龚中东

摘 要：数控机床是现代制造业的基础装备，其可靠性在很大程度上影响着产品的市场竞争力。本文简要阐述了数控机床可靠性研究中的主要问题，并在此基础上，对数控机床可靠性技术进行分析探讨。

关键词：数控机床；可靠性；可靠性技术

1前言

数控机床是制造机器的机器，是装备制造业的“工作母机”，科技含量高、造价高昂，是衡量一个国家制造业发展水平及现代化程度、综合国力的重要指标。数控机床是现代工业发展的基础装备，随着我国社会经济的飞速发展，数控机床的需求量大增，机床消费量、机床进口量多年来一直呈不断增长态势。目前我国国产数控机床在精度、速度、多轴联动和复合加工等方面取得了明显进步，但机床的可靠性与国际水平还具有较大的差距，这也是国产数控机床一直徘徊在低端市场，在中高端市场占有率低的主要原因。数控机床的可靠性是其品质的关键指标，可靠性差表示机床在运转和使用过程中发生故障的频率高、周期短，其性能和功能无法维持，降低了其使用价值。

2数控机床可靠性研究存在的主要问题

近些年来，国产机床的可靠性水平正在稳步增长，但是与先进国家的同类产品相比差距依然明显。归纳起来，国内数控机床的可靠性研究与应用仍然存在如下主要问题：一是企业尚未建立起完善的产品可靠性保障体系，技术成果和资源整合不够；二是数控机床可靠性的技术体系不够完善，可靠性设计评审、可靠性标准制定、可靠性数据库建立、可靠性管理实施等方面还需进一步加强；三是数控机床的可靠性设计工作基本上没有在企业的设计部门开展，主机和功能部件等缺乏可靠性设计的依据、规范和经验的积累，导致产品的固有可靠性水平先天不足；四是机床的可靠性试验工作不够充分，载荷谱和故障失效及使用维修等基础统计数据还不能满足可靠性研究的需要；五是现有技术成果的应用主要局限在部分科技攻关的新产品上，推广应用途径尚不畅通。

究其原因，主要体现在三个方面：一是缺乏有效的可靠性管理，决策层对可靠性的认识不足或存在着认识误区；二是缺乏有效的可靠性技术与正确的可靠性方法，仅依靠长期的经验积累与推断，难以从根本上解决可靠性问题；三是缺乏可靠性指导与培训以及专业技术人员，制约了可靠性工程的实施。在数控机床可靠性技术的研究中也曝露出企业的一些问题，有些机床产品厂家对于可靠性的重视和投入依然不足，表现在产品设计、制造、检测、试验等各环节与可靠性技术联系不够紧密或没有联系。因为可靠性是考虑了时间因素的质量，因此加深对常规设计的全面认识与深入推广可靠性技术，无疑是提高机床产品质量的必经之路。

3数控机床可靠性技术

面向机床全生命周期的可靠性技术体系的主要内容包括：可靠性数据统计与分析、可靠性设计、可靠性试验、可靠性增长、系统可靠性、可靠性管理等。

可靠性数据分析是可靠性工作进程之中的重要环节之一。在产品研制阶段，根据设计、试验与参数评估的结果，寻找出产品的薄弱环节，提出改进措施，以求得到满意的可靠性水平；在产品生产阶段，根据鉴定验收试验、制造工艺过程的结果，评估其可靠性是否达到设计的要求，为生产决策提供管理信息；在产品使用阶段，采集分析现场可靠性数据，找出产品早期失效的根源，加强可靠性筛选，充分探究产品各使用阶段的故障原因，进行可靠性分析与评估，逐渐改进故障率高的产品，使之达到设计所要求的指标。

