機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠性評估的發(fā)展與思考

劉作巖

（中鐵十三局技師學(xué)院，吉林 長春 130012）

機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠性評估的發(fā)展與思考

劉作巖

（中鐵十三局技師學(xué)院，吉林 長春 130012）

現(xiàn)如今，我們基于大樣本條件下得出的平均可靠性是不能滿足對于個體設(shè)備的評價的。鑒于這個原因，要想實現(xiàn)對設(shè)備的有效評價，可以從機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行出發(fā)，按照這種評價方式，將機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行和對其的評價建立相應(yīng)的模型，從而更好地實現(xiàn)對其可靠度的判斷。下面，本文就機(jī)械設(shè)備運(yùn)行的可靠性評估及其相關(guān)問題做出闡述。

機(jī)械設(shè)備；運(yùn)行可靠性；評估

一、機(jī)械運(yùn)行可靠性的評估方式

因為在實際的評估中，所需的數(shù)據(jù)不全，因此，要想有效地解決這一問題，可以通過針對一個特定的機(jī)械設(shè)備，對其初夏故障的原因進(jìn)行具體剖析，并且對存在故障的特點(diǎn)的評價方式進(jìn)行提取，然后通過對設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)的了解，將具體的信息與其運(yùn)行的可靠度進(jìn)行模型額建立，最終達(dá)到對其可靠性的精確計算。

在機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行中，不管是其發(fā)出的聲音、位移、應(yīng)力等各種在運(yùn)行中所產(chǎn)生的狀態(tài)，都能夠?qū)υO(shè)備的實際情況進(jìn)行有效地反應(yīng)。從而使對設(shè)備的可靠性評價能夠有更多的信息作為參考。除了通過設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)對其具體信息進(jìn)行獲取以外，要想更好地實現(xiàn)對設(shè)備可靠性的評價和分析，還應(yīng)該對故障特征以及信號處理問題和故障原因以及動態(tài)建模進(jìn)行分析。就像醫(yī)學(xué)中的解剖學(xué)和病理學(xué)所起的作用一樣，正問題能為機(jī)械中存在的故障提供相應(yīng)的信息。例如，在數(shù)控機(jī)床中的高速主軸的滾動軸承在進(jìn)行高速轉(zhuǎn)動的時候，由于其會受到離心力以及陀螺力矩的影響，因此，在實際的分析匯總，我們可以通過這一問題對軸承內(nèi)外圈的受力問題進(jìn)行分析，并且可以得出外圈的損傷程度相對比較嚴(yán)重。另外對其的反向思維，與醫(yī)學(xué)中的診斷學(xué)類似，可以利用經(jīng)驗?zāi)Ｊ椒纸?、隨機(jī)共振以及其他的一些比較先進(jìn)的信號處理技術(shù)對發(fā)生故障的前期表現(xiàn)以及特點(diǎn)進(jìn)行收集，這樣才能更好地對發(fā)生故障的部位以及故障程度進(jìn)行分析和確定，然后據(jù)此提供相應(yīng)的維修技術(shù)。例如，在實際的工作中，可以利用包絡(luò)解調(diào)技術(shù)以及第二代小波包頻帶能量分解，對電力機(jī)車輪對軸承的損傷程度進(jìn)行判斷，并且可以推出在這種條件下，電力機(jī)車運(yùn)行的可靠性，要想實現(xiàn)對設(shè)備運(yùn)行可靠性的準(zhǔn)確分析和評價，就需要對相應(yīng)的信號進(jìn)行有效地處理，并且還要對故障出現(xiàn)的前期特點(diǎn)進(jìn)行提取，然后與對故障發(fā)生的原因分析和建模進(jìn)行綜合。通過對這一問題從兩個方面研究以后，還應(yīng)該對設(shè)備運(yùn)行中容易出現(xiàn)問題的部門以及關(guān)鍵零件進(jìn)行區(qū)分，這樣就能夠有效地提高解決故障的效率。通過對機(jī)械設(shè)備運(yùn)行中損傷最嚴(yán)重的部分，對其運(yùn)行可靠性進(jìn)行衡量。要想使設(shè)備運(yùn)行可靠性以及運(yùn)行狀態(tài)之間的關(guān)系充分得以體現(xiàn)，可以使用相關(guān)系數(shù)法以及凝聚函數(shù)法等方法進(jìn)行建立二者之間的關(guān)系。圖1為具體的關(guān)系展示。通過對這兩種關(guān)系的反應(yīng)，就可以有效地將運(yùn)行的可靠度推算出來，在此基礎(chǔ)上，再將發(fā)生故障的特征以及對信號的處理結(jié)果進(jìn)行綜合，這樣就能夠有效地實現(xiàn)對機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠性的有效評估。

