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

任智勇

(太原國(guó)際機(jī)場(chǎng)有限責(zé)任公司，山西 太原 030000)

1 可靠性評(píng)估環(huán)節(jié)存在的問題分析

機(jī)械設(shè)備的可靠性評(píng)估在我國(guó)已經(jīng)進(jìn)入較為成熟的階段，相關(guān)評(píng)估人員也具備了一定的評(píng)估方法與經(jīng)驗(yàn)。目前傳統(tǒng)的可靠性評(píng)估手段主要以概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)等數(shù)學(xué)工具為主，隨機(jī)抽樣機(jī)械設(shè)備并對(duì)其產(chǎn)生的大量可重復(fù)性故障樣本進(jìn)行分析，獲得其故障分布，通過故障分布獲得同一類機(jī)器宏觀意義上的平均可靠性。然而，不同設(shè)備使用的環(huán)境和條件都不相同，內(nèi)部零件失效、損傷的分布也不會(huì)相同，個(gè)體可靠性存在很大差別。所以，傳統(tǒng)的可靠性評(píng)估方法存在一定的局限性。

1.1 評(píng)估方法的不準(zhǔn)確性

傳統(tǒng)的評(píng)估方式大多采用大樣本的抽樣調(diào)查方式進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，大范圍隨機(jī)取樣，抽樣樣本可能具有特殊性、誤差性、無規(guī)律性等先天缺陷，使得傳統(tǒng)的可靠性評(píng)估具有局限性。隨著機(jī)械設(shè)備或系統(tǒng)的可靠性不斷提升，故障率不斷下降，基于傳統(tǒng)的大樣本抽樣調(diào)查的故障數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析相較于小樣本的故障數(shù)據(jù)分析存在評(píng)估差異會(huì)越來越明顯。例如在航空航天器、軍工產(chǎn)品、高精度機(jī)械等領(lǐng)域，大樣本的故障統(tǒng)計(jì)具有很大的隨機(jī)性，抽樣調(diào)查所得的失效分布分析并不準(zhǔn)確，導(dǎo)致可靠性評(píng)估存在局限性。在未來高精度的機(jī)械設(shè)備可靠性研究中，故障數(shù)據(jù)會(huì)越來越趨于小樣本化，這將給可靠性研究帶來更多的困難。因此，機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠性的評(píng)估，因大樣本抽樣統(tǒng)計(jì)的評(píng)估方式導(dǎo)致數(shù)據(jù)缺乏準(zhǔn)確性，僅僅是一個(gè)參考數(shù)據(jù)而已。

1.2 故障概率模型的局限性

目前評(píng)估人員使用的故障概率模型可能存在不準(zhǔn)確性，在確定故障概率模型時(shí)因?yàn)榇嬖趨?shù)影響，如果參數(shù)存在不準(zhǔn)確性將導(dǎo)致整體的可靠性評(píng)估不能充分描述設(shè)備的失效特征。機(jī)械設(shè)備或其系統(tǒng)失效表現(xiàn)為具有損耗特征的漸變性失效，零件磨損、金屬材料疲勞、橡膠件老化都是逐漸積累導(dǎo)致的故障，通常使用時(shí)間將作為影響設(shè)備故障失效的一個(gè)重要參數(shù)。機(jī)械設(shè)備的可靠性評(píng)估中，還需要關(guān)注其可靠壽命、最小壽命、平均壽命等固有特征，這些因素都會(huì)影響故障概率模型的有效性和準(zhǔn)確性。因此，不科學(xué)的故障概率模型和不準(zhǔn)確的參數(shù)估計(jì)將會(huì)對(duì)整體的可靠性評(píng)估產(chǎn)生很大的影響，最終導(dǎo)致可靠性評(píng)估結(jié)果的局限性。

1.3 假設(shè)評(píng)估的不全面性

在機(jī)械設(shè)備可靠性的評(píng)估過程中，評(píng)估人員多采用假設(shè)的形式進(jìn)行可靠性評(píng)估。在評(píng)估過程中事先進(jìn)行假設(shè)，這一個(gè)過程是對(duì)機(jī)器設(shè)備進(jìn)行特殊環(huán)境設(shè)置的過程，會(huì)使其評(píng)估數(shù)據(jù)具有局限性。在實(shí)際運(yùn)行的情況下，機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行可靠性會(huì)受到諸多因素的影響，比如溫度、濕度、電磁環(huán)境、使用時(shí)間、灰塵等等，最終導(dǎo)致評(píng)估結(jié)果的不準(zhǔn)確性。

