機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠性評(píng)估的發(fā)展與思考

張俊培

（廣西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530007）

機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠性評(píng)估的發(fā)展與思考

張俊培

（廣西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530007）

我國要成為制造機(jī)械設(shè)備的強(qiáng)國就必須加快機(jī)械設(shè)備正確運(yùn)行可靠性評(píng)估的發(fā)展以及機(jī)械設(shè)備正常運(yùn)行可靠性評(píng)估的思考，可靠性評(píng)估的競爭來自于機(jī)械設(shè)備運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)化質(zhì)量和智能化性能，不同條件與不同環(huán)境下機(jī)械設(shè)備運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生巨大的變化。

機(jī)械設(shè)備；運(yùn)行；可靠性評(píng)估；發(fā)展；思考

1 機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠性評(píng)估的現(xiàn)狀、意義和影響

（1）機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠性評(píng)估的現(xiàn)狀。20世紀(jì)80年代我國開始制定機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠性相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)措施，各高等院校積極響應(yīng)并投入大量人力物力進(jìn)行機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠性的研究和部署，國內(nèi)重要工業(yè)相關(guān)部門直接將機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠性擺在首位，雖然我國大型企業(yè)對(duì)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠性高度重視，但國內(nèi)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠性發(fā)展依然緩慢，高等院校、各大型企業(yè)機(jī)構(gòu)等對(duì)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠性學(xué)術(shù)研究成果差強(qiáng)人意，機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠性評(píng)估急需全方位的蓬勃發(fā)展與思考未來的發(fā)展方向。

（2）機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠性評(píng)估的意義。應(yīng)該指出國外一些發(fā)達(dá)國家早于20世紀(jì)50-60年代已開始對(duì)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠性評(píng)估進(jìn)行策略性的計(jì)劃發(fā)展與有組織的思考研究，國內(nèi)對(duì)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠性評(píng)估的研究和思考起步較晚，有記錄的只是局限于期刊對(duì)國外機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠性評(píng)估研究結(jié)果的文獻(xiàn)刊登，可喜的是國內(nèi)有識(shí)人士意識(shí)到機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠性的重要性和迫切性，迅速展開機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠性評(píng)估的針對(duì)性研究，開始定義機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠性評(píng)估規(guī)范流程、工作大綱和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)等，與國性化機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠性評(píng)估組織有關(guān)學(xué)術(shù)性交流學(xué)習(xí)等，包括動(dòng)態(tài)建模進(jìn)行可靠性和故障容錯(cuò)分析等專業(yè)課題的研究和學(xué)術(shù)成果分享。

（3）機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠性評(píng)估的影響。日新月異的機(jī)械設(shè)備運(yùn)行令人眼花繚亂，新時(shí)期機(jī)械設(shè)備結(jié)構(gòu)和要求越來越復(fù)雜、精密和智能，機(jī)械設(shè)備運(yùn)行的環(huán)境和條件也越來越特殊，例如列車的運(yùn)輸、飛機(jī)的航空、深海的探測等等，機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠性產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)費(fèi)用越來越巨大且涉及的經(jīng)濟(jì)效益也越來越重要，甚至機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠性直接或間接影響到整個(gè)國家的安全性和形象。

2 機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠性評(píng)估常見情況和基本思路

（1）機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠性評(píng)估的常見情況。機(jī)械設(shè)備運(yùn)行是否安全可靠達(dá)到“預(yù)知性維修”需要科學(xué)的評(píng)估，機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠性評(píng)估的常見情況有先天因素也存在后天影響，例如機(jī)械設(shè)備運(yùn)行損壞包括機(jī)械設(shè)備斷裂、機(jī)械設(shè)備變形和機(jī)械設(shè)備裂變等；機(jī)械設(shè)備運(yùn)行退化包括機(jī)械設(shè)備老化、機(jī)械設(shè)備腐蝕和機(jī)械設(shè)備磨損等；機(jī)械設(shè)備運(yùn)行松脫包括機(jī)械設(shè)備松動(dòng)、機(jī)械設(shè)備虛焊；機(jī)械設(shè)備運(yùn)行失當(dāng)包括機(jī)械設(shè)備間隙失當(dāng)、機(jī)械設(shè)備行程失當(dāng)和機(jī)械設(shè)備壓力失當(dāng)?shù)?；機(jī)械設(shè)備運(yùn)行堵塞與機(jī)械設(shè)備運(yùn)行滲漏，包括機(jī)械設(shè)備阻塞、機(jī)械設(shè)備漏油、機(jī)械設(shè)備漏氣等。

（2）機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠性評(píng)估的基本思路。小到普通但普及面廣的電動(dòng)洗衣機(jī)，大到特殊但代表尖端科技的航天航空產(chǎn)品都需要機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠性評(píng)估作為產(chǎn)品質(zhì)量的保證，不論國家還是大型企業(yè)都深信只有通過可靠性評(píng)估的產(chǎn)品才能在廣闊的市場占據(jù)重要的位置并增強(qiáng)核心競爭力，可靠性作為一門重要學(xué)科有一定的基礎(chǔ)理論支撐，例如數(shù)學(xué)、物理學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)等可靠性學(xué)科內(nèi)容，機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠性評(píng)估也涉及到失效性物理學(xué)、機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)方法與方法學(xué)等新興交叉學(xué)科，另外環(huán)境、維修和計(jì)算機(jī)也與機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠性評(píng)估息息相關(guān)，機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠性評(píng)估工作時(shí)間較長、消耗的資源巨大，需要一隊(duì)人甚至幾個(gè)部門攜手合作才能將機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠性評(píng)估工作順利完成。

3 機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠性評(píng)估的重難點(diǎn)

