蘭 平

（成都晉林工業(yè)制造有限責(zé)任公司，四川成都 611930）

0 引言

數(shù)控機(jī)床廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造業(yè)和機(jī)床制造業(yè)，制造業(yè)是國(guó)家的重要產(chǎn)業(yè)，關(guān)系國(guó)計(jì)民生，也是支撐國(guó)家產(chǎn)業(yè)實(shí)力的關(guān)鍵。數(shù)控機(jī)床內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大，國(guó)內(nèi)的高端數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域與西方發(fā)達(dá)國(guó)家仍有一定差距。雖然在設(shè)計(jì)過(guò)程已對(duì)數(shù)控機(jī)床的可靠性進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，但是在生產(chǎn)過(guò)程依舊會(huì)面臨一些問(wèn)題，影響數(shù)控機(jī)床的可靠性，在任何時(shí)候、任何設(shè)備都會(huì)存在一定的故障概率。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，數(shù)控機(jī)床的維修工作所占用的成本約為整個(gè)機(jī)床運(yùn)行期間成本的30%左右，研究數(shù)控機(jī)床的目的是減少故障發(fā)生率，避免影響企業(yè)生產(chǎn)。在對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行維修檢修過(guò)程中，必須做到維修策略合理科學(xué)。

1 國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床

研究和分析傳統(tǒng)的維護(hù)修理決策，根據(jù)當(dāng)前我國(guó)常用的數(shù)控機(jī)床的具體特點(diǎn)，篩選維修決策模型，在機(jī)床正常工作的基礎(chǔ)上，最大可能地降低維修費(fèi)用。近些年來(lái)，數(shù)控機(jī)床的可靠性多次引發(fā)關(guān)注，國(guó)內(nèi)企業(yè)針對(duì)高端數(shù)控機(jī)床的一些關(guān)鍵性部件進(jìn)行科研攻關(guān)，國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床已在部分領(lǐng)域達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。然而在使用過(guò)程中，國(guó)產(chǎn)機(jī)床的問(wèn)題層出不窮，企業(yè)對(duì)機(jī)床維修的重視不夠，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。為了減少機(jī)床故障的發(fā)生頻率和故障造成的停機(jī)時(shí)間損失，數(shù)控機(jī)床維修決策的研究將成為我國(guó)制造業(yè)的重要研究課題之一。

2 數(shù)控機(jī)床維修

2.1 預(yù)防性維護(hù)

近幾十年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)數(shù)控機(jī)床維修進(jìn)行了大量研究，提出了預(yù)防性維護(hù)的理念，預(yù)防性維護(hù)包括預(yù)防性檢查和預(yù)防性維修。傳統(tǒng)的糾正性維修是在機(jī)床發(fā)生故障時(shí)進(jìn)行維修，將數(shù)控機(jī)床的工作狀態(tài)恢復(fù)到正常；預(yù)防性維護(hù)是在數(shù)控機(jī)床運(yùn)行過(guò)程中對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行維護(hù)，對(duì)數(shù)控機(jī)床的各個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)和預(yù)防性維修，避免產(chǎn)生故障，使整個(gè)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)在規(guī)定的條件下完成規(guī)定的操作。具體操作主要分為5 類：

（1）將數(shù)控機(jī)床恢復(fù)到全新?tīng)顟B(tài)：通過(guò)對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行全面維護(hù)，整個(gè)數(shù)控機(jī)床具有同新系統(tǒng)同樣的壽命和運(yùn)行效率，這一維修最常用的是更換故障部件。

（2）最低維護(hù)：將整個(gè)系統(tǒng)故障恢復(fù)到系統(tǒng)發(fā)生故障前的狀態(tài)，根據(jù)研究表明，系統(tǒng)工作狀態(tài)被稱為舊狀態(tài)，對(duì)風(fēng)扇進(jìn)行更換不屬于這一維修。

（3）不完全維護(hù)：在對(duì)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)后，沒(méi)有達(dá)到新的數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)的狀態(tài)，不完全維護(hù)在實(shí)際中也被稱為一般維護(hù)，它主要包括不完全維護(hù)和最小維護(hù)。不完全維護(hù)的最常見(jiàn)例子是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)整，因?yàn)閷?duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)整不會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)回到全新的狀態(tài)，但是會(huì)提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。

