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

劉景強(qiáng) 李傳誠(chéng)

摘 要：現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備的發(fā)展目標(biāo)為全面實(shí)現(xiàn)低耗化、智能化以及高效化，其可靠性評(píng)估的競(jìng)爭(zhēng)以設(shè)備運(yùn)行的智能化性能與標(biāo)準(zhǔn)化質(zhì)量為來(lái)源，環(huán)境條件對(duì)運(yùn)行狀態(tài)存有關(guān)鍵性影響。基于此，本文以機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠性的評(píng)估為論述對(duì)象，就此展開(kāi)專業(yè)思考。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)備；運(yùn)行狀態(tài)；可靠性評(píng)估

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.24.045

1 機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠性評(píng)價(jià)的內(nèi)容及意義

機(jī)械設(shè)備可靠性的評(píng)價(jià)，其主要內(nèi)容包括設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行、維修以及管理等過(guò)程的可靠度分析與評(píng)價(jià)，實(shí)施目的在于及時(shí)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品在設(shè)計(jì)、工藝與材料等方面存在的缺陷，進(jìn)而通過(guò)分析與改進(jìn)，逐步提升產(chǎn)品可靠性，最終使其綜合性能滿足實(shí)際生產(chǎn)的需求。機(jī)械設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，受外部環(huán)境的綜合影響，其故障現(xiàn)象層見(jiàn)迭出，嚴(yán)重時(shí)甚至引發(fā)巨大的安全事故，嚴(yán)重威脅了人類的生命財(cái)產(chǎn)安全。例如發(fā)生于2011年3月11日的日本福島核電站泄露事件，正是由于設(shè)備運(yùn)行失衡，致使系統(tǒng)因停轉(zhuǎn)而出現(xiàn)核泄漏事故，進(jìn)而引發(fā)了人類災(zāi)難。故此，為確保機(jī)械設(shè)備安全、高效的運(yùn)行，實(shí)施可靠性評(píng)估則為必然性措施之一，其可為設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的判定提供技術(shù)參考。

2 機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠性理論與技術(shù)

（1）可靠度與可靠性。對(duì)于機(jī)械設(shè)備而言，其本質(zhì)是由大量零部件（如轉(zhuǎn)子、齒輪、鏈條與軸承等）通過(guò)組合所形成的一種完整統(tǒng)一的運(yùn)行系統(tǒng)，進(jìn)而以此實(shí)現(xiàn)設(shè)備原有功能，保證機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)正常。

作為機(jī)械設(shè)備正常運(yùn)行的參考值，《機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與診斷 詞匯》（GB/T 20921-2007）中對(duì)可靠性與可靠度給予了明確定義，其中可靠度是指機(jī)械設(shè)備在一定條件下可有效運(yùn)轉(zhuǎn)且不失效，進(jìn)而達(dá)到原本功能要求的概率。其在傳統(tǒng)計(jì)算中由失效率表示，并且形成了指示函數(shù)2-1：

該函數(shù)主要以機(jī)械設(shè)備在時(shí)間后的是小幾率為表示。由于一臺(tái)機(jī)械設(shè)備的失效率函數(shù)值在一般情況下獲取較難，進(jìn)而導(dǎo)致難以求出數(shù)值，故此，基于的定義：當(dāng)機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常時(shí)，工作時(shí)間與運(yùn)行狀態(tài)形成量化數(shù)值，并且為的函數(shù)，因此為正實(shí)數(shù)，其值域?yàn)閇0，1]之間。

（2）可靠性評(píng)估方法。基于某一臺(tái)機(jī)械設(shè)備的研究，由于其可靠性數(shù)值運(yùn)算的前提為自身故障特性與機(jī)理，故此在將機(jī)械設(shè)備與運(yùn)行狀態(tài)間的關(guān)系模型有效建立后，對(duì)其運(yùn)行可靠度利用相關(guān)映射反應(yīng)計(jì)算而出，進(jìn)而使目前缺乏統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的現(xiàn)狀得到有效解決。機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行必然性會(huì)出現(xiàn)聲響、移動(dòng)、應(yīng)力、壓力與溫度變化等相關(guān)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并且以狀態(tài)信息將運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)反映，以此通過(guò)自身退化信息的全面顯示而為其可靠性的評(píng)估提供有效的參考信息。機(jī)械設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)于動(dòng)態(tài)模型與故障機(jī)理的分析和故障特征及信號(hào)的提取，可依據(jù)于設(shè)備自身的運(yùn)行狀態(tài)信息做到全面化與細(xì)致化。動(dòng)態(tài)模型與故障機(jī)理主要是在不同條件下，對(duì)機(jī)械設(shè)備自身的零件等受到的溫度、壓力、應(yīng)力等物理作用，從原理上分析出故障原因。

（3）運(yùn)行可靠度計(jì)算。對(duì)于機(jī)械設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的評(píng)估，基于當(dāng)前先進(jìn)信號(hào)處理理論與技術(shù)的運(yùn)用可提供出有效的方法，以設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)特征及其過(guò)程中發(fā)生的損傷為參考，進(jìn)而對(duì)其可靠性實(shí)施合理評(píng)估。機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠度計(jì)算常用方法有相關(guān)系數(shù)法、凝聚函數(shù)法、峭度指標(biāo)法、譜距離指標(biāo)法、狀態(tài)參量法及分形維數(shù)法等，基于現(xiàn)實(shí)情況的考慮，本文以“相關(guān)系數(shù)法”為論述對(duì)象進(jìn)行專業(yè)分析。