可靠性设计包括了可靠性指标体系、可靠性设计的基本内容、产品研发与可靠性保障、动态与渐变可靠性设计、可靠性优化设计、可靠性灵敏度设计以及可靠性稳健设计。

众所周知，任何产品都存在可靠性问题，而且可靠性问题贯穿于从产品设计到报废的整个生命周期，可见产品在全寿命周期内都会出现各种可靠性问题。产品在设计、制造、使用过程中，不断经受自身及外界气候环境、物理环境和化学环境的影响，因此要保持正常工作状态，就需要以试验装置对其进行验讯。验证基本分为研发试验、试产试验、量产抽检三个部分。可靠性试验种类很多，按试验进行的地点来划分，可靠性试验可以分为实验室试验与现场试验；按试验的目的，可靠性试验可分为工程试验与统计试验两大类；按试验对象的破坏情况来划分，可靠性试验可分为破坏性试验和非破坏性试验。

可靠性增長是通过逐步修改产品的设计和制造中的缺陷，改进和消除产品的薄弱环节，不断提高产品可靠性的工程项目。任何产品在研制初期都要经过反复的研发设计---分析计算---修改设计或试验---改进---再试验的过程，才能使产品可靠性与其他性能不断提高，直到满足要求。可见，可靠性增长过程是在可靠性数据处理、可靠性分析与可靠性试验基础上，通过反复分析与试验使产品的设计、制造和使用缺陷不断暴露，然后经过改进消除产品的薄弱环节，使产品不断趋于完善，从而使产品的可靠性和其他性能不断提高的过程。可靠性增长是保证复杂产品投人使用后具有所需要的可靠性的一种有效的途径，贯穿于产品研发与使用的各个阶段。可靠性增长工作流程主要包括：产品故障统计与识别，可靠性增长措施的提出与实施以及可靠性增长预测和建模。

系统可靠性分析中采用的定量分析方法主要是：建立系统的可靠性模型，将系统可靠性的特征量（如可靠度、失效率、寿命、维修度、有效度、重要度等）表达为单元可靠性特征量的函数（或者数值关系），然后通过求得的单元可靠性特征量计算出系统的可靠性；系统故障定性分析主要是识别各子系统、组件、单元的失效模式及影响，查寻机械系统的薄弱部位。系统可靠性分析中常采用的分析方法主要有以下几种：故障模式、影响及危害性分析，故障树分析，可靠性预计与可靠性分配，随机有限元分析等。

可靠性管理是为了确定和达到产品的预期可靠性指标所需要的各项管理活动的总称，是为了确定和满足零部件或产品系统的可靠性要求所进行的一系列组织、计划、规划、控制、协调、监督、决策等活动和功能的管理。可靠性管理是从系统的观点出发，通过制定和实施科学的计划，组织、控制和监督可靠性活动的开展，以保证用最少的资源，实现用户所要求的产品可靠性。可靠性管理包括：组织可靠性质量保证系统；规定要管理的任务和相关部门和负责人员的职责；指导、检查和督促分担任务的协作单位的可靠性工作；制订可靠性计划并检查督促计划的执行。

4结束语

国内外实践表明，精细制作是提升机床可靠性的途径之一。一旦机床企业在设计、制造和装配过程中把握好各环节的每一细节，严控元器件、配附件和功能部件的质量关，避免因一些细微之处的不周密而影响整机的可靠性，数控机床的可靠性必将大幅度提升。数控机床可靠性的全面提升非一日一时之功。国外机床工业的发展经验显示，机床可靠性增长需要人力、物力、财力的持续投人。只有对可靠性问题高度重视，并且从产品设计选型、零部件筛选、生产制造工艺、可靠性试验、故障数据分析及可靠性管理等方面系统地加以实施，机床可靠性才能不断地提升。

参考文献：

[1]杨兆军，陈传海，陈菲，李国发. 数控机床可靠性技术的研究进展[J/OL]. 机械工程学报，2013，49（20）：130-139. （2013-09-10）[2017-09-01].

[2]张义民. 数控机床可靠性技术评述（下）[J]. 世界制造技术与装备市场，2012，（06）：56-63+67. [2017-09-01].

[3]张义民. 数控机床可靠性技术评述（上）[J]. 世界制造技术与装备市场，2012，（05）：49-57. [2017-09-01].endprint