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淺析機械裝備可靠性研究及展望

作者:2017-06-20 16:38文章來源:未知

  1 前言

  隨著我國制造業的飛速發展,機械設備日益精密,邁向了與傳統制造強國競爭的時刻。對于重大或尖端機械設備如高速鐵路列車,大型客機,大型航空器等,其質量和性能的競爭越來越多地取決于可靠性的競爭,更有甚者,美國有關部門曾將可靠性技術列為世界三大工程技術成就之一,可見其地位的重要性。我國雖已成為制造業全球第一的制造大國,但制造出的機械裝備即使精度和性能與發達國家如德國等無異,但可靠性參數如平均使用壽命等遠低于發達國家設備,設備的首發故障時間也低于發達國家,尤其在農業機械,工程機械等領域,群眾寧愿多大價錢買國外進口的水稻插秧機,就是因為我國產機械設備可靠性太低??梢娍煽啃约夹g已成為我國成為制造強國,實現中國制造2025 的關鍵所在。

  2 可靠性的定義與內涵

  機械裝備可靠性的定義是產品在規定的條件下和規定的時間內,完成規定功能的能力。其基本內涵是規定的時間,規定的條件,規定的對象,規定的功能,即四規定,這也是可靠性這一概念的核心。

  細細分來,機械裝備的可靠性又可分為機械裝備的設計可靠性,制造可靠性,運行可靠性,維修可靠性,管理可靠性等。其中設計和制造的可靠性體現了設備在設計制造或者說是前期管理中的水平。而運行可靠性體現了設備在使用過程中的安全可靠狀態,也是我們最為關注的。維修可靠性和管理可靠性則體現了設備在維修過程的狀態(難易等)和設備管理的管理水平。

  3 機械設備的故障曲線及其啟示

  與可靠性最為相關的因素是故障。產品不能完成規定功能的事件或狀態稱為故障,機械裝備的可靠性是產品隨時間完成規定功能的保持能力,換名話說,要長時間的保持性能就是不要出故障,不出故障或出了故障能很快維修是裝備可靠性的特性。因此,研究可靠性有必要研究機械設備的故障曲線,即浴盆曲線,并從中獲得啟示。

  機械裝備有突發故障與漸進性故障之分,大部分為漸進性故障。對其,據長期以來的理論研究和數據統計,發現多數設備失效率曲線,它明顯地分為三段,分別對應設備的三個不同階段或時期。即早期故障期,偶發故障期,磨損故障期。

  第一階段是早期故障期;表明設備在剛投入使用時,故障率很高,但隨著產品工作時間的增加,故障率迅速降低,這一階段失效的原因大多是由于設計,制造過程中的缺陷而造成的。

  第二階段是偶發故障期,這一階段的特點是故障率較低,且較穩定,往往可近似看作一條水平直線,出現故障的原因往往由于維修操作不當引起,這一時期是產品的正常使用階段。

  第三階段是磨損故障期;該階段的失效率隨時間的延長而急速增加,主要原因往往對應于元器件已進入劇烈磨損階段,正常工作表面被破壞,磨損劇烈,如不及時維修,設備將停機或出現嚴重后果。

  對于一階段加強設備的前期管理,在產品出廠前試驗,在投入使用前調試驗收;提高操作人員的操作、維護水平,按照操作規章行事可延長設備的正常使用壽命;對于進入第三階段的設備,及時進行更新改造可避免出現重大故障。上述即從浴盆曲線中獲得提高設備運行可靠性的措施。

  4 我國對于機械裝備可靠性技術研究中出現問題

  4.1 傳統可靠性研究是基于概率論與數理統計,即基于大數據的研究,而很多重大事故如日本福島核電站爆炸,美國航天飛機爆炸等都是偶發事件,案例很少,很難獲得切實可行的大數據進行統計分析。而若采取一般的機械設備的可靠性試驗的方法,則要費資、費力,備件費用大周期長,而且不能大容量。

  4.2 大多數可靠性研究如機械產品可靠性實驗等忽略了機械失效機制的多樣性和其與機械產品實際運行環境的關系。只在理想條件下實驗出的實驗結果,即使擁有大數據,也與實際存在較大的差距,因為機械產品的實際工作環境與試驗環境相比更為復雜、更為惡劣。

  4.3 前已分析,對于正在運轉使用中的機械設備,我們更加關注其運轉過程中的可靠性。而我們現行的可靠性研究則只能分析設備整個壽命周期內的可靠性怎樣,進而獲得設備在今后的設計制造中的改進或進行計劃維修。這種傳統可靠性評估無法根據現行運行設備的工況狀態及時作出當前運行可靠性評估,而這恰恰對于重大設備來說更為關鍵。

  4.4 很多機械可靠性理論,包括借鑒西方國家的設備管理理論并未真正應用到機械設備的設計制造當中,即理論研究與實際脫節。

  5 對可靠性分析及提高機械設備可靠性的展望

  5.1 采用狀態監測技術

  采用狀態監測技術,及時獲取運行中的機械設備的相關信息,此信息是機械設備的運行狀態的真實反映。

  5.2 建立專家系統

  建立基于計算機網絡的專家診斷系統,專家系統可以將全網機械設備整理分析,得出切實的相對絕對判斷標準,進而根據狀態監測所獲信息及時獲得機械設備的運行可靠性參數,進而采取下步行動。

  5.3 機械設備可靠性提升方法

  根據水桶理論,最弱子系統的水平限制著總系統的水平,因此我們應對可靠性最低的零部件重新設計,提升設備總可靠性。

  此外,變串聯系統為并聯系統,將顯著提升設備的總可靠性。這將是之后機械設備設計制造的新方向。

  6 結束語

  本文詳細介紹了機械設備可靠性的概念及研究中出現的問題,后又對機械領域可靠性研究及設備制造提出了展望。希望我國的制造業能夠克服可靠性這一瓶頸,大步邁向前方。

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