可靠性評(píng)估過程中，機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠性評(píng)估的安全系數(shù)往往擋住了背后機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠性的矛盾，機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠性評(píng)估要體現(xiàn)機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)技術(shù)的先進(jìn)性；機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠性評(píng)估的常見失效類型多，機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠性評(píng)估問題相當(dāng)復(fù)雜，另外機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠性評(píng)估的實(shí)驗(yàn)周期需要大量的時(shí)間、金錢和人才，機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠性評(píng)估的實(shí)際參考性不太樂觀；機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠性評(píng)估的邏輯關(guān)系容易模糊和混淆。

4 機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠性評(píng)估的主要方法

（1）機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠性評(píng)估的主要方法涉及到眾多的學(xué)科知識(shí)，例如對(duì)于隨機(jī)變量X的函數(shù)比較復(fù)雜的情況下，可用泰勒級(jí)數(shù)展開近似求解法，需要用到一維隨機(jī)變量函數(shù)的近似計(jì)算；機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠性評(píng)估有時(shí)也要用到多維隨機(jī)變量函數(shù)的近似求解甚至多個(gè)隨機(jī)變量問題的可靠度計(jì)算，屆時(shí)要注意影響應(yīng)力的基本隨機(jī)因素和影響強(qiáng)度的基本隨機(jī)因素；應(yīng)力——強(qiáng)度干涉理論是機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠性評(píng)估的常見方法之一，若應(yīng)力和強(qiáng)度均為隨機(jī)變量，則產(chǎn)品要可靠就要滿足一定的條件即產(chǎn)品可靠度；應(yīng)該指出應(yīng)力作為機(jī)械設(shè)備運(yùn)行失效的成因包括溫度、電流和載荷等，而強(qiáng)度作為機(jī)械設(shè)備運(yùn)行阻止失效的重要環(huán)節(jié)包括極限應(yīng)力和額定電流等，若要服從某種分布，就要計(jì)算出概率密度函數(shù)，即出現(xiàn)干

涉區(qū)和失效概率，假設(shè)兩個(gè)是相互獨(dú)立的隨機(jī)變量，則它們同時(shí)發(fā)生的概率為各自發(fā)生的概率的乘積，就是應(yīng)力在微小區(qū)間內(nèi)的零件可靠度。

（2）機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠性評(píng)估的疲勞強(qiáng)度最難計(jì)算，例如靜應(yīng)力作用下的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度工作應(yīng)力超過一定的極限應(yīng)力時(shí)，結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，甚至結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯的塑性變形，也存在機(jī)械設(shè)備運(yùn)行發(fā)生斷裂破壞的情況，當(dāng)結(jié)構(gòu)受到復(fù)合應(yīng)力作用的時(shí)候，應(yīng)該按照某強(qiáng)度理論判斷機(jī)械設(shè)備運(yùn)行的安全性。但是，在交變應(yīng)力的作用下，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不能簡單下判斷，需要用相應(yīng)的疲勞理論作分析研究。可靠性評(píng)估過程中，機(jī)械設(shè)備運(yùn)行的可靠度、失效率、故障率、平均無故障間隔時(shí)間、平均壽命、有效度等。

（3）任何一個(gè)特征量只能表示可靠性的某一個(gè)特征方面，所以對(duì)不同的機(jī)械設(shè)備運(yùn)行要使用不同的特征量來表述。對(duì)于其他較為復(fù)雜的機(jī)械設(shè)備運(yùn)行則常用可靠度、平均無故障間隔時(shí)間等指標(biāo)來衡量和判斷，對(duì)于任何一個(gè)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行來說，如何客觀、正確地評(píng)價(jià)其運(yùn)行可靠性狀態(tài)，目前還沒有一致規(guī)定，尤其是那些使用年限較長、工作性能極不穩(wěn)定的機(jī)械設(shè)備，只有真正了解其狀態(tài)，才能更新、改造提供決策上的建議和意見，所以各項(xiàng)評(píng)定指標(biāo)顯得相當(dāng)重要。

5 結(jié)語

加快發(fā)展機(jī)械設(shè)備安全運(yùn)行的科學(xué)可靠性評(píng)估不是一朝一夕的事情，國內(nèi)很多專家和學(xué)者正加緊對(duì)機(jī)械設(shè)備安全運(yùn)行的科學(xué)可靠性評(píng)估進(jìn)行研究和思考，由于機(jī)械設(shè)備安全運(yùn)行的科學(xué)可靠性評(píng)估涉及的學(xué)科內(nèi)容和知識(shí)極為復(fù)雜，甚至包括了很多一級(jí)學(xué)科和二級(jí)學(xué)科的交叉內(nèi)容和公式，概率統(tǒng)計(jì)、大樣本和失效分布等理論和應(yīng)用沖擊著舊的機(jī)械設(shè)備安全運(yùn)行的科學(xué)可靠性評(píng)估方法，全新的機(jī)械設(shè)備安全運(yùn)行的科學(xué)可靠性評(píng)估更注重機(jī)械設(shè)備運(yùn)行過程中的位移、聲發(fā)射和電量等狀態(tài)和信息，新要求是要充分利用相關(guān)系數(shù)法、凝聚函數(shù)法等，建立可靠性關(guān)聯(lián)映射模型，實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備真正安全運(yùn)行的科學(xué)可靠性評(píng)估衡量。

［1］王文清，鄭慕僑.綜合傳動(dòng)鑄鐵密封環(huán)磨損模糊可靠性分析與計(jì)算［J］.北京理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，25，（2）：112-115.

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［3］程皖民.基于小子樣復(fù)雜信息集的可靠性評(píng)估方法及其應(yīng)用研究［D］.長沙：國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2006.

張俊培（1987-），男，廣西柳州人，大學(xué)本科，助理工程師，主要研究方向：機(jī)械設(shè)備制造、工業(yè)設(shè)備。