数控机床的可靠性预计

摘 要：文章简要介绍可靠性预计的定义及其目的。用专家评分法预计数控机床的可靠性。这种方法是依靠有经验的工程技术人员的工程经验按照几种因素进行评分。按评分结果，由已知的某单元故障率根据评分系数算出其余单元的故障率。

关键词：数控机床；可靠性预计

一、可靠性预计概述

可靠性预计是一种预测方法，是在产品可靠性结构模型的基础上，根据同类产品在研制过程及使用中所得到的失效数据和有关资料，预测产品及其单元在今后的实际使用中，所能达到的可靠性水平，或预测产品在特定的应用中符合规定功能的概率。这是一个由局部到整体、由小到大、由下到上的过程，是一种综合的过程。提到可靠性预计，就不得不说到可靠性分配，可靠性预计和可靠性分配两者紧密相关，是可靠性设计工作的重要组成部分。可靠性分配是指将产品可靠性指标自上而下逐级地分配到产品的各个层次，借此落实相应层次的可靠性要求，并使整体与各部分之间的可靠性相互协调。尽量做到既避免出现薄弱环节又避免局部“质量过剩”而带来浪费。可靠性预计则是自下而上地预计产品各层次的可靠性参数，判断各层次设计是否满足分配的可靠性指标。只有各层次的可靠性分别达到分配的要求，才能保证产品可靠性指标得以实现。对未达到分配指标要求的设计，则能发现其可靠性薄弱环节、设计上的隐患及提供选择纠正措施的指南，并依此改进设计直到满足指标要求为止。

可靠性预计的主要价值在于，它可以作为设计手段为设计决策提供依据。因此，要求预计工作具有及时性，即在决策点之前做出预计，提供有用的信息，否则这项工作就会失去其意义。为了达到预计的及时性，在设计的不同阶段及系统的不同级别上可采用不同的预计方法。由粗到细，随着研制工作的深化而不断细化。

1、可靠性预计的目的

可靠性预计的主要目的如下：

（a）将预计结果与要求的可靠性指标相比较，审查设计任务中提出的可靠性指标是否能达到。

（b）在方案论证阶段，通过可靠性预计，根据预计结果的相对性进行方案比较，选择最优方案。

（c）在设计阶段，通过预计发现设计中的薄弱环节，加以改进。

（d）为可靠性增长试验、验证试验及费用核算等方面的研究提供依据。

（e）通过预计给可靠性分配奠定基础。

2、常用可靠性预计方法比较

进行可靠性预计时，以往的工程经验、故障数据、当前的技术水平、以及元器件、零件的故障率都是可供参照的依据。可靠性预计有多种方法，各种方法的根本区别在于不同阶段所获取的产品信息量的不同。各种常见可靠性预计方法的特点如表1所示。

进行可靠性预计时应注意：

（a）应尽早地进行可靠性预计，以便当任何级别上的可靠件预计值未达到可靠性分配值时，能及早地在技术和管理上予以注意，采取必要的措施。

（b）在产品研制的各个阶段，可靠性预计应反复迭代进行。在方案论证和初步设计阶段，由于缺乏较准确的信息，所作的可靠性预计只能提供大致的估计值，尽管如此，仍能为设计者和管理人员提供关于达到可靠性要求的有效反馈信息；而且，这些估计值仍适用于最初分配的比较和确定分配的合理性。随着设计工作的进展，产品定义进一步确定，可靠性模型的细化和可靠性预计工作亦应反复进行。

（c）可靠性预计结果的相对意义比绝对值更为重要，一般地预计值与实际值的误差在―、二倍之内可认为是正常的。通过可靠性预计可以找到系统易出故障的薄弱环节，加以改进；在对不同的设计方案进行优选时，可靠性预计结果是方案优选、调整的重要依据。

（d）可靠性预计值应大于成熟期的规定值。

二、数控机床可靠性预计的实例分析

用专家评分法预计数控机床的可靠性。这种方法是依靠有经验的工程技术人员的工程经验按照几种因素进行评分。按评分结果，由已知的某单元故障率根据评分系数算出其余单元的故障率。

1、数控机床的评分因素

数控机床的评分因素主要有以下四种，每种因素的分数在1-10之间。

复杂度――它是根据组成分系统的元部件数量以及它们组装的难易程度来评定，最简单的评1分，最复杂的评10分。

技术发展水平――根据分系统目前的技术水平和成熟来评定，水平最低的评10分，水平最高的评1分。

工作时间――根据分系统工作的时间来评定。系统工作时，分系统一直工作的评10分，工作时间最短的评1分。

环境条件――根据分系统所处的环境来评定，分系统工作过程中经受极其恶劣和严酷的环境条件的评10分，环境条件最好的评1分。

2、计算公式

已知某分系统的故障率为：？姿*，算出的其它分系统故障率：？姿i为：

？姿i=？姿*・Ci

式中

i=1，2，…，n――分系统数。

Ci――第i个分系统的评分系数。

Ci=ωi/ω*

式中

ωi――第i个分系统评分数；

ω*――故障率为？姿*的分系统的评分数。

式中

rij――第i个分系统，第j个因素的评分数；

j=1――复杂度；j=2――技术发展水平；j=3――工作时间；j=4――环境条件。

3、实际计算结果

数控机床分为10个子系统，分别是电源与电气系统、进给系统、主传动及主轴系统、CNC系统、刀架系统、液压系统、系统、装夹系统、排屑系统和冷却系统。请5名专家按复杂度、技术发展水平、工作时间、环境条件四个因素打分。

最后，用专家评分法对数控机床的可靠性进行预计，得到平均故障间隔时间MTBF大约是445小时，预计值在正常范围内。■

参考文献

[1] 陈丽娟. 浅谈数控机床的可靠性与维修性[J]. 科技资讯，2011（17）.

[2] 于捷，申桂香，贾亚洲. 数控机床可靠性评价方法的研究[J]. 机床与液压，2007（11）.