2 機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠性評(píng)估改進(jìn)方法

2.1 建立退化模型

傳統(tǒng)的可靠性二值假設(shè)或有限狀態(tài)假設(shè)無法準(zhǔn)確模擬機(jī)械設(shè)備漸進(jìn)連續(xù)的性能退化過程，通過假設(shè)機(jī)械設(shè)備故障退化過程或故障分布建立起退化模型。由于可供的退化分布數(shù)據(jù)不足，分析所得的退化模型往往并不準(zhǔn)確，通常需要假設(shè)機(jī)械設(shè)備的退化模型或故障分布，得到相對(duì)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。對(duì)于內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜同時(shí)受載荷、環(huán)境等變化性因素影響的大型機(jī)械設(shè)備，退化模型可有效模擬機(jī)械設(shè)備的故障、失效、退化等影響因素，

2.2 影響因素的評(píng)估

大型的機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行過程中的可靠性評(píng)估會(huì)受到各種因素影響，因此在進(jìn)行可靠性評(píng)估時(shí)，要盡可能的對(duì)所有影響因素進(jìn)行評(píng)估。在失效數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)中，評(píng)估人員需要記錄各種影響因素失效分布，評(píng)估其對(duì)于可靠性影響參數(shù)，以獲得準(zhǔn)確的概率密度函數(shù)，取得更加精準(zhǔn)的可靠性評(píng)估數(shù)據(jù)。

2.3 動(dòng)態(tài)可靠性評(píng)估

傳統(tǒng)的可靠性評(píng)估方法很難評(píng)估設(shè)備運(yùn)行時(shí)的動(dòng)態(tài)變化，為提高可靠性評(píng)估的準(zhǔn)確性，有學(xué)者提出了實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)可靠性評(píng)估的方法。利用動(dòng)態(tài)可靠性分析的方法，模擬大型復(fù)雜機(jī)械設(shè)備、高精度設(shè)備內(nèi)部零件間的動(dòng)態(tài)耦合特征，利用可靠性實(shí)時(shí)更新模型，可有效估算機(jī)械設(shè)備實(shí)時(shí)故障概率與變化因素的函數(shù)關(guān)系。實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)可靠性評(píng)估的方式相比傳統(tǒng)靜態(tài)可靠性評(píng)估具有很大的進(jìn)步，目前主要運(yùn)用在理論和仿真階段，其真正的實(shí)際運(yùn)用還需評(píng)估人員進(jìn)一步研究。

2.4 使用先進(jìn)的計(jì)算方法

利用先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理理論和數(shù)據(jù)處理技術(shù)，可以提供有效的可靠性數(shù)據(jù)評(píng)估方法。目前經(jīng)常使用的有函數(shù)凝聚法、狀態(tài)參數(shù)量法。函數(shù)凝聚法是對(duì)于同類型機(jī)械設(shè)備以正常狀態(tài)為參考，計(jì)算待評(píng)估設(shè)備的可靠性，其可靠性計(jì)算公式可表示為：R(Tx.y[f])=MAX{|Sx.y[f]|2/Sx[f]Sy[f]}=MAX{T2x.y[f]}。x指狀態(tài)良好的設(shè)備，y表示待評(píng)估設(shè)備，Sx.y[f]是信號(hào)的互功率普，T2x.y[f]是信號(hào)的凝聚函數(shù)。狀態(tài)參數(shù)法是標(biāo)記影響機(jī)械設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)的特征常量，當(dāng)參數(shù)變換時(shí)，設(shè)備運(yùn)行可靠度也發(fā)生變化。

3 結(jié)語

機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行可靠性的評(píng)估過程中存在著許多問題，評(píng)估人員對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行可靠性的評(píng)估過程中，應(yīng)通過失效數(shù)據(jù)分布計(jì)算其失效分布模型概率密度函數(shù)，使評(píng)估結(jié)果更加精準(zhǔn)。有效的可靠性評(píng)估可以提高機(jī)械設(shè)備運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也為機(jī)械設(shè)備維護(hù)和檢查提供了可靠的依據(jù)。在安全越來越受重視的現(xiàn)在，機(jī)械設(shè)備的可靠性評(píng)估將受到廣泛關(guān)注，可靠性評(píng)估提供的“預(yù)防性維修”將成為大型機(jī)械設(shè)備管理的利器。