機械制造工藝的可靠性探究

陳 治

（鹽城生物工程高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇 鹽城224051）

0 引言

現(xiàn)階段我國的機械制造業(yè)水平已處于世界領(lǐng)先地位，機械產(chǎn)品的功能越來越多，其結(jié)構(gòu)也日漸復(fù)雜。人們對機械產(chǎn)品質(zhì)量的要求也更加嚴格，機械產(chǎn)品的質(zhì)量將直接影響到生產(chǎn)廠家的市場份額。機械產(chǎn)品的質(zhì)量與制造工藝的可靠性密切相關(guān)，因此研究機械制造工藝的可靠性具有重要意義。

1 機械制造工藝可靠性的含義

機械制造是以原材料和半成品為操作對象，并且以各種技術(shù)和設(shè)備為手段，對其進行處理或加工后將其轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的過程。在國標中可靠性是指“在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力”。根據(jù)國標定義可知，可靠性可以分為“使用”和“固有”兩方面。固有可靠性是指產(chǎn)品在使用之前已經(jīng)具有的可靠性。本文主要研究的是機械產(chǎn)品的固有可靠性，而產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)管理和機械制造等過程都會影響到機械制造工藝的可靠性。

2 機械制造工藝可靠性的研究方法

2.1 定量研究方法

機械制造工藝的可靠性與產(chǎn)品的孔位特征、可靠性指標和機械制造過程等諸因素有關(guān)。對于機械制造工藝的可靠性分析也是對產(chǎn)品整個設(shè)計、生產(chǎn)、管理維護過程的分析。影響機械制造工藝可靠性的這些因素相互關(guān)聯(lián)并且表現(xiàn)出模糊的特點，因此模糊理論非常適合用于分析機械制造工藝的可靠性。與傳統(tǒng)的可靠性分析方法比較，如果能夠正確地理解相關(guān)模糊信息，使用模糊分析得到的分析結(jié)果將更準確。為了更好地理解相關(guān)模糊信息，下面對機械制造工藝的可靠性指標進行介紹。

2.1.1 工藝故障發(fā)生率

在機械制造過程中工藝故障發(fā)生的概率稱為工藝故障發(fā)生率，它是機械制造工藝可靠性的重要研究指標。一般而言，工藝故障發(fā)生率包括故障瞬時發(fā)生率和故障發(fā)生強度2個指標。工藝故障發(fā)生強度代表的是機械產(chǎn)品在單位時間內(nèi)發(fā)生故障的難易強度。工藝故障發(fā)生強度h（t）的計算公式為：

式中，ΔN（t）為在 Δt時間內(nèi)發(fā)生故障的次數(shù)，N（t）為在［0，t］時間內(nèi)發(fā)生故障的次數(shù)。

工藝故障發(fā)生強度無法反映設(shè)備制造過程中故障率的局部變化，它僅能代表故障的平均統(tǒng)計數(shù)值。工藝故障瞬時發(fā)生率能夠代表在制造過程中局部故障率的變化。工藝故障瞬時發(fā)生率λ（t）是指單位時間內(nèi)制造過程中工藝故障的發(fā)生概率，如下式所示：

經(jīng)過多年的研究和實踐發(fā)現(xiàn)，故障發(fā)生強度和瞬時故障發(fā)生率適用于不同的場合。工藝故障發(fā)生強度適合用于評價一段時間內(nèi)在設(shè)備生產(chǎn)過程中故障發(fā)生的概率，而工藝故障瞬時發(fā)生率一般適用于制作工藝復(fù)雜、制作步驟多、即時性要求高特別是考慮維修對故障影響的場合。

2.1.2 工藝的可靠度

工藝的可靠度是指機械制造過程中保障產(chǎn)品的可靠性符合技術(shù)要求并能夠按進度完成加工任務(wù)的程度。工藝的可靠度可用R（t）＝P（T＞t）來表示，其中T表示產(chǎn)品生產(chǎn)滿足技術(shù)規(guī)范要求的持續(xù)時間。在機械制造過程中工藝可靠度的計算方法和計算模型有很多種，現(xiàn)階段比較常用的模型是順序關(guān)聯(lián)模型。順序關(guān)聯(lián)模型主要研究的是與產(chǎn)品加工質(zhì)量相關(guān)的工藝單元的直接關(guān)系。當(dāng)某個機械產(chǎn)品需要m個工序才能夠完成，如前面的工序出現(xiàn)誤差，則只能通過后面的工藝過程進行修正。所以，在加工過程中如果前面工序出現(xiàn)誤差，為保證產(chǎn)品質(zhì)量，需在后面的工藝過程中進行調(diào)整，最后的那道工序決定了產(chǎn)品是否符合相關(guān)要求。這種根據(jù)先后順序分析工藝可靠度關(guān)系的模型稱為順序關(guān)聯(lián)模型。以2個工藝單元為例，這2個工藝單元組成的制造過程的工藝可靠度用Pk（t）表示，計算公式如下：