對(duì)于正常設(shè)備，其自相關(guān)函數(shù)隨著的增大而迅速衰減，對(duì)于信號(hào)中含有周期分量的狀態(tài)劣化設(shè)備，其自相關(guān)函數(shù)隨的增大作周期波動(dòng)，應(yīng)當(dāng)延長(zhǎng)參變量的取值，將信號(hào)中的周期分量暴露出來(lái)；是信號(hào)的方差。運(yùn)行可靠度。

式中：下標(biāo)、分別表示狀態(tài)良好與可靠性待評(píng)估的機(jī)械設(shè)備；是良好設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)和待評(píng)估設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)之間的正協(xié)方差函數(shù)，和分別是信號(hào)和的標(biāo)準(zhǔn)差。運(yùn)行可靠度表示待評(píng)估設(shè)備與良好設(shè)備的相關(guān)程度，。

3 機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠性評(píng)估方式

（1）振速情況不同。基于使用頻率與其他情況影響的分析，部分機(jī)械設(shè)備可能會(huì)產(chǎn)生不同的振動(dòng)速率，因此可先在計(jì)算出振動(dòng)基礎(chǔ)量后，以振動(dòng)程度（不同）為依據(jù)進(jìn)行等級(jí)劃分，同時(shí)對(duì)其運(yùn)行可靠性數(shù)值予以設(shè)定，最后通過(guò)對(duì)應(yīng)公式的運(yùn)用將最終數(shù)值計(jì)算而出并與設(shè)定數(shù)值進(jìn)行比較，進(jìn)而可得出機(jī)械設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的可靠性評(píng)估結(jié)果。

（2）機(jī)械受損程度。機(jī)械設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中因使用環(huán)境與頻率不同而會(huì)產(chǎn)生不同程度的磨損，在此情況下實(shí)施機(jī)械劃分可以其使用時(shí)間為依據(jù)，對(duì)使用前期、中期以及后期三個(gè)階段對(duì)應(yīng)設(shè)定出三個(gè)數(shù)值，并對(duì)機(jī)械設(shè)備運(yùn)作軸心老化程度觀察的同時(shí)用部分?jǐn)?shù)值代替不同的老化設(shè)定指標(biāo)。當(dāng)機(jī)械設(shè)備運(yùn)作軸心受損程度較重時(shí)，表明其運(yùn)行可靠度較低，反之則較高，并且最終可得出其運(yùn)行可靠性數(shù)值曲線。

（3）不確定狀態(tài)設(shè)定。機(jī)械設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，不確定狀態(tài)為偶然性存在，該類環(huán)境設(shè)定后的計(jì)算指標(biāo)為其是否擁有良好的運(yùn)行狀態(tài)。一般情況下，機(jī)械設(shè)備出廠越晚其在使用過(guò)程的不確定狀態(tài)就越少，當(dāng)以此為依據(jù)評(píng)估其可靠性時(shí)，在計(jì)算設(shè)備分解頻帶數(shù)值的同時(shí)通過(guò)小波信息轉(zhuǎn)化情況的運(yùn)用計(jì)算出其運(yùn)行可靠性數(shù)值，進(jìn)而以此將機(jī)械設(shè)備的可靠性評(píng)估數(shù)值得出。

4 結(jié)語(yǔ)（評(píng)估方法的改進(jìn)思考）

基于我國(guó)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠性評(píng)估發(fā)展歷程的分析，諸多學(xué)者雖在評(píng)估手段改進(jìn)方面提出了動(dòng)態(tài)可靠性分析與設(shè)計(jì)性能退化路徑等方法，同時(shí)也取得了一定的突破，但是在具體應(yīng)用方面仍然表現(xiàn)出較大的局限性：（1）依然依賴于大數(shù)據(jù)樣本對(duì)原有數(shù)理概率模型實(shí)施重新構(gòu)架；（2）諸多評(píng)估方法中，均未深入研究機(jī)械設(shè)備的失效機(jī)理，同時(shí)在分析過(guò)程中也未對(duì)其動(dòng)態(tài)運(yùn)行信息進(jìn)行有效利用。

鑒于此，在東北大學(xué)李常有教授的帶領(lǐng)下，首次將機(jī)械失效機(jī)理引入了設(shè)備可靠性整體研究過(guò)程中，同時(shí)在對(duì)仿真手段與試驗(yàn)方法充分利用的基礎(chǔ)上，使機(jī)械設(shè)備失效概率及其誘發(fā)參數(shù)間的關(guān)系模型得到實(shí)現(xiàn)了有效建立，以此為其可靠性的評(píng)估敲開(kāi)了一個(gè)新思路與新方向。

參考文獻(xiàn)：

[1]武凱.機(jī)械裝備可靠性技術(shù)[J].機(jī)械制造與自動(dòng)化，2016（01）.