機械設備運行可靠性評估的發(fā)展與思考

劉景強 李傳誠

摘 要：現(xiàn)代機械設備的發(fā)展目標為全面實現(xiàn)低耗化、智能化以及高效化，其可靠性評估的競爭以設備運行的智能化性能與標準化質(zhì)量為來源，環(huán)境條件對運行狀態(tài)存有關鍵性影響?；诖耍疚囊詸C械設備運行可靠性的評估為論述對象，就此展開專業(yè)思考。

關鍵詞：機械設備；運行狀態(tài)；可靠性評估

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.24.045

1 機械設備運行可靠性評價的內(nèi)容及意義

機械設備可靠性的評價，其主要內(nèi)容包括設計、制造、運行、維修以及管理等過程的可靠度分析與評價，實施目的在于及時發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品在設計、工藝與材料等方面存在的缺陷，進而通過分析與改進，逐步提升產(chǎn)品可靠性，最終使其綜合性能滿足實際生產(chǎn)的需求。機械設備運行過程中，受外部環(huán)境的綜合影響，其故障現(xiàn)象層見迭出，嚴重時甚至引發(fā)巨大的安全事故，嚴重威脅了人類的生命財產(chǎn)安全。例如發(fā)生于2011年3月11日的日本福島核電站泄露事件，正是由于設備運行失衡，致使系統(tǒng)因停轉(zhuǎn)而出現(xiàn)核泄漏事故，進而引發(fā)了人類災難。故此，為確保機械設備安全、高效的運行，實施可靠性評估則為必然性措施之一，其可為設備運行狀態(tài)的判定提供技術參考。

2 機械設備運行可靠性理論與技術

（1）可靠度與可靠性。對于機械設備而言，其本質(zhì)是由大量零部件（如轉(zhuǎn)子、齒輪、鏈條與軸承等）通過組合所形成的一種完整統(tǒng)一的運行系統(tǒng)，進而以此實現(xiàn)設備原有功能，保證機械運轉(zhuǎn)正常。

作為機械設備正常運行的參考值，《機器狀態(tài)監(jiān)測與診斷 詞匯》（GB/T 20921-2007）中對可靠性與可靠度給予了明確定義，其中可靠度是指機械設備在一定條件下可有效運轉(zhuǎn)且不失效，進而達到原本功能要求的概率。其在傳統(tǒng)計算中由失效率表示，并且形成了指示函數(shù)2-1：

該函數(shù)主要以機械設備在時間后的是小幾率為表示。由于一臺機械設備的失效率函數(shù)值在一般情況下獲取較難，進而導致難以求出數(shù)值，故此，基于的定義：當機械設備運轉(zhuǎn)正常時，工作時間與運行狀態(tài)形成量化數(shù)值，并且為的函數(shù)，因此為正實數(shù)，其值域為[0，1]之間。

（2）可靠性評估方法。基于某一臺機械設備的研究，由于其可靠性數(shù)值運算的前提為自身故障特性與機理，故此在將機械設備與運行狀態(tài)間的關系模型有效建立后，對其運行可靠度利用相關映射反應計算而出，進而使目前缺乏統(tǒng)計數(shù)據(jù)的現(xiàn)狀得到有效解決。機械設備的運行必然性會出現(xiàn)聲響、移動、應力、壓力與溫度變化等相關運動狀態(tài)，并且以狀態(tài)信息將運行狀態(tài)實時反映，以此通過自身退化信息的全面顯示而為其可靠性的評估提供有效的參考信息。機械設備運行過程中，對于動態(tài)模型與故障機理的分析和故障特征及信號的提取，可依據(jù)于設備自身的運行狀態(tài)信息做到全面化與細致化。動態(tài)模型與故障機理主要是在不同條件下，對機械設備自身的零件等受到的溫度、壓力、應力等物理作用，從原理上分析出故障原因。

（3）運行可靠度計算。對于機械設備運行狀態(tài)的評估，基于當前先進信號處理理論與技術的運用可提供出有效的方法，以設備運轉(zhuǎn)特征及其過程中發(fā)生的損傷為參考，進而對其可靠性實施合理評估。機械設備運行可靠度計算常用方法有相關系數(shù)法、凝聚函數(shù)法、峭度指標法、譜距離指標法、狀態(tài)參量法及分形維數(shù)法等，基于現(xiàn)實情況的考慮，本文以“相關系數(shù)法”為論述對象進行專業(yè)分析。

對于正常設備，其自相關函數(shù)隨著的增大而迅速衰減，對于信號中含有周期分量的狀態(tài)劣化設備，其自相關函數(shù)隨的增大作周期波動，應當延長參變量的取值，將信號中的周期分量暴露出來；是信號的方差。運行可靠度。

式中：下標、分別表示狀態(tài)良好與可靠性待評估的機械設備；是良好設備的運行狀態(tài)信號和待評估設備的運行狀態(tài)信號之間的正協(xié)方差函數(shù)，和分別是信號和的標準差。運行可靠度表示待評估設備與良好設備的相關程度，。

3 機械設備運行可靠性評估方式

（1）振速情況不同?；谑褂妙l率與其他情況影響的分析，部分機械設備可能會產(chǎn)生不同的振動速率，因此可先在計算出振動基礎量后，以振動程度（不同）為依據(jù)進行等級劃分，同時對其運行可靠性數(shù)值予以設定，最后通過對應公式的運用將最終數(shù)值計算而出并與設定數(shù)值進行比較，進而可得出機械設備運行狀態(tài)的可靠性評估結(jié)果。

（2）機械受損程度。機械設備運行過程中因使用環(huán)境與頻率不同而會產(chǎn)生不同程度的磨損，在此情況下實施機械劃分可以其使用時間為依據(jù)，對使用前期、中期以及后期三個階段對應設定出三個數(shù)值，并對機械設備運作軸心老化程度觀察的同時用部分數(shù)值代替不同的老化設定指標。當機械設備運作軸心受損程度較重時，表明其運行可靠度較低，反之則較高，并且最終可得出其運行可靠性數(shù)值曲線。

（3）不確定狀態(tài)設定。機械設備運行過程中，不確定狀態(tài)為偶然性存在，該類環(huán)境設定后的計算指標為其是否擁有良好的運行狀態(tài)。一般情況下，機械設備出廠越晚其在使用過程的不確定狀態(tài)就越少，當以此為依據(jù)評估其可靠性時，在計算設備分解頻帶數(shù)值的同時通過小波信息轉(zhuǎn)化情況的運用計算出其運行可靠性數(shù)值，進而以此將機械設備的可靠性評估數(shù)值得出。

4 結(jié)語（評估方法的改進思考）

基于我國機械設備運行可靠性評估發(fā)展歷程的分析，諸多學者雖在評估手段改進方面提出了動態(tài)可靠性分析與設計性能退化路徑等方法，同時也取得了一定的突破，但是在具體應用方面仍然表現(xiàn)出較大的局限性：（1）依然依賴于大數(shù)據(jù)樣本對原有數(shù)理概率模型實施重新構(gòu)架；（2）諸多評估方法中，均未深入研究機械設備的失效機理，同時在分析過程中也未對其動態(tài)運行信息進行有效利用。

鑒于此，在東北大學李常有教授的帶領下，首次將機械失效機理引入了設備可靠性整體研究過程中，同時在對仿真手段與試驗方法充分利用的基礎上，使機械設備失效概率及其誘發(fā)參數(shù)間的關系模型得到實現(xiàn)了有效建立，以此為其可靠性的評估敲開了一個新思路與新方向。

參考文獻：

[1]武凱.機械裝備可靠性技術[J].機械制造與自動化，2016（01）.