k代表第k個工序，如果第1個工序的誤差能夠被第2個工序修正，則這2個工序組成的制造過程的工藝可靠度僅與第2個工序的偏差有關(guān)。

2.1.3 工藝穩(wěn)定性

大多數(shù)情況下，通過工序能力對工藝穩(wěn)定性進行評價。工序能力一般需要使用產(chǎn)品工序質(zhì)量特征值的分布特征函數(shù)進行衡量。根據(jù)相關(guān)的概率統(tǒng)計知識，假設(shè)工序質(zhì)量特征值用X表示，相應(yīng)的數(shù)學(xué)期望值用μ表示，σ用來表示標準誤差。在數(shù)量足夠大的情況下，工序質(zhì)量特征值X服從正態(tài)分布。同時，經(jīng)過相關(guān)的分析可知，標準誤差越小，則工序能力越強。

工藝穩(wěn)定性也會使用工序能力指數(shù)Cp進行評價，Cp的值越大系統(tǒng)的工序能力越強，工藝穩(wěn)定性也就越好，越能夠更好地滿足相關(guān)設(shè)計標準的要求。一般而言，機械產(chǎn)品往往需經(jīng)過多道工序加工而成，所以為了更加準確地評價整個制造過程的工藝穩(wěn)定性，要綜合各個工序的工序能力指數(shù)，得出一個綜合工序能力指數(shù)。

2.2 定性研究方法

機械制造工藝的可靠性與很多因素有關(guān)，其中很多因素?zé)o法通過定量的方法進行描述。所以定性分析在（下轉(zhuǎn)第116頁）機械制造工藝的可靠性分析中占有重要的地位，具有不可替代的作用。常用的定性分析方法有故障樹分析方法和故障模式影響分析方法等。

3 提高機械制造工藝可靠性的措施

3.1 降低機械制造故障發(fā)生率

在機械制造過程中不可避免地會出現(xiàn)各種各樣的故障，但如能將故障發(fā)生率控制在一定的范圍內(nèi)，則產(chǎn)品的質(zhì)量就能夠得到可靠的保證。為了降低機械故障發(fā)生率，首先要保證相關(guān)設(shè)備的正常運行，設(shè)備維修人員要定期進行設(shè)備的檢修和調(diào)試，對于出現(xiàn)的問題要及時處理?，F(xiàn)階段，很多大型企業(yè)采用了設(shè)備狀態(tài)維修方法，根據(jù)設(shè)備運行的狀態(tài)制定相關(guān)的維修策略，將故障消滅在萌芽階段。

3.2 提高機械制造工藝的穩(wěn)定性

提高制造工藝的穩(wěn)定性是指，單位時間內(nèi)將機械制造的工序偏差控制在合理的范圍內(nèi)，從而保證將機械產(chǎn)品質(zhì)量控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。提高機械制造工藝穩(wěn)定性的措施有很多種，例如，在生產(chǎn)過程中要及時對設(shè)備的加工精度進行修正，某一工序加工偏差超過規(guī)定值要及時進行修正。另外，還要及時更新生產(chǎn)設(shè)備，采用先進的生產(chǎn)工藝和最新技術(shù)，從而達到提高機械制造工藝穩(wěn)定性的目的。

3.3 提高技術(shù)水平和管理水平

在機械產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，技術(shù)水平高低直接影響著機械制造工藝的可靠性。相關(guān)的機械制造廠家應(yīng)該根據(jù)市場需求及時更新生產(chǎn)設(shè)備，提高技術(shù)水平，同時也要激發(fā)員工的創(chuàng)造性，對現(xiàn)有的技術(shù)工藝進行改進，以提高機械制造工藝的可靠性。

除此之外，要提高機械制造管理水平，針對整個制造流程制定詳細嚴謹?shù)牟僮饕?guī)范，對原料及半成品要嚴格管理，同時定期保養(yǎng)維護相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備。

4 結(jié)語

隨著科技的進步和機械制造水平的提高，人們對機械制造工藝可靠性的要求也更加嚴格，從某種意義上來說，機械制造工藝的可靠性決定了生產(chǎn)廠家的市場份額。為此，要認真研究分析機械制造工藝的可靠性，通過各種措施加以提高，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量。

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