工業(yè)制造裝備的可靠性控制技術(shù)

雷奇文

【摘 要】工業(yè)裝備制造應(yīng)用的普及對其可靠性提出了更高要求，本文從其主要影響因素出發(fā)，分析其影響因素并提出對應(yīng)的改善措施。

【關(guān)鍵詞】工業(yè)制造裝備；可靠性；控制技術(shù)

引言

伴隨科技的日益進步，產(chǎn)品自動化、智能化程度的不斷提高以及電子自動化控制的應(yīng)用的不斷普及，使得工業(yè)裝備制造的可靠性提升成為趨勢，其中對影響其可靠性的關(guān)鍵因素的分析具有重要意義。

1、影響裝備體系可靠性的因素分析

影響裝備體系可靠安全運行的根本原因是故障，裝備體系的故障原因可以分為內(nèi)因和外因兩類。

1.1內(nèi)因

內(nèi)因是指影響裝備體系可靠性的系統(tǒng)內(nèi)部因素，包括硬件故障、軟件故障、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不合理和控制規(guī)則不合理。

裝備體系組成結(jié)構(gòu)為硬件和軟件，在硬件上搭載具有計算功能的軟件，硬件、軟件通過有線或無線互聯(lián)互通，以純硬件或硬件與軟件相結(jié)合的方式實現(xiàn)感知、連接、計算和控制等功能。因此，硬件和軟件是裝備體系實現(xiàn)一切功能的基礎(chǔ)和前提，這二者的故障直接影響裝備體系功能的實現(xiàn)，使裝備體系無法安全可靠運行。

硬件和軟件是構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)的要素，要將這些要素整合起來構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，則必然構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是否合理，可能影響系統(tǒng)是否故障。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)包括拓撲結(jié)構(gòu)和容量配置兩方面。拓撲結(jié)構(gòu)設(shè)置不合理，例如設(shè)計出易產(chǎn)生電磁等干擾的節(jié)點集中布局，必然容易造成傳輸錯誤；網(wǎng)絡(luò)容量配置不合理，如網(wǎng)絡(luò)流量大的地方容量分配不夠，則必然引起擁塞，造成傳輸延時和/或傳輸丟失。

控制規(guī)則是指根據(jù)感知單元對環(huán)境和系統(tǒng)狀態(tài)的感知結(jié)果，決定系統(tǒng)內(nèi)部被控對象的運行方式，以實現(xiàn)系統(tǒng)功能的預(yù)先制定的規(guī)則。與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相同，控制規(guī)則設(shè)計不合理，也可能蘊含必然的缺陷。如美國西部聯(lián)合工業(yè)大停電，由于控制規(guī)則不合理，由單一元件跳閘逐步導(dǎo)致潮流瞬時轉(zhuǎn)移、電壓大幅波動、設(shè)備負載越限，進而發(fā)生一系列故障，最終發(fā)生大規(guī)模停電事故，系統(tǒng)崩潰。

1.2外因

外因是指來自裝備體系外部的因素，包括環(huán)境條件、運行模式和外部攻擊，它們通過作用在系統(tǒng)上導(dǎo)致硬件或軟件故障，進而影響系統(tǒng)可靠性。

環(huán)境條件包括自然環(huán)境和社會環(huán)境：自然環(huán)境條件是指系統(tǒng)在使用時的物理、化學(xué)和生物等條件，例如氣候環(huán)境條件、生物環(huán)境條件、化學(xué)、機械等，自然環(huán)境不可避免地會對系統(tǒng)內(nèi)的硬件產(chǎn)品產(chǎn)生影響，造成如磨損、腐蝕、老化等故障；社會環(huán)境包括政治環(huán)境、經(jīng)濟環(huán)境和法制環(huán)境等，對裝備體系相關(guān)人員和理論、技術(shù)產(chǎn)生影響，引起系統(tǒng)演化，容易導(dǎo)致故障的發(fā)生。

