機械制造的工藝可靠性

張宏聲

山東自立幕墻工程有限公司，山東煙臺 261414

保證機械制造的工藝可靠性要從產(chǎn)品的設(shè)計、制造、管理多個過程入手，保證產(chǎn)品在設(shè)計階段提出的可靠性只有通過制造過程加以實踐，并投入使用才能驗證產(chǎn)品是否真正的具有可靠性。而加工完成的產(chǎn)品，還應(yīng)對它的性能進行檢測，檢測設(shè)計目標(biāo)是否真正的實現(xiàn)。例如摩托車的減震器的減震功能能否達到設(shè)計目標(biāo)，除要注意加工工藝，對于生產(chǎn)出來的減震器也要進行檢測，最終得到產(chǎn)品是否滿足設(shè)計要求，是否達到了產(chǎn)品的可靠性要求。本文將從機械制造工藝出發(fā)，來探討如何實現(xiàn)產(chǎn)品的可靠性滿足設(shè)計要求。

1 機械制造工藝可靠性

1.1 研制過程

產(chǎn)品的生產(chǎn)要經(jīng)過合理、科學(xué)的設(shè)計后才能夠?qū)嵭校罱K制造出成品才是完成了整個研制過程。這個過程主要分為三步實現(xiàn)：第一步，概念設(shè)計階段。這個階段要對根據(jù)客戶對產(chǎn)品的要求，或是產(chǎn)品要完成的哪些性能，或是產(chǎn)品要完成的性能應(yīng)達到哪個要求級別來進行設(shè)計；第二步，產(chǎn)品的詳細過程?。這個環(huán)節(jié)中主要包括樣機試驗與設(shè)計改進兩個組成部分。當(dāng)前，以產(chǎn)品的可靠性研究主要集中于產(chǎn)品的設(shè)計階段。第三步，產(chǎn)品制作過程。

1.2 機械制造工藝

將產(chǎn)品的原材料加工為產(chǎn)品的過程被稱為機械制造過程。而為了保證制造過程完善實施所需要進行的工作稱之為輔助過程。在制造過程中，應(yīng)按著一定的順序進行工藝的操作，直到成為一個合格的產(chǎn)品為止。以往，在經(jīng)濟發(fā)展緩慢的階段里，研制一款新產(chǎn)品周期長，耗費大量的人力與財力，不能滿足人民群眾對可靠性日益增長的需求，再加上工藝設(shè)計上存在失誤、加工設(shè)備的性能不具有先進性，再加材料的選擇與環(huán)境條件差強人意，都導(dǎo)致了工藝過程很難控制，也就導(dǎo)致可靠性難以保證。

1.3 工藝可靠性

GJB451-90 對可靠性定義為系統(tǒng)“在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力”。這里所說的可靠性分為固有可靠性與使用可靠性兩個方面。而固有可靠性是指產(chǎn)品在投入使用前就具有的可靠性。而使用可靠性的影響就比較多，使用環(huán)境，使用方法、保養(yǎng)與維修等，都會對產(chǎn)品的可靠性產(chǎn)生影響。而上述的可靠性的定義是通用的，對于不同的產(chǎn)品可靠性所指也是有所不同的，不同的產(chǎn)品都會突出產(chǎn)品的使用功能，并且它的主要使用功能上保證一定的可靠。而本文研究的可靠性則是指機械制造過程中對產(chǎn)品在進行機械制造過程需要完成的功能。

1.4 產(chǎn)品可靠性與質(zhì)量的區(qū)別

產(chǎn)品的質(zhì)量包括產(chǎn)品的性能、耐用性、統(tǒng)一性、美觀性及可靠性。由此可以看出產(chǎn)品的可靠性是衡量產(chǎn)品質(zhì)量的一個組成部分。不可否認，可靠性是影響產(chǎn)品質(zhì)量最重要的部分之一。而通常來講，質(zhì)量與時間之間似乎不存在著必然的聯(lián)系，但是可靠性卻與時間有很大的關(guān)系，這也是質(zhì)量與可靠性之間最明顯的差別之一。因此，有些專家又將可靠性認定為“隨時間變化的質(zhì)量”，如果從這個層面上進行理解，一個具有好質(zhì)量的產(chǎn)品并一定具有高可靠性。由此可以得出產(chǎn)品的質(zhì)量與可靠性之間存在著聯(lián)系卻又存在著區(qū)別。

