李媛

（深圳中廣核工程設(shè)計(jì)有限公司，廣東 深圳 518172）

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

李媛

（深圳中廣核工程設(shè)計(jì)有限公司，廣東 深圳 518172）

我國的經(jīng)濟(jì)社會(huì)不斷發(fā)展，機(jī)械制造行業(yè)也進(jìn)入了快速發(fā)展的階段。在機(jī)械制造行業(yè)中有大量的機(jī)械設(shè)備，機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生動(dòng)力，可以為機(jī)械制造提供動(dòng)力支持。值得注意的是，每臺(tái)機(jī)械設(shè)備都存在一定的局限性，在運(yùn)行過程中會(huì)出現(xiàn)故障問題，阻礙機(jī)械生產(chǎn)制造工作的順利開展。具體探討了機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠性評(píng)估的發(fā)展與思考，希望能為相關(guān)單位提供一些參考。

機(jī)械設(shè)備；可靠性評(píng)估；評(píng)價(jià)模式；計(jì)算頻帶

進(jìn)入新世紀(jì)以來，我國的社會(huì)主義市場經(jīng)濟(jì)持續(xù)繁榮，給機(jī)械制造行業(yè)帶來了前所未有的發(fā)展機(jī)遇和挑戰(zhàn)。當(dāng)前我國的機(jī)械制造企業(yè)越來越多，市場競爭日趨激烈。如何在激烈的市場競爭中保持有利地位，成為了各個(gè)企業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)問題。在機(jī)械制造生產(chǎn)體系中，機(jī)械設(shè)備占據(jù)著重要位置。只有保證機(jī)械設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，才能提高機(jī)械制造的生產(chǎn)效率。在此背景下，對(duì)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠性進(jìn)行評(píng)估勢在必行。

1 機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠性評(píng)估的發(fā)展

隨著各國工業(yè)化進(jìn)程的不斷加快，科學(xué)技術(shù)水平不斷提升，機(jī)械設(shè)備也在朝著高精密、高智能的方向發(fā)展。機(jī)械設(shè)備的種類非常豐富，從某個(gè)角度來看，機(jī)械設(shè)備的質(zhì)量直接關(guān)系著機(jī)械制造行業(yè)的發(fā)展。自20世紀(jì)以來，發(fā)達(dá)國家開始對(duì)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行的可靠性進(jìn)行評(píng)估，并將可靠性評(píng)估技術(shù)應(yīng)用在了機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)制造中。美國將可靠性評(píng)估技術(shù)作為20世紀(jì)的三大技術(shù)之一，足以說明可靠性評(píng)估的重要性。與國外相比，我國的機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠性評(píng)估工作發(fā)展比較緩慢。長期以來我國的機(jī)械制造行業(yè)為勞動(dòng)力指向型，機(jī)械產(chǎn)品的技術(shù)轉(zhuǎn)換率較低。近年來，我國的市場經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，現(xiàn)代化技術(shù)被應(yīng)用在機(jī)械生產(chǎn)制造中。值得注意的是，我國機(jī)械設(shè)備的故障發(fā)生率非常高，為了保證機(jī)械生產(chǎn)制造系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，必須對(duì)機(jī)械設(shè)備的可靠性進(jìn)行精準(zhǔn)評(píng)估。

機(jī)械設(shè)備的可靠性評(píng)價(jià)包括以下幾方面的內(nèi)容：①對(duì)機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)過程進(jìn)行可靠性評(píng)價(jià)；②對(duì)機(jī)械設(shè)備的制造過程進(jìn)行可靠性評(píng)價(jià)；③對(duì)機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行過程進(jìn)行可靠性評(píng)價(jià)；④對(duì)機(jī)械設(shè)備的維修過程進(jìn)行可靠性評(píng)價(jià)；⑤對(duì)機(jī)械設(shè)備的管理過程進(jìn)行可靠性評(píng)價(jià)。在上述評(píng)價(jià)內(nèi)容中，設(shè)計(jì)考靠性和過程可靠性評(píng)估最為關(guān)鍵。機(jī)械設(shè)備很容易受到外部環(huán)境的影響，因此，機(jī)械設(shè)備故障屢見不鮮，嚴(yán)重的甚至?xí)l(fā)重大的安全事故。以前幾年的日本核電站泄漏為例，日本核電站的冷卻設(shè)備失衡，系統(tǒng)停轉(zhuǎn)，導(dǎo)致核電站泄漏。為了避免上述問題的發(fā)生，機(jī)械制造行業(yè)必須對(duì)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠性進(jìn)行評(píng)估，保障機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)制造工作的順利開展。

