機電一體化設備的故障維修特點及可靠性分析

摘要：機電一體化設備結構、功能復雜，故障維修難度較大，但卻提出了較高的可靠性控制要求。基于此，本文對機電一體化設備的故障維修特點展開了分析，提出了故障維修應對策略，然后分析了影響設備可靠性的因素和設備可靠性提高策略，為關注這一話題的人們提供參考。

關鍵詞：機電一體化設備;故障維修;可靠性分析

0 ?引言

在航空航天領域，機電一體化設備憑借功能集成度高、工作精準度高等特點得到了廣泛應用。但不同于普通設備，機電一體化設備并非純機械或電子設備，故障原因較為復雜，給設備故障檢修帶來了一定困難，容易造成設備無法維持穩定運轉。因此，還應加強設備故障維修特點和可靠性性分析，以便使設備得到科學管理。

1 ?機電一體化設備的故障維修特點分析

1.1 設備故障維修特點

機電一體化設備由機械和電子兩部分構成，同時具備兩類設備的故障特點，使得設備維修具有較大難度。設備的一部分結構發生故障，將會給其他部分運轉帶來影響，造成維修人員難以進行故障原因查找。而同時發生電子和機械故障，將造成設備故障后果疊加，直接導致設備停機。

相較于電子部分，機械部分的故障率較高，導致設備需要得到定期維修。因為設備的機械組成部分不停運轉，內部包含多種零部件，使用頻率較高，長期運行將造成零部件容易案發生磨損。而單純的表面磨損不會影響設備運行，但將造成各零部件無法高效配合，最終導致設備故障發生。

設備電子組成部分結構復雜，是造成機電一體化設備發生隱蔽性故障的重要原因。設備內部各種電氣產品經過一段時間運行后，可能出現突發性故障，導致設備無法正常運轉。而在報警系統未能得到完善的情況下，人員難以找到故障點，給設備后期維修帶來了較大困難。

1.2 故障維修應對策略

結合機電一體化設備故障維修特點，想要高效完成設備維修，還要明確設備各部分工作原理，如機械部分應掌握執行原理，電子部分應掌握控制原理，明確各自結構功能框架，為把握故障實質提供支撐。在此基礎上，需要加強故障特征分析與判斷，確定故障類型，以便對故障原因進行科學分析。在判斷故障部位后，需要對故障給設備運行帶來的影響展開評價，以便使故障科學診斷。

設備機械故障發生頻率較高，因此在維修時通常先對機械部分進行檢查，直接通過肉眼確定設備是否存在斷裂、變形等故障，避免大規模檢測造成維修時間過長。如果設備存在磨損，通過觀察機械零部件可以盡快完成故障排查，保證設備得到及時維修。實際檢測期間，還應先完成外部執行部件排查，然后檢查內部控制部件，最后對驅動部件進行檢查，直至找到故障原因。此外，需要先完成主要零部件檢查，然后確認枝干部分零部件是否存在問題，期間應注意零部件接口是否存在異常。通常的情況下，只有在主要部件發生故障時設備才會停止運行，因此根據設備故障發生情況可以盡快查找故障原因，并通過接觸故障使設備恢復正常運行。

考慮到設備容易發生隱蔽性故障，維修過程中還要采用環境因素檢測、故障樹分析等多種診斷法。如采用環境因素檢測法，可以根據設備運行環境溫濕度、空氣壓力等透過表面現象對引發故障的因素進行挖掘，為查找故障根源提供支撐。采用故障樹分析法，需要對各部件故障和各種事件因果關系進行描述，理清故障查找思路。在實踐工作中，也可以加強設備信號頻率監測，利用小波變換方法完成故障信息提取，為設備故障診斷提供支撐。

2 ?機電一體化設備的可靠性分析研究

2.1 影響可靠性的因素

加強設備可靠性分析和設計，能夠使設備運行的可靠性得到有效提高。就目前來看，機電一體化設備的運行將受到多重因素影響，未能加強對各個因素的把控將給設備穩定運行帶來威脅。

首先，設備結構、功能復雜，未能準確實現機械部分設計將造成設備在運動或承力的過程中發生問題。而設備電子元器件較多，運行過程中容易產生電磁能量。未能科學完成設備設計，將造成設備運行過程中發生電磁干擾，出現控制錯誤，導致設備工作準確性下降。

其次，機電一體化設備中包含大量的基礎元器件，導致設備可靠性受到了元器件工作可靠性影響。從數學概率角度來看，設備失效概率為單位元器件失效概率之和。因此一旦設備元器件質量不佳，就將導致設備故障率升高，最終造成設備無法保證可靠運行。