2 機械制造的工藝可靠性研究存在的問題

2.1 缺乏系統(tǒng)的認識

對機械制造的工藝可靠性研究雖然已經(jīng)開始，但是人們還沒有認識到加工過程保障產(chǎn)品的可靠性的研究就是對制造過程的可靠性研究。當(dāng)前，很多企業(yè)對產(chǎn)品的可靠性研究都是在產(chǎn)品設(shè)計階段進行的，將產(chǎn)品設(shè)計階段影響產(chǎn)品可靠性的因素考慮的十分全面，但是對于機械制造過程中，導(dǎo)致產(chǎn)品可靠性出現(xiàn)問題的因素卻沒有進行深入的探討，而在機械生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)過程控制不嚴格、加工設(shè)備的退化、材料的選取不合標(biāo)準(zhǔn)，以及生產(chǎn)環(huán)境的影響等，都會對產(chǎn)品的可靠性產(chǎn)生影響，并且這些因素分析與控制起來，比設(shè)計階段的因素難得多，但是，僅管很多業(yè)內(nèi)人士認識到了生產(chǎn)過程中這些因素可能會對產(chǎn)品可靠性產(chǎn)生影響，但是仍然沒能重視和開展這方面的研究。

2.2 缺少嚴格的系統(tǒng)評定指標(biāo)

當(dāng)前，很多機械制造企業(yè)都是采用評定工序加工穩(wěn)定度的能力指數(shù)，這個指標(biāo)用于單道工序的穩(wěn)定度評價還是有一定的借鑒意義的，但是卻不能用于整個加工過程，整個產(chǎn)品可靠性的評價指標(biāo)，因為它很難整合這道工序之前的工序與之后的工序?qū)Ξa(chǎn)品產(chǎn)生的影響，還不能將這些影響因素整合到一起，因此，產(chǎn)品可靠性評定指標(biāo)還處于空缺的狀態(tài)。由于對機械制造工藝的可靠性認識上存在著不足，再沒有了科學(xué)的、確定的評定指標(biāo)，機械制造的工藝可靠性研究可以說是任重道遠。

2.3 缺少可靠性指標(biāo)與過程變量關(guān)系的研究

制造過程中變量是指產(chǎn)品加工過程中的工位特征，但是這些變量會在產(chǎn)品制造過程中相互作用，并且互相影響，因此，控制它們并分解它們之間的關(guān)系變得特別困難。通過以上的分析，可以得到產(chǎn)品可靠性的指標(biāo)與這些變量之間的關(guān)系是十分密切的，只有了解與控制了這些變量之間的相互作用，才能保證可靠性指標(biāo)的實現(xiàn)。然而，不同的制造產(chǎn)業(yè)，涉及的到的變量又是不同的，例如汽車配件制造與摩托車配件制造之間就存在著明顯的差異，影響二者可靠性指標(biāo)的內(nèi)容也可以說是千差萬別，再加上加工材質(zhì)的區(qū)別，工藝路線的不統(tǒng)一，這些都為定量模型的建立帶來難度，為產(chǎn)品可靠性指標(biāo)的確定帶來難題。

2.4 缺少可靠性評定方法的研究

一個產(chǎn)品是否具有可靠性，或者它的可靠性是否達到了產(chǎn)品設(shè)計要求，需要企業(yè)進行大量的樣本實驗獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行分析，對制作出的樣本做長時間的性能測試。前面提高產(chǎn)品可靠性是與時間有關(guān)系的，因此，測定一個樣品或是一批樣品可靠性是否達到了要求，需要一個周期，有的產(chǎn)品可能會需要一個很長的周期，但是確定樣品是否具有可靠性這一點來講，很多企業(yè)都是沒有等到最后的結(jié)果，就迫不急待的投入生產(chǎn)。這就是可靠的評定方法的缺失導(dǎo)致的結(jié)果。沒有可靠的評定方法，沒有系統(tǒng)的程序化的流程，就不能保證開發(fā)出來的產(chǎn)品得到科學(xué)的可靠的評定。

