數(shù)控機床可用性研究綜述

陳心蔚

(中國礦業(yè)大學(北京)，北京 100089)

1 可用性評估指標

可用性是一個抽象且復雜的概念，因此為了評估可用性好壞，研究者們根據(jù)他們評價用戶界面特征通常把它劃分為幾個屬性。表1為常用的可用性評價指標體系。[1-2]

表1 常見的可用性評價指標

由表1可知，國內(nèi)外學者們在可用性評價指標分類的觀點比較相似，其中以可學習性、效率、有效性和用戶滿意度對可用性評價指標劃分的認可度最高。

下面依次說明這幾個指標的含義。可學習性是指能否讓新手學會并且易于讓新手學會使用數(shù)控機床各項操作并加工出合格的產(chǎn)品，以及是否能達到最佳的交互效能。效率是指用戶完成某一產(chǎn)品加工的完整度和正確度，其中要綜合考慮完整頻度、出錯頻度以及求助頻度3個方面。效率是在有效性的條件之下，即加工產(chǎn)品有較好的完整度，較高正確度的條件下所消耗的總資源量，其中包括人力、費用、時間等方面。用戶滿意度指的是用戶對于操作數(shù)控機床后對機床的評價是否舒適以及對機床的接受程度。

了解了可用性指標評估之后，便可以縮小范圍，將宏觀的可用性概念縮小為機床的可用性概念，就數(shù)控機床的可用性進行討論。機床的可用性是可靠性、維修性以及維修保障性的綜合考量。可靠性通?？捎靡韵略u估指標對其進行綜合評價，即可靠度、故障率、平均故障間隔時間(MTBF)、使用壽命。下面分別闡述這幾個指標的含義?？煽慷戎傅氖窃谝?guī)定時間內(nèi)完成規(guī)定功能的概率，即在規(guī)定時間內(nèi)，數(shù)控機床制造出合格產(chǎn)品的概率。故障率指的是從首先發(fā)現(xiàn)機床故障時起，之后的單位時間內(nèi)發(fā)生故障的概率。故障間隔時間指的是當機床反復修復后繼續(xù)使用，觀察測量得出的每次的故障時間間隔。使用壽命即機床從開始到已經(jīng)無法再次修復并投入使用的時間。對于可靠性的指標也有按照平均故障間隔時間(MTBF)、平均修復時間(MTTR，Mean Time to Repair)、固有可用度以及精度保持時間。其中，平均修復時間指機床從故障到修復至能完成指定功能的時間間隔平均值。固有可用度又稱有效度，與可靠度的定義相似可參考可靠度。而精度保持時間指的是在規(guī)定的條件下，機床精度保持在規(guī)定標準內(nèi)的時間長度。

2 數(shù)控機床可用性建模

建模是評估的核心，同時也是維修決策的前提，由于數(shù)控機床可用性的復雜及抽象性，更需要研究者們通過建模找到有關(guān)于機床可用性各參數(shù)之間的關(guān)系，進而使評估方法更加清晰具體。

系統(tǒng)可用性評估可分為3類：靜態(tài)建模法、動態(tài)建模法以及仿真建模法。在工程運用中應根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、屬性以及數(shù)據(jù)信息的掌握情況，在不同條件下使用不同的建模方法?？捎眯砸彩强煽啃浴⒕S修性和維修保障性的綜合反映，吉林大學是國內(nèi)最先開展數(shù)控機床可用性的機構(gòu)之一，吉林大學科研團隊不僅對數(shù)控車床加工中心進行可靠性建模，建立了故障間隔時間以及維修時間的分布模型[3]。山東大學張強提出基于功能元法的數(shù)控機床可靠性信息模型[4]。東北大學的王正綜合運用應力-強度干涉模型、順序統(tǒng)計量理論、泊松隨機過程以及概率微分方程，建立零部件和系統(tǒng)的動態(tài)可靠性模型。浙江大學李星軍建立了數(shù)控磨床首次故障間隔時間的威布爾分布模型[5]。

3 存在的問題

目前對于數(shù)控機床的實驗驗證較少，大多處于理論研究階段。如上述，數(shù)控機床可用性是一個復雜抽象的過程，并且與使用環(huán)境相關(guān)，僅僅依賴理論研究無實驗驗證將會使最終將理論運用于實際時產(chǎn)生較大偏差。對于數(shù)控機床的可用性研究體系還不夠完善。目前針對可用性研究大多基于人機交互或數(shù)控機床外觀造型的研究，對于機床的可用性研究評價的研究還不夠深入。

目前國內(nèi)對于機床可用性研究越來越多，也越來越重視，但是大部分是針對可用性研究中的機床可靠性以及故障維修方面的研究，并且大多也是分析性評估方法，對于可用性的綜合研究仍然不夠深入。針對機床的可用性評估，大部分仍采用專家評分的辦法，主觀性太強。

4 結(jié)語

我國現(xiàn)有較為完整的工業(yè)鏈，而數(shù)控機床擁有精度高、效率高、可加工零件范圍廣等特點，因此對于數(shù)控機床的需求量會越來越大。擁有較好可用性的數(shù)控機床可減少生產(chǎn)成本，擁有用戶體驗性更強等特點，因此對于機床可用性研究也會越來越深入。