運行模式是指裝備體系為完成不同任務(wù)，或使系統(tǒng)安全、經(jīng)濟、合理運行，需要經(jīng)常變更系統(tǒng)的運行方式，由此相應(yīng)地會引起系統(tǒng)結(jié)構(gòu)或參數(shù)的變化。

外部攻擊是指來自系統(tǒng)外部的人或物的蓄意攻擊，尤其是裝備體系對于網(wǎng)絡(luò)的依賴，使得系統(tǒng)面臨網(wǎng)絡(luò)的分布式拒絕服務(wù)攻擊、蠕蟲病毒、對Internet域名系統(tǒng)（DNS）的攻擊和對路由器攻擊或利用路由器的攻擊等多種威脅，不但影響網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)本身，還將形成鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，導(dǎo)致更加嚴(yán)重的后果。

2、工業(yè)制造裝備實現(xiàn)可靠性的措施

2.1實現(xiàn)裝備制造的智能化

2.1.1推進智能生產(chǎn)

一是有序推進生產(chǎn)線智能化改造，通過對加工要素的合理配置及改進來提升競爭一力，以產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化程度相對較高、并且通過人工參與容易出現(xiàn)質(zhì)量問題的生產(chǎn)線為重點，優(yōu)先開展生產(chǎn)線智能化改造。二是推進生產(chǎn)制造綠色化，從生產(chǎn)加工過程、產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)化及園區(qū)發(fā)展著手，加快傳統(tǒng)裝備制造企業(yè)生產(chǎn)裝備和工藝流程的綠色化改造。三是加強智能制造試點項目建設(shè)與不范應(yīng)用，加強與政府部門溝通，參與智能制造創(chuàng)新中心建設(shè)和不范項目申請等工作中。四是強化協(xié)同制造能力建設(shè)，通過發(fā)展網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造新模式，加強全壽命周期信息反饋、交流協(xié)作等，打造工業(yè)裝備智能制造生態(tài)圈核心競爭力。

2.1.2推進智能產(chǎn)品

一是加強核心零部件及關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)替代能力，圍繞米來工業(yè)發(fā)展需要，以新一代信息技術(shù)與產(chǎn)品的融合為重點，加強智能芯片、智能變壓器、智能開關(guān)等上下游智能產(chǎn)品研發(fā)和應(yīng)用，推動產(chǎn)品實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)化、智能化。二是加強產(chǎn)品全生命周期質(zhì)量追溯能力，加快現(xiàn)代信息技術(shù)與傳統(tǒng)制造業(yè)深度融合，持續(xù)推進產(chǎn)品生產(chǎn)過程自動化、智能化，實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量的在線監(jiān)測和控制。

2.1.3推進智能服務(wù)

一是優(yōu)化提升傳統(tǒng)服務(wù)能力，利用大數(shù)據(jù)、傳感器等技術(shù)，提供設(shè)備實時監(jiān)測、健康狀態(tài)分析和運行風(fēng)險評估等智能服務(wù)，實現(xiàn)設(shè)備故障預(yù)警和前瞻性維護。二是創(chuàng)新發(fā)展新業(yè)務(wù)增值服務(wù)，對原材料供應(yīng)商履約征信記錄、物資采購應(yīng)付賬款、月度用電量等信息進行大數(shù)據(jù)綜合分析，形成供應(yīng)商信用評級及訂單融資需求，防范供應(yīng)商因財務(wù)問題造成的原材料供應(yīng)履約風(fēng)險。