3 機械制造的工藝可靠性指標(biāo)體系建立

建立工藝可靠性指標(biāo)，就要對生產(chǎn)中的各種要素進行分析，再進行綜合，全面考慮機械制造過程中加工設(shè)備、加工工序、加工環(huán)境、加工技術(shù)等多項因素。并且指標(biāo)體系的建立應(yīng)盡量做到完整、適用、科學(xué)、可行。主要包括以下幾個方面。

3.1 工藝可靠度

工藝可靠度是工藝可靠性研究的總目標(biāo)，也是最終目標(biāo)。工藝可靠度是指機械制造過程中，無論是產(chǎn)品生產(chǎn)過程，還是生產(chǎn)技術(shù)都要滿足制造工藝的要求。

3.2 故障發(fā)生率

任何一個產(chǎn)品在使用的過程中都會發(fā)生故障，但是這些故障的發(fā)生如果控制在一個較小的范圍內(nèi)，就不會影響可靠性，而過高的故障發(fā)生率必然會對產(chǎn)品的可靠性產(chǎn)生影響，從另一側(cè)面也說明了這種產(chǎn)品的可靠性較差。在實際的生產(chǎn)實踐中，一旦發(fā)生故障，會給生產(chǎn)商造成一定經(jīng)濟上損失，但是故障的發(fā)生的確是不能全部避免的。但是技術(shù)的進步，會保證較低的故障發(fā)生率，因此也是考查產(chǎn)品可靠性的重要指標(biāo)。

3.3 故障的平均維修時間

機械制造系統(tǒng)本身的可靠性并不完全受故障率多少來進行評價，當(dāng)發(fā)生故障時，進行維修的時間，及時的排除工藝的故障，才能減少故障停止生產(chǎn)導(dǎo)致的損失。對于機械工藝可靠性來講，故障的平均修復(fù)能力也是用來衡量制作過程中可靠性的一個標(biāo)準(zhǔn)。

3.4 穩(wěn)定性

工藝的穩(wěn)定性是指在有限的時間內(nèi)，機械制造過程中能夠?qū)⑦@些影響的因素控制在一個偏差允許的范圍內(nèi)，能夠保證在一定的精度可控范圍內(nèi)。如果機械加工的所有工序在受控的狀態(tài)下，制造出來的產(chǎn)品就滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求，也就具有一定的穩(wěn)定性。而工序的穩(wěn)定性受加工過程中很多因素影響，同時也受管理水平的影響。

3.5 自修正性

機械制造過程中受多種外在因素的影響會使產(chǎn)品產(chǎn)生加工誤差，但是產(chǎn)品的生產(chǎn)工序如果具有較好的修正性的話，就會在后續(xù)的工序中將前面工序中出現(xiàn)的偏差修正過來。這種特性被稱為工藝的自修正性。工藝的自修正性是較難實現(xiàn)的，它對工序的精度要求也是較高的，但是它可以作為合理調(diào)整產(chǎn)品關(guān)鍵工位特征達到要求精度的一種重要方法。

3.6 遺傳性

工藝的遺傳性是指后一道工序上產(chǎn)生的偏差是由前面的一道工序的誤差產(chǎn)生，或是由前面很多工藝累積到一起的結(jié)果，而這些誤差沒有在前面得到解決，而是進一步傳給了一下道工序。工藝的遺傳性會對產(chǎn)品的加工過程中對可靠性的控制產(chǎn)生很不好的影響，如果累積到最后一道工序都難以修正的話，這個產(chǎn)品的可靠性也就不能滿足設(shè)計要求了。

4 結(jié)論

機械制造的工藝可靠性在我國的研究仍然處于初步階段，還有很多沒有解決的問題，例如評定指標(biāo)的確定，評定體系形成等，但是，機械制造行業(yè)的發(fā)展與制造水平的提高以及市場競爭激烈，各個制造企業(yè)不得不重視工藝可靠性的研究，也引起了社會各界的深度關(guān)注。

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