華鑫斌

（安徽工業(yè)大學(xué)　機械工程學(xué)院，安徽　馬鞍山　243032）

隨著時代不斷發(fā)展，我國科學(xué)技術(shù)水平逐漸提升，大部分企業(yè)開始重視對機械設(shè)備的運行進行可靠性評估，以此來提升設(shè)備設(shè)施的工作效率.機械設(shè)備的有效運轉(zhuǎn)與維護，對于企業(yè)的生產(chǎn)水平與經(jīng)濟產(chǎn)生直接的關(guān)聯(lián)，因此，只有做好機械設(shè)備運行的可靠性評估，才能從根本上保證設(shè)備處于穩(wěn)定的運轉(zhuǎn)狀態(tài)，從而幫助企業(yè)提升經(jīng)濟效益.

1　現(xiàn)階段機械設(shè)備運行可靠性評估存在的問題與解決方法

1.1　存在的問題

傳統(tǒng)的可靠性理論在發(fā)展過程中，具有不確定性與隨機性等特點，因此，主要利用的評估方法為數(shù)理統(tǒng)計方法與概率學(xué)方法，其主要是指通過對大量的并且具有重復(fù)性的樣本進行失效分布測量，從宏觀角度進行分析，并得出一個具體的概率數(shù)值，從而通過數(shù)值對機械設(shè)備的運行可靠性進行評估.但在實際的測量過程中，由于設(shè)備的運行環(huán)境、零件狀態(tài)、失效程度以及運行情況等均有所不同，導(dǎo)致機械設(shè)備的運行可靠性必然也存在較大的差異.具體來說，主要存在以下幾點問題：

1.1.1大樣本數(shù)據(jù)問題

在對機械設(shè)備運行可靠性進行評估時，通常情況下利用數(shù)理統(tǒng)計學(xué)與概率學(xué)兩種方式，但這兩種方法需要以大量的數(shù)據(jù)樣本為基礎(chǔ)，而在實際的評估過程中，相關(guān)的機械設(shè)備一般為小樣本，并且部分的設(shè)備問題并不具備概率問題，導(dǎo)致大數(shù)據(jù)樣本出現(xiàn)問題[1].

1.1.2失效分布參數(shù)不準確

在實際測評時，傳統(tǒng)的方法需要以設(shè)備失效參數(shù)為基礎(chǔ)，從而計算出設(shè)備的失效概率，但實際上，設(shè)備的失效分布參數(shù)屬于一種假設(shè)性，具有不準確性，并且通常進行小樣本評估，從根本上提升了評估難度.

1.1.3傳統(tǒng)評估方法為假設(shè)

在傳統(tǒng)的設(shè)備有效性評估過程中，評估方法通常為假設(shè)，例如，二值假設(shè)、有限狀態(tài)假設(shè)等，假設(shè)相關(guān)的機械設(shè)備只存在兩種狀態(tài)，一種是正常運行，一種是故障狀態(tài)，但實際上，機械設(shè)備受外界因素與工作因素影響，其狀態(tài)具有不確定性，導(dǎo)致評估方法假設(shè)存在問題.

1.1.4機械設(shè)備內(nèi)部構(gòu)造復(fù)雜

一般情況下，機械設(shè)備通常由大量的零件組合而成，在運行過程中，每一個零件都具有不同的失效分布規(guī)律，導(dǎo)致機械設(shè)備的失效概率具有不確定性，難以進行有效的失效評估.

1.2　解決方法

1.2.1利用較少依賴概率分布方法

基于傳統(tǒng)的大數(shù)據(jù)樣本問題，可以利用先進的較少依賴概率分布方法進行有效的改進，利用此方法，避免小樣本數(shù)據(jù)影響，降低數(shù)據(jù)分析的難度，從而提升評估的準確性.

1.2.2利用實時動態(tài)可靠性評估方法

在傳統(tǒng)的分析評估過程中，傳統(tǒng)方法難以有效的測量出設(shè)備的實時運行狀態(tài)，因此，應(yīng)改變傳統(tǒng)的評估方法，利用實時動態(tài)可靠性評估方法，對其進行有效性測評，提升測評的效率.