2.2通過設(shè)計創(chuàng)新與產(chǎn)品方案優(yōu)化實現(xiàn)設(shè)備可靠性的提升

工業(yè)裝備制造可靠性的主要影響因素，如溫度因素，電磁干擾因素，設(shè)備機械性能因素等應(yīng)在產(chǎn)品設(shè)計時進行重點分析與優(yōu)化，如現(xiàn)階段較為流行的CAE設(shè)計軟件的使用，可有效改良設(shè)備性能，提高產(chǎn)品于溫度、電磁以及力學(xué)復(fù)合場中的耐受性，提升設(shè)備的工作穩(wěn)定性從而達到改善電子自動化控制設(shè)備可靠性的目的。以提升產(chǎn)品耐溫性能為例，可對設(shè)備產(chǎn)品冷卻形式進行優(yōu)化，通常情況下，設(shè)備多采用自然冷卻的方式對產(chǎn)品進行冷卻，可通過CAE軟件進行環(huán)境模擬分析，如散熱要求過高可通過增加散熱外形或增加冷卻管路的方式提升設(shè)備整體散熱性能，為設(shè)備工作提供良好的溫度環(huán)境最終達到提高設(shè)備可靠性的目的

通過產(chǎn)品設(shè)計手段提升電子自動控制設(shè)備的可靠性是最為行之有效的改善辦法，可大幅降低操作人員的影響因素以及產(chǎn)品的維護難度，同時間接減少設(shè)備的后期維護成本

2.3通過對操作入員職業(yè)技能的培訓(xùn)實現(xiàn)設(shè)備可靠性的提升

面對人為因素對工業(yè)裝備制造可靠性不可忽視的影響，對于設(shè)備操作人員職業(yè)技能，職業(yè)素養(yǎng)以及操作規(guī)范性的培訓(xùn)顯得尤為重要。在員工對設(shè)備操作前，需對員工進行有效的崗前職業(yè)技能培訓(xùn)，讓員工對自己的工作內(nèi)容以及操作規(guī)范有較為詳盡的了解，同時需對員工進行設(shè)備維護方面內(nèi)容的培訓(xùn)，培養(yǎng)操作人員的設(shè)備維護意識，嚴(yán)格按照企業(yè)規(guī)章制度對設(shè)備現(xiàn)場進行維護

2.4通過科學(xué)管理的手段實現(xiàn)設(shè)備可靠性的提升

企業(yè)需制定相關(guān)的規(guī)章與制度對電子自動化控制設(shè)備的使用與維護實行嚴(yán)格監(jiān)管如關(guān)鍵設(shè)備需配有作業(yè)指導(dǎo)書以及作業(yè)記錄表，操作人員需按照設(shè)備操作規(guī)程嚴(yán)格作業(yè)并記錄，從而達到降低因個人習(xí)慣差異帶來的設(shè)備操作形式的不同。工業(yè)裝備制造企業(yè)需建立健全的作業(yè)規(guī)范監(jiān)督機制，及時發(fā)現(xiàn)作業(yè)過程中不合理的操作并及時糾正，保障科學(xué)管理的有效開展，進而達到提高設(shè)備可靠性的目的。

2.5不同的階段采取不同的可靠性方法

在分析階段，相關(guān)人員應(yīng)該選擇使用可靠性預(yù)計以及分配方法，在此基礎(chǔ)上，對每個裝備的零部件進行可靠性分析，以此確保零部件質(zhì)量與性能可靠；在采購以及裝配等階段，相關(guān)人員需要監(jiān)理檢核表，將所有的涉及到的品質(zhì)控制活動進行細化，其細化的原則就是遵循可靠性；而裝備調(diào)試以及試驗階段，利用可靠性控制技術(shù)，將裝備存在的早期故障完全消除，避免后期多余的工序；在使用階段，利用監(jiān)控技術(shù)，對裝備的運行狀態(tài)進行監(jiān)控，如果出現(xiàn)問題，則要進行強制維護，此外，還需要進行保養(yǎng)。

結(jié)語

在今天的生產(chǎn)、管理、技術(shù)以及生活等領(lǐng)域工業(yè)制造技術(shù)都發(fā)揮重要作用，提高工業(yè)裝備制造可靠性成為設(shè)計人員、企業(yè)管理者以及技術(shù)研究人員所追求的目標(biāo)。

參考文獻：

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[2]段新燕.智能制造裝備的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢[J].中外企業(yè)家，2017（08）：115.

（作者單位：嗎珠海凌達壓縮機有限公司）