2 機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠性評(píng)估的不足之處

2.1 獲取數(shù)據(jù)不夠精確

在當(dāng)前機(jī)械設(shè)備運(yùn)行的可靠性評(píng)估中，存在數(shù)據(jù)不夠精確的問題。在機(jī)械設(shè)備運(yùn)行過程中，會(huì)產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，只有對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存管理和精準(zhǔn)分析，才能體現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)用價(jià)值。機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)是可靠性評(píng)估的依據(jù)，在進(jìn)行評(píng)估過程中，需要應(yīng)用數(shù)據(jù)測算事故概率。傳統(tǒng)的數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)遺失的問題，對(duì)可靠性評(píng)估結(jié)果造成不利影響。

2.2 設(shè)備狀態(tài)評(píng)估片面

在當(dāng)前機(jī)械設(shè)備運(yùn)行的可靠性評(píng)估中，存在設(shè)備狀態(tài)評(píng)估片面的問題。在可靠性評(píng)價(jià)時(shí)，需要對(duì)機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行假設(shè)，使機(jī)械設(shè)備趨于有限狀態(tài)。一般而言，機(jī)械制造企業(yè)會(huì)考察機(jī)械設(shè)備的失效狀態(tài)和正常狀態(tài)，但是除了這2種狀態(tài)外，機(jī)械設(shè)備還存在其他的運(yùn)行狀態(tài)。由于設(shè)備狀態(tài)評(píng)估片面，可靠性評(píng)估的結(jié)果勢必會(huì)與實(shí)際值存在差距。

2.3 機(jī)械設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜

在當(dāng)前機(jī)械設(shè)備運(yùn)行的可靠性評(píng)估中，存在機(jī)械設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題。很多機(jī)械設(shè)備的規(guī)模較大、內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，在運(yùn)作過程中，不同零件會(huì)產(chǎn)生不同的作用力。傳統(tǒng)評(píng)估方法并不能判斷機(jī)械設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)零件與零件的關(guān)系，一旦零件出現(xiàn)損壞，就會(huì)導(dǎo)致機(jī)械設(shè)備失效，阻礙機(jī)械產(chǎn)品制造工作的推進(jìn)。

2.4 失效分布評(píng)估較難

在當(dāng)前機(jī)械設(shè)備運(yùn)行的可靠性評(píng)估中，存在失效分布評(píng)估較難的問題。在進(jìn)行可靠性分析時(shí)，需要判斷機(jī)械設(shè)備失效的概率。機(jī)械設(shè)備失效本身為假設(shè)條件，提高了評(píng)估結(jié)果的模糊性。很多機(jī)械設(shè)備的使用年限較短，內(nèi)部元件較多，維修的難度大大增加。一些機(jī)械制造企業(yè)應(yīng)用傳統(tǒng)可靠性評(píng)估方法進(jìn)行分析，導(dǎo)致評(píng)估結(jié)果出現(xiàn)偏差。

3 機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠性評(píng)估的科學(xué)方法

3.1 降低對(duì)概率分布的依賴性

為了對(duì)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行可靠性評(píng)估，應(yīng)該降低對(duì)概率分布的依賴性。在應(yīng)用傳統(tǒng)評(píng)估方式對(duì)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行可靠性評(píng)價(jià)時(shí)，需要依托概率分布的方法。概率分布方法存在較大的誤差，為了降低對(duì)概率分布的依賴，應(yīng)探索新的模型評(píng)估方法。當(dāng)機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用過程中呈失效狀態(tài)，參數(shù)運(yùn)行具有一定的規(guī)律性。此時(shí)，應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)之間的相互關(guān)系進(jìn)行判斷，最大化地提高模型的精確度。在不同的運(yùn)作階段，機(jī)械設(shè)備的可靠性水平不同，國外學(xué)者提出了動(dòng)態(tài)貝葉斯估計(jì)方法，為機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠性評(píng)估指引了新的方向。在構(gòu)建評(píng)估模型之后，應(yīng)脫離數(shù)理概念，對(duì)不同類型的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行可靠性分析，同時(shí)，對(duì)機(jī)械設(shè)備的使用壽命進(jìn)行測算。