1.2.3利用動態(tài)信號處理評估方法

動態(tài)信號的利用，可以從根本上折射出設(shè)備的運行狀態(tài)，改變傳統(tǒng)的測評方法，從而為設(shè)備的有效性評估提供有效的參考信息，同時將設(shè)備的可靠性與運行的狀態(tài)相互連接，以此來進行判斷.

1.2.4將產(chǎn)品的失效路徑進行假設(shè)

受設(shè)備內(nèi)部構(gòu)造復(fù)雜影響，由于機械設(shè)備的運行環(huán)境具有較大的差別，因此，可充分利用產(chǎn)品失效方法，降低人為因素的干擾，獲取完整的設(shè)備退化指標，從而得到設(shè)備的失效分布，進行有效的設(shè)備失效評估.

2　機械設(shè)備運行可靠性理論與技術(shù)

2.1　機械設(shè)備的運行可靠度與可靠性

機械設(shè)備屬于一個整體的運行系統(tǒng)，由大量的零部件組合而成，例如，軸承、齒輪、轉(zhuǎn)子、鏈條等，從而形成完整統(tǒng)一的機械設(shè)備，達到設(shè)備實際原有的功能，以此來保證機械正常有效的運轉(zhuǎn).例如，下圖是某機械的運轉(zhuǎn)齒輪，如圖1所示.

圖1　某機械運轉(zhuǎn)齒輪

機械設(shè)備的可靠性與可靠度是設(shè)備正常運行的參考值，在國標GB/T 20921-2007將可靠度進行明確的定義，是指在一定的條件下，機械設(shè)備能有效的進行運轉(zhuǎn)，并且不失效，從而達到原本的功能要求概率.在傳統(tǒng)計算過程中，可靠度以失效率進行表示，并形成指示函數(shù)公式：R（t）=exp(-h(t)dt),其中，h(t)是指機械設(shè)備的失效率函數(shù)，t是指相關(guān)的時間變量，該公式主要表示為在t時間后，機械設(shè)備的失效幾率.通常情況下，一臺機械設(shè)備的失效率函數(shù)值難以獲取，導(dǎo)致可靠度的數(shù)值也難以求出，因此，以R（t）可靠度定義為基礎(chǔ)：在機械設(shè)備正常運轉(zhuǎn)的條件下，工作時間與運行狀態(tài)形成量化數(shù)值，并且，R（t）可靠度為 t的函數(shù)，所以為正實數(shù)，其值域范圍在[0,1]之間.

2.2　設(shè)備運行的可靠性評估方法

針對某一臺機械設(shè)備，其自身的設(shè)備故障特征與故障機理是運算出機械設(shè)備可靠性數(shù)值的前提，因此，應(yīng)建設(shè)出有效的機械設(shè)備與運行狀態(tài)之間的關(guān)系模型，通過相關(guān)的映射反應(yīng)，以此計算出運行的可靠度，從而解決了當前缺乏概率統(tǒng)計數(shù)據(jù)的現(xiàn)狀.機械設(shè)備在運行過程中，必然會出現(xiàn)相關(guān)的運動狀態(tài)，例如，發(fā)出聲響、產(chǎn)生移動、出現(xiàn)溫度變化、產(chǎn)生壓力、應(yīng)力等，并且將自身的運行狀態(tài)通過狀態(tài)信息進行反映，以此來顯示出自身的退化信息，從而為機械設(shè)備的可靠性評估提供有效的參考信息.在設(shè)備實際運行過程中，可以以設(shè)備的運行狀態(tài)信息為依據(jù)，對動態(tài)模型與故障機理進行詳細的分析，并提取出故障的特征與故障信號.動態(tài)模型與故障機理主要是在不同條件下，對機械設(shè)備自身的零件等受到的的溫度、壓力、應(yīng)力等物理作用，從原理上分析出故障原因[2].

2.3　計算設(shè)備的運行可靠度

利用當前先進的信號處理技術(shù)與信號處理理論，可以有效的為機械設(shè)備評估提供方法，參考設(shè)備運行過程中發(fā)生的損傷與設(shè)備運轉(zhuǎn)特征，從而對機械設(shè)備進行可靠性評估.在計算設(shè)備的運行可靠度時，可以利用以下幾種方法進行計算：

2.3.1函數(shù)凝聚法

在對機械設(shè)備進行可靠性評估過程中，對于相同類型的機械設(shè)備可以以正常的設(shè)備狀態(tài)為參考，從而對其進行機械設(shè)備評估，其可靠度的計算公式為 R（Tx,y(f)）=max[|Sx,y(f)|2/Sx(f)Sy(f)]=max[T2x,y(f)]，在公式中，x是指狀態(tài)良好的設(shè)備，y表示待測評的機械設(shè)備，Sx,y(f)是指信號的互功率普，T2x,y(f)則指信號的凝聚函數(shù).