圖1　機(jī)械設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)與可靠性關(guān)聯(lián)映射模型

二、機(jī)械設(shè)備可靠性評估中存在的問題及其改進(jìn)

（一）機(jī)械設(shè)備可靠性評估中存在的問題

在傳統(tǒng)可靠性理論處理隨機(jī)不確定性的信息時，我們依靠的數(shù)學(xué)工具主要是概率論和數(shù)理統(tǒng)計。我們通過使用傳統(tǒng)的可靠性評估方法，可以明確失效設(shè)備的布局，這樣就能夠有效地實現(xiàn)對同一類型設(shè)備的可靠性的平均估計。不過在實際的運(yùn)行中，由于不同設(shè)備中的每一個零部件失效、損傷、故障的程度和運(yùn)行可靠性是不同的。那也就是說，我們在進(jìn)行機(jī)械設(shè)備的可靠性評估的作業(yè)中，由于只是針對一個設(shè)備進(jìn)行的評價，所以，從某種程度上來說，這種結(jié)果具有個體性，它僅僅是對某一設(shè)備的可靠運(yùn)行的評估結(jié)果。如果將以往的可靠性評價方式在機(jī)械設(shè)備中進(jìn)行應(yīng)用，就會出現(xiàn)以下問題：

1.在實際對機(jī)械設(shè)備的可靠性進(jìn)行評估的時候，需要相應(yīng)的概率論以及數(shù)理統(tǒng)計等作為基礎(chǔ)，一定程度上我們就得有統(tǒng)計中所需要的大量的數(shù)據(jù)，然后通過這些數(shù)據(jù)進(jìn)不斷的試驗，從而明確數(shù)據(jù)的有效性。不過在實際的工程進(jìn)行中，我們一般對某一種機(jī)械設(shè)備進(jìn)行可靠性評價的時候，都是針對特定的設(shè)備進(jìn)行的收據(jù)的收集，如果出現(xiàn)諸如飛機(jī)失事這些并沒有概率重復(fù)性問題存在的事件來說，即使利用大樣本收集進(jìn)行計算也是難以實現(xiàn)的。

2.以往的可靠性分析的進(jìn)行，幾乎都有借助設(shè)備的失效性，通過對失效性參數(shù)的了解，從而實現(xiàn)對設(shè)備運(yùn)行可靠性的評價，這是以往的分析方法中最主要的一個方式。但是就設(shè)備的失效性來說，其本質(zhì)也是需要進(jìn)行一定的假設(shè)的，完全符合實際的失效性分別也是很難進(jìn)行預(yù)估的。

3.二值假設(shè)以及有限狀態(tài)將設(shè)是以往進(jìn)行可靠性評價的基礎(chǔ)。在實際進(jìn)行可靠性評價的時候，通過對假設(shè)設(shè)備的狀態(tài)只有失效和正常兩種狀態(tài)。不過在實際的使用中，設(shè)備并不是以這兩種狀態(tài)存在的，因為他是逐漸老化的，其狀態(tài)并不明確，因此，從這一方面來說，二值假設(shè)以及有效狀態(tài)假設(shè)對機(jī)械設(shè)備的失效過程的描述并不能準(zhǔn)確的實現(xiàn)。