最后，設備功能需要依靠各種元器件連接實現，而不同元器件結構不同，連接方式存在一定差異，使得設備內部連接結構復雜。未能規范的連接和組裝，容易導致設備后期因振動出現接觸不良等問題，繼而造成設備無法正常運行。

2.2 提高可靠性的對策

2.2.1 加強可靠性分析

為提高機電一體化設備的可靠性，還應加強設備可靠性分析，為設備的準確設計提供依據。在執行機構設計方面，還應對運動范圍、配合關系、運行特征等因素進行綜合考量，提出合理的設計框架。對設備機械運動部分展開靜力學和動力學仿真分析，以結果為依據實現可靠性設計，能夠使系統運行可靠性得到整體性提升。在電子部分設計階段，應從運行環境、設備功率等各方面加強分析，確保各電子器件之間不存在電磁干擾，能夠實現設備準確控制。在設備各功能模塊集成的過程中，需要加強健康預測，通過超限檢測掌握設備性能衰退規律，根據參數變化完成設備運行狀態診斷。結合設備健康狀態實施性能優化，能夠使設備受異常狀態影響得到降低，繼而使設備工作的穩定性得到保證。在設備運行過程中，考慮到各種元器件受環境、應力等復雜因素影響，退化程度存在差異，難以實現零部件異常狀態的有效監測。因此，在設計階段還應加強產品可靠性分析，使設計和制造缺陷得到盡可能減少，并通過全面分析設備工作環境、運行狀態信息完成設備健康狀態的綜合評估，繼而為設備管理提供強有力的數據支撐。

2.2.2 實施多樣化檢修

在機電一體化設備日常工作過程中，考慮到各種元器件都可能發生故障，還應通過多樣化檢修保證設備安全。首先，還應定期開展檢修工作，根據設備可靠性分析結果判斷設備故障發生幾率，確定強制檢修時間，能夠通過人工干預避免設備發生故障，達到加強故障預防的目標。采取該種維修策略，需要加強設備運行規律分析，并根據維修資源制定科學維修計劃，在加強成本控制的同時，保證設備穩定運行。其次，可以采用視情維修策略，根據設備故障機理和性質對設備運行狀態進行監測，保證設備故障活動得到及時發現，從而盡早采取措施進行設備維修。通過主動維修，能夠避免設備故障發生帶來嚴重后果，達到減少維修范圍的目標。最后，需要采取事后改進維修策略，就是在設備發生故障后對設備實施維修的同時，完成設備設計改進，如通過增加容錯補償設置降低設備故障發生率，為設備可靠運行提供保障。采取該種策略，應確保設備故障發生不會帶來大范圍影響，并且同類故障發生頻率較高，因此需要引進先進工藝技術對設備進行改造，以便使設備運行功能可以保持正常。實際在設備改造過程中，還應從利用率、可靠性和安全性等多個方面進行考量，保證維修策略具有一定經濟性的同時，能夠使設備使用壽命得到延長。

2.2.3 落實常態化保養

經過長期運行，設備容易出現接觸不良、各部分配合不佳等問題，給設備運行留下隱患。落實常態化保養工作，能夠及時消除各種隱患，使設備運行的可靠性得到增強。結合設備性能和故障特點，還應建立科學的保養計劃，通過點檢、巡檢等措施及時發現設備隱患，從而采取有效保養手段保證設備工作正常。在日常巡檢期間，還應通過觀察設備功能指示情況確定設備是否存在異常，在確定設備各項指標處于正常范圍的基礎上，應確認設備零件、防護裝置等是否存在變色、變形等情況，設備本體是否存在異味，并根據設備振動音律等確定是否存在聲音異常。在確保安全的前提下，人員還應通過手摸方式確定接頭是否松動，保證各連接件得到緊固。按照設備說明書，可以做到定期更換油液、清洗設備，及時開展防銹、電源維護等不同工作。針對磨損較大的設備，還應結合設備類型完成相應潤滑油的涂抹，及時完成油污的清理，繼而使設備維持良好運行狀態。

3 ?結論

機電一體化設備同時帶有機械和電子設備的故障特點，導致設備維修具有較大難度，還要明確設備結構組成和工作原理，按照一定順序完成故障排查，并通過科學分析完成隱蔽性故障查找。而設備可靠性也將受到多種因素干擾，通過多樣化檢修和常態化保養加強設備健康管理，最終使設備的可靠性得到提高。

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作者簡介：肖高忠（1969-），男，湖南祁陽人，本科，高級工程師，研究方向為航空機載機電類（電動活門，電動機構）產品研發、運用。