2.3.2狀態(tài)參數(shù)量法

在機械設(shè)備正常運轉(zhuǎn)過程中，當某個機械零件出現(xiàn)損傷時，將導(dǎo)致機械設(shè)備運行狀態(tài)中某個特征常量發(fā)生變化，將該常量標記為k,當該常量數(shù)值增大時，表示機械設(shè)備的運行可靠度下降，其計算公式為：R(k)會有三種情況，0、1或者一個數(shù)值范圍，當R(k)=0時，則表明相關(guān)的數(shù)值k大于設(shè)備特征常量的最小值，當R(k)=1時，則表明相關(guān)的數(shù)值k小于等于特征常量的最大值，當R（k）=1-(k-特征常量最小值/特征常量最大值-特征常量最小值)時，則表明k值在特征最小常量與特征最大常量之間，通過上述公式可知，R（k）的數(shù)值在0至1之間.

3　機械設(shè)備運行可靠評估實際案例

在機械設(shè)備的運行可靠性評估中，可以通過實際的案例進行驗證，以此來驗證評估方法的實際效果.以回轉(zhuǎn)機械為實驗對象，進行可靠性測評，利用上述的狀態(tài)參量法，計算出滾軸運行過程中的可靠度，從而評估回轉(zhuǎn)機械損傷退化為失效狀態(tài)的運行可靠性.

在計算過程中，回轉(zhuǎn)機械的振動程度可以以振動速度的均方根值進行表示，具體表示為Vrms=V2（t）dt/T,將回轉(zhuǎn)機械的絕對振動量作為基礎(chǔ)，并對其速度進行分類，以表格的形式將速度的均方根值與運行狀態(tài)表示，如表1所示.

表1　回轉(zhuǎn)機械的振動速度均方根值與運行狀態(tài)分類

通過上表，利用狀態(tài)參量法進行計算，不允許狀態(tài)的最小值為25mm/s,則將最小特征常量定為a1=0.25mm/s,最大特征常量定為a2=25mm/s,并將該數(shù)值帶入到公式中，得出相關(guān)的數(shù)值，并以表格的形式進行表示，如表2所示.

表2　回轉(zhuǎn)機械的運行可靠度與運行狀態(tài)對比

通過表2可知，當回轉(zhuǎn)機械的運轉(zhuǎn)可靠度數(shù)值大于0.90時，機械處于良好的運轉(zhuǎn)狀態(tài)，當可靠度數(shù)值在0.74至0.84之間時，則表示回轉(zhuǎn)機械的運行狀態(tài)滿意，當可靠數(shù)值小于0.62時，則表示回轉(zhuǎn)機械的運行狀態(tài)不滿意或者不允許[3].

4　結(jié)論

綜上所述，機械設(shè)備可靠性評估發(fā)展與思考過程中，應(yīng)充分利用基于狀態(tài)信息的運行可靠性評估方法，以傳統(tǒng)的可靠性基礎(chǔ)理論為前提，賦予運行可靠性新含義，同時利用計算回轉(zhuǎn)機械的運行可靠性度進行實踐，驗證方法的有效性，以此來為現(xiàn)階段機械設(shè)備運行可靠性評估缺乏概率統(tǒng)計數(shù)據(jù)與大樣本數(shù)據(jù)開辟新途徑.

參考文獻：

〔1〕付玉東.機械設(shè)備智能維護系統(tǒng)數(shù)采終端開發(fā)與散熱風扇可靠性研究[D].北京化工大學(xué),2016.

〔2〕楊鵬.基于在線監(jiān)測信息的機械設(shè)備關(guān)鍵零部件壽命預(yù)測方法研究[D].電子科技大學(xué),2016.

〔3〕高兵.基于溫度梯度及統(tǒng)計特性的IGBT模塊失效評估方法研究[D].重慶大學(xué),2016.