3.2 假設(shè)機(jī)械設(shè)備已經(jīng)失效

為了對(duì)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行可靠性評(píng)估，應(yīng)該假設(shè)機(jī)械設(shè)備已經(jīng)失效。在傳統(tǒng)的評(píng)價(jià)模式中，機(jī)械設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)主要分為2種。即正常狀態(tài)、失效狀態(tài)。事實(shí)上，機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間越長，其退化速度越快，退化狀態(tài)處在正常狀態(tài)與失效狀態(tài)之間，也應(yīng)該納入考慮范圍之內(nèi)。在20世紀(jì)初，國外學(xué)者構(gòu)建了機(jī)械設(shè)備加速退化模型，對(duì)機(jī)械設(shè)備的退化狀態(tài)進(jìn)行仿真模擬。在此基礎(chǔ)上，其他學(xué)者對(duì)失效數(shù)據(jù)進(jìn)行了排列，使模型可以描述機(jī)械設(shè)備的物理特性。機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行軌跡不同，其退化程度也不盡相同。因此，在對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行可靠性評(píng)估時(shí)，應(yīng)該將其運(yùn)行劃分為不同的階段，獲取其中的故障參數(shù)，判斷時(shí)間與機(jī)械設(shè)備運(yùn)行系統(tǒng)的關(guān)系。

3.3 保障評(píng)估結(jié)果的實(shí)時(shí)性

為了對(duì)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行可靠性評(píng)估，應(yīng)該保障評(píng)估結(jié)果的實(shí)時(shí)性。機(jī)械設(shè)備所處的工作環(huán)境一直在發(fā)生變化，與之相對(duì)應(yīng)的，機(jī)械設(shè)備運(yùn)行參數(shù)也在發(fā)生變化。機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生大量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。只有對(duì)即時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，才能獲得最精準(zhǔn)的可靠性評(píng)估結(jié)果。歷史試驗(yàn)數(shù)據(jù)雖然能反應(yīng)機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，但并不能將其作為構(gòu)建可靠性評(píng)估模型的依據(jù)。為了確保評(píng)估結(jié)果的實(shí)時(shí)性，應(yīng)該依靠貝葉斯方法形成仿真系統(tǒng)，對(duì)機(jī)械設(shè)備失效概率進(jìn)行評(píng)定。同時(shí)，需要依靠網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)形成動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，對(duì)機(jī)械設(shè)備的退化數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

3.4 發(fā)揮動(dòng)態(tài)信號(hào)信息價(jià)值

為了對(duì)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行可靠性評(píng)估，應(yīng)該發(fā)揮動(dòng)態(tài)信號(hào)信息的價(jià)值。動(dòng)態(tài)信號(hào)可以反映機(jī)械設(shè)備的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)情況，因此，在對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行可靠性評(píng)估時(shí)，可以對(duì)動(dòng)態(tài)信號(hào)進(jìn)行分析，判斷機(jī)械設(shè)備的磨損程度和故障發(fā)生率。一方面，動(dòng)態(tài)信號(hào)需要依靠物質(zhì)載體，比如信號(hào)接收轉(zhuǎn)換器等；另一方面，機(jī)械設(shè)備的運(yùn)作狀態(tài)不一，需要建立不同監(jiān)測點(diǎn)，獲取實(shí)時(shí)信息。在了解設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)之后，應(yīng)將個(gè)體運(yùn)行整合為群體運(yùn)行，反映設(shè)備整體運(yùn)行的特征。同時(shí)，應(yīng)把當(dāng)前信息與歷史信息相結(jié)合，形成可靠性評(píng)估的科學(xué)方案。

3.5 采用多元化的評(píng)估方法

為了對(duì)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行可靠性評(píng)估，應(yīng)采用多元化的評(píng)估方法。一方面，可以計(jì)算機(jī)械設(shè)備的振動(dòng)頻率，并將機(jī)械設(shè)備的振動(dòng)劃分為不同層級(jí)，以此為依據(jù)評(píng)定機(jī)械設(shè)備的老化程度，測試軸心的工作性能；另一方面，可以觀察機(jī)械設(shè)備的外觀，查看機(jī)械設(shè)備是否出現(xiàn)了外部結(jié)構(gòu)損傷，評(píng)估機(jī)械設(shè)備的不確定狀態(tài)，分解計(jì)算頻帶。

4 結(jié)論

綜上所述，隨著我國的經(jīng)濟(jì)社會(huì)不斷發(fā)展，機(jī)械制造行業(yè)也進(jìn)入了快速發(fā)展階段。在機(jī)械制造生產(chǎn)體系中，機(jī)械設(shè)備占據(jù)著重要位置。只有保證機(jī)械設(shè)備的性能良好，才能推動(dòng)機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)制造工作的順利開展。在此背景下，對(duì)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠性進(jìn)行評(píng)估勢在必行。

［1］何正嘉，曹宏瑞，訾艷陽，等.機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠性評(píng)估的發(fā)展與思考［J］.機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2014（02）.

［2］季云，王恒，朱龍彪，等.基于HMM的機(jī)械設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估與故障預(yù)測研究綜述［J］.機(jī)械強(qiáng)度，2017（03）.

〔編輯：張思楠〕

TH17

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.17.160

2095－6835（2017）17－0160－02