠性評價指標(biāo)體系，從而進行可靠性評價;

（2）運用故障分析方法進行可靠性分析，運用模糊數(shù)學(xué)等相關(guān)理論進行故障分析，從而量化一些不確定因素;

（3）進行可靠性增長策略研究。制定數(shù)控機床整機的可靠性設(shè)計準(zhǔn)則，結(jié)合現(xiàn)有機床產(chǎn)品暴露的薄弱環(huán)節(jié)及故障原因，提出可靠性改進措施。

2.數(shù)控機床功能部件可靠性研究方案：

（1）針對某種數(shù)控機床功能部件的特殊性，制定具體的可靠性試驗規(guī)范，開發(fā)面向產(chǎn)品壽命周期動態(tài)過程和協(xié)同環(huán)境的可靠性現(xiàn)場試驗新技術(shù);

（2）根據(jù)所制定的試驗規(guī)范，進行數(shù)控機床功能部件可靠性試驗，獲得數(shù)控機床功能部件產(chǎn)品的現(xiàn)場試驗故障數(shù)據(jù)，將故障數(shù)據(jù)整理后進行可靠性分析（故障模式、影響及危害性分析）。根據(jù)可靠性分析結(jié)果得知該類數(shù)控機床功能部件產(chǎn)品的可靠性薄弱環(huán)節(jié)，為新產(chǎn)品可靠性試驗方案的制定提供依據(jù);

（3）制定專門針對數(shù)控機床功能部件產(chǎn)品的可靠性評價指標(biāo)體系，準(zhǔn)確有效地評價其可靠性水平;

（4）通過對數(shù)控機床功能部件的可靠性分析與評估，提出數(shù)控機床功能部件的可靠性增長新方法。

四、結(jié)語

對機械制造過程保障產(chǎn)品質(zhì)量的研究已有一些可供借鑒的成果，但是還缺乏系統(tǒng)的總結(jié)，而對機械制造過程保障產(chǎn)品可靠性的研究尚處于起步階段。機 械制造工藝可靠性的研究，立足于探索機械制造過程保障產(chǎn)品可靠性的理論和實踐方法，為設(shè)計和改進工藝路線、縮短開發(fā)周期、生產(chǎn)符合可靠性要求的產(chǎn)品提供有 效參考。因此，機械制造工藝可靠性的研究具有重要的理論和實踐意義，必將引起廣泛的關(guān)注，取得越來越多的研究成果。

參考文獻：

[1]張學(xué)富。陳兆能.溢流閩可靠性增長試驗分析Ⅱ].傳動技術(shù)，1997，97（2）：41—47.

[2]周源泉，朱新偉.論加速可靠性增長試驗新方向的提出Ⅱ].推進技術(shù)，2000，21（6）：6-9.