（4）差維護(hù)：通過(guò)這一維護(hù)能夠增加系統(tǒng)的使用壽命，降低系統(tǒng)的故障率，但對(duì)整個(gè)系統(tǒng)故障的維修工作不會(huì)產(chǎn)生直接影響，因此應(yīng)用這一維護(hù)過(guò)程中，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)相較于之前更差。

（5）最壞情況維護(hù)：在維護(hù)過(guò)程中由于受多種因素影響導(dǎo)致數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)失效。

2.2 選擇維護(hù)策略

維修人員造成維修不徹底的原因：①只有部分故障零件被修理；②修理故障部件，但損壞相鄰部件；③誤判被檢零件的狀況。

導(dǎo)致更差或最差維護(hù)的原因：①維修過(guò)程中未發(fā)現(xiàn)隱患；②人為錯(cuò)誤，如對(duì)維護(hù)期間造成的進(jìn)一步損壞的錯(cuò)誤評(píng)估；③在更換過(guò)程中使用故障部件。

維護(hù)策略是基于計(jì)劃?rùn)z查的，根據(jù)數(shù)控機(jī)床的使用壽命對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行定期檢查，通過(guò)對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行定期檢查，尋找到數(shù)控機(jī)床中出故障的部位和零件，如正常情況下火災(zāi)探測(cè)裝置和備用電池是較容易出現(xiàn)故障的。檢查數(shù)控機(jī)床的各個(gè)部件的運(yùn)行狀況，由于數(shù)控機(jī)床部件出現(xiàn)老化，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)應(yīng)縮短檢查的間隔時(shí)間，更有利于數(shù)控機(jī)床的穩(wěn)定運(yùn)行。根據(jù)實(shí)際狀況合理選擇維修周期和隨機(jī)檢測(cè)時(shí)間，能夠有效優(yōu)化當(dāng)前的隨機(jī)檢查策略。

預(yù)防性維護(hù)指的是完全維護(hù)、最小維護(hù)、較差維護(hù)、不完善維護(hù)以及最常維護(hù)的預(yù)防性維護(hù)；糾正性維護(hù)指的是不完整的、完整的、最壞的或者更壞的情況。實(shí)際維護(hù)的程度和類型取決于不同數(shù)控機(jī)床的對(duì)象系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、安全性和可靠性要求，對(duì)預(yù)防性維護(hù)模型進(jìn)行假設(shè)：①預(yù)防性維護(hù)或者維護(hù)后，系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)與全新的數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)以及正在使用中的數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)的狀態(tài)保持一致；②應(yīng)當(dāng)對(duì)數(shù)控機(jī)床的維護(hù)時(shí)間進(jìn)行忽略，單機(jī)系統(tǒng)由于結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，對(duì)單機(jī)系統(tǒng)的完全維護(hù)是可行的。這兩種假設(shè)在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用并不具有實(shí)際意義，特別是在醫(yī)療設(shè)備、飛機(jī)等較為復(fù)雜的系統(tǒng)中，在實(shí)際維修過(guò)程中，許多維修工作并不存在上述極端情況，而是存在于中間狀態(tài)。當(dāng)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中其故障率介于全新的數(shù)控機(jī)床和舊的數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)之間，不完全維護(hù)不會(huì)使數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)保持新設(shè)備一樣的狀態(tài)，但是會(huì)提高數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行狀態(tài)，這一原理在維修工作中得到了廣泛的應(yīng)用和實(shí)踐。

3 基于性能退化的數(shù)控裝備維修決策

對(duì)于不完整、更差和最壞情況下的維護(hù)，大多數(shù)研究集中在單部件系統(tǒng)上，一些研究者提出了不完全維修、嚴(yán)重維修和最壞情況維修的建模方法。維修單元建模方法雖然不能作為多部件系統(tǒng)的單一部件，但可作為一種有效的多部件決策方法。過(guò)去，大多數(shù)研究關(guān)注的是雙峰構(gòu)件系統(tǒng)，然而在許多應(yīng)用領(lǐng)域中，系統(tǒng)部件往往具有多個(gè)性能速率狀態(tài)，因此雙峰部件的選擇性維修模型不能應(yīng)用于實(shí)際工程中。因此，以KVC650M 立式加工中心為研究對(duì)象，提出了一種基于多態(tài)部件的選擇性維修模型。