（二）如何更好地實現(xiàn)對機(jī)械設(shè)備的有效性評估

在機(jī)械設(shè)備的可靠性分析中，由于傳統(tǒng)的方式不能對其的動態(tài)變化進(jìn)行有效地掌握和預(yù)估。在這種情況下，一些學(xué)者開始針對這一問題的研究。2009年的時候，ZIO提出利用動態(tài)可靠性分析方法，對目前不同的機(jī)械設(shè)備的系統(tǒng)、維修以及管理的部件進(jìn)行特點(diǎn)的模擬。2007的時候，以趙炤為首的研究人員，通過貝葉斯方法，對已經(jīng)退化的產(chǎn)品的相關(guān)數(shù)據(jù)反映到了設(shè)備的可靠性運(yùn)行的模型中，2008年，王磊等研究人員利用單架飛機(jī)進(jìn)行了參數(shù)的收集，實現(xiàn)了對運(yùn)行可靠性的評估。2009年的時候，XU等研究人員，實現(xiàn)了對于機(jī)械設(shè)備的在線故障預(yù)測，并且建立了相應(yīng)的模型。這一模型的建立是以故障預(yù)測和粒子濾波為基礎(chǔ)，利用蒙特卡洛放著技術(shù)對系統(tǒng)得運(yùn)行可靠性進(jìn)行評價。CHING等人則提出了以貝葉斯為基礎(chǔ)的，再利用子集仿真實現(xiàn)對系統(tǒng)的實時監(jiān)測，進(jìn)而實現(xiàn)對其可靠性更精確的分析。這種方法能夠有效地實現(xiàn)對系統(tǒng)失效概率的預(yù)估。2011年，MA等相關(guān)研究人員通過對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的收集，利用貝葉斯分析法以及相應(yīng)的退化數(shù)據(jù)實現(xiàn)了對設(shè)備實時可靠性的分析。法國MEJRI等研究人員人通過考慮環(huán)境條件和載荷條件，材料屬性的隨機(jī)和暫時特征，為了實現(xiàn)設(shè)備的安全使用，并且延長其使用期限，醍醐了一種新的方法。這種方法可以對設(shè)備的動態(tài)進(jìn)行實時地監(jiān)測，進(jìn)而實現(xiàn)對其可靠性的有效預(yù)估。這種方法的提出，較大的推動了可靠性評價的發(fā)展。不過從當(dāng)前的研究狀況而言，這一方法仍然處于萌芽階段，要想使這一方式在實際的設(shè)備可靠性評價中得到廣泛地應(yīng)用，還需要不斷的深入研究。

從以上的分析可以看出，國外的學(xué)者在進(jìn)行可靠性研究的時候，幾乎都在盡量地減少可靠性研究對于概率統(tǒng)計的依賴性。比如在對設(shè)計性能退化路徑的研究中，雖然已經(jīng)提出了相應(yīng)的分析方法，并且在機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行中也得到了很大的進(jìn)步，但是，如果將這些方法應(yīng)用于工程中，還使存在著一定的局限性：首先，就目前的現(xiàn)狀而言，對于可靠性評價的改善，幾乎都是基于概率分析以及數(shù)理統(tǒng)計進(jìn)行的，這些方式都在一定程度依賴著大樣本條件，另外，目前在對設(shè)備的運(yùn)行過程記性可靠性分析的方法中，大多數(shù)都沒有實現(xiàn)對機(jī)械設(shè)備失效機(jī)理的深入研究，也沒有對機(jī)械設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)信息進(jìn)行收集，這樣一來就不能有效地對其性能的下降原因進(jìn)行有效地分析，并且具體下降的機(jī)械設(shè)備的特征也就得不到有效地收集。

結(jié)語

機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠性評估的相關(guān)問題諸多，我們只有不斷探索、不斷研究，才能推進(jìn)運(yùn)行可靠性評估理論和技術(shù)的發(fā)展。

［1］張義民.機(jī)械可靠性設(shè)計的內(nèi)涵與遞進(jìn)［J］.機(jī)械工程學(xué)報，2010，46（14）：167-169.

［2］何正嘉，熊詩波，陳進(jìn).機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠性評估的狀態(tài)信息方法［J］.振動與沖擊，2012，31（增刊）：384-387.

［3］賈亞洲，楊兆軍.數(shù)控機(jī)床可靠性國內(nèi)外現(xiàn)狀與技術(shù)發(fā)展策略［J］.中國制造業(yè)信息化，2009（8）：35-37.

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