3.1 系統(tǒng)說(shuō)明

機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)用于在給定的環(huán)境中執(zhí)行指定的任務(wù)，有些系統(tǒng)可以以不同的效率執(zhí)行任務(wù)。在多狀態(tài)組件中，每個(gè)組件都有一個(gè)離散的性能速率狀態(tài)。在兩狀態(tài)部件的選擇維修決策模型中，可以方便地制定和優(yōu)化多個(gè)兩狀態(tài)部件的維修策略?？紤]到多狀態(tài)系統(tǒng)中的組件具有不同的性能狀態(tài)級(jí)別，根據(jù)維護(hù)前組件的狀態(tài)、下一個(gè)任務(wù)的需求級(jí)別和可維護(hù)資源來(lái)確定下一個(gè)任務(wù)后的系統(tǒng)狀態(tài)。

3.2 維修費(fèi)

對(duì)于具有多狀態(tài)部件的多狀態(tài)系統(tǒng)維護(hù)，假設(shè)在維護(hù)期間已知部件的當(dāng)前狀態(tài)，根據(jù)部件的維修性能，可分為不完全維修率和維修前更換率。如果部件在維修周期內(nèi)未進(jìn)行維修，則維修成本為0；在其他維護(hù)模式中，固定維護(hù)成本可以從經(jīng)驗(yàn)中得出。固定成本是指維修的安裝成本，與維修的昂貴程度無(wú)關(guān)。固定成本包括清潔、除塵、拆卸和組裝部件。變更的成本反映了零件修理和改進(jìn)的程度?？勺兂杀救Q于組件從當(dāng)前狀態(tài)到更高狀態(tài)的改進(jìn)。缺乏對(duì)系統(tǒng)的維護(hù)和維修是無(wú)法彌補(bǔ)的，增加維護(hù)成本可以提高系統(tǒng)的性能，系統(tǒng)達(dá)到更高的性能狀態(tài)就需要更高的維護(hù)成本。不完全維護(hù)可以使部件的性能從當(dāng)前狀態(tài)提高到更高的性能狀態(tài)，但不能達(dá)到最佳狀態(tài)，因?yàn)椴考淖罴褷顟B(tài)只能通過(guò)更換和維護(hù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3.3 任務(wù)完成率

如果多狀態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)高于任務(wù)的最低要求，則視為可接受狀態(tài)；否則，系統(tǒng)狀態(tài)低于任務(wù)的最低要求，則系統(tǒng)將進(jìn)入不可接受狀態(tài)，通常稱為失敗。多狀態(tài)系統(tǒng)的可靠性定義為維修完成后維修間隔的增加，即系統(tǒng)保持在可接受狀態(tài)的可能性上。因此，可以使用不同的方法來(lái)評(píng)估系統(tǒng)安全性對(duì)系統(tǒng)性能的影響；如果系統(tǒng)達(dá)到維護(hù)間隔，則根據(jù)組件的當(dāng)前狀態(tài)選擇不同的維護(hù)方法。因此，計(jì)算下一個(gè)部件完成后的狀態(tài)概率是非常重要的。

4 結(jié)束語(yǔ)

數(shù)控設(shè)備技術(shù)直接制約著國(guó)家的產(chǎn)業(yè)發(fā)展，數(shù)控設(shè)備在解決高端制造問(wèn)題上的可靠性將越來(lái)越高，如何解決數(shù)控設(shè)備在工業(yè)生產(chǎn)中的可靠性問(wèn)題將成為今后研究的重點(diǎn)。分析機(jī)床歷史數(shù)據(jù)的可靠性，研究基于機(jī)床性能退化的維修決策問(wèn)題，優(yōu)化機(jī)床系統(tǒng)的維修決策。雖然取得了一些成績(jī)，但還需要在實(shí)踐中進(jìn)一步檢驗(yàn)。