數(shù)控機(jī)床可用性研究綜述

陳心蔚

(中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)，北京 100089)

1 可用性評(píng)估指標(biāo)

可用性是一個(gè)抽象且復(fù)雜的概念，因此為了評(píng)估可用性好壞，研究者們根據(jù)他們?cè)u(píng)價(jià)用戶(hù)界面特征通常把它劃分為幾個(gè)屬性。表1為常用的可用性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。[1-2]

表1 常見(jiàn)的可用性評(píng)價(jià)指標(biāo)

由表1可知，國(guó)內(nèi)外學(xué)者們?cè)诳捎眯栽u(píng)價(jià)指標(biāo)分類(lèi)的觀點(diǎn)比較相似，其中以可學(xué)習(xí)性、效率、有效性和用戶(hù)滿(mǎn)意度對(duì)可用性評(píng)價(jià)指標(biāo)劃分的認(rèn)可度最高。

下面依次說(shuō)明這幾個(gè)指標(biāo)的含義。可學(xué)習(xí)性是指能否讓新手學(xué)會(huì)并且易于讓新手學(xué)會(huì)使用數(shù)控機(jī)床各項(xiàng)操作并加工出合格的產(chǎn)品，以及是否能達(dá)到最佳的交互效能。效率是指用戶(hù)完成某一產(chǎn)品加工的完整度和正確度，其中要綜合考慮完整頻度、出錯(cuò)頻度以及求助頻度3個(gè)方面。效率是在有效性的條件之下，即加工產(chǎn)品有較好的完整度，較高正確度的條件下所消耗的總資源量，其中包括人力、費(fèi)用、時(shí)間等方面。用戶(hù)滿(mǎn)意度指的是用戶(hù)對(duì)于操作數(shù)控機(jī)床后對(duì)機(jī)床的評(píng)價(jià)是否舒適以及對(duì)機(jī)床的接受程度。

了解了可用性指標(biāo)評(píng)估之后，便可以縮小范圍，將宏觀的可用性概念縮小為機(jī)床的可用性概念，就數(shù)控機(jī)床的可用性進(jìn)行討論。機(jī)床的可用性是可靠性、維修性以及維修保障性的綜合考量。可靠性通常可用以下評(píng)估指標(biāo)對(duì)其進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，即可靠度、故障率、平均故障間隔時(shí)間(MTBF)、使用壽命。下面分別闡述這幾個(gè)指標(biāo)的含義。可靠度指的是在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的概率，即在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，數(shù)控機(jī)床制造出合格產(chǎn)品的概率。故障率指的是從首先發(fā)現(xiàn)機(jī)床故障時(shí)起，之后的單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生故障的概率。故障間隔時(shí)間指的是當(dāng)機(jī)床反復(fù)修復(fù)后繼續(xù)使用，觀察測(cè)量得出的每次的故障時(shí)間間隔。使用壽命即機(jī)床從開(kāi)始到已經(jīng)無(wú)法再次修復(fù)并投入使用的時(shí)間。對(duì)于可靠性的指標(biāo)也有按照平均故障間隔時(shí)間(MTBF)、平均修復(fù)時(shí)間(MTTR，Mean Time to Repair)、固有可用度以及精度保持時(shí)間。其中，平均修復(fù)時(shí)間指機(jī)床從故障到修復(fù)至能完成指定功能的時(shí)間間隔平均值。固有可用度又稱(chēng)有效度，與可靠度的定義相似可參考可靠度。而精度保持時(shí)間指的是在規(guī)定的條件下，機(jī)床精度保持在規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)的時(shí)間長(zhǎng)度。

2 數(shù)控機(jī)床可用性建模

建模是評(píng)估的核心，同時(shí)也是維修決策的前提，由于數(shù)控機(jī)床可用性的復(fù)雜及抽象性，更需要研究者們通過(guò)建模找到有關(guān)于機(jī)床可用性各參數(shù)之間的關(guān)系，進(jìn)而使評(píng)估方法更加清晰具體。

系統(tǒng)可用性評(píng)估可分為3類(lèi)：靜態(tài)建模法、動(dòng)態(tài)建模法以及仿真建模法。在工程運(yùn)用中應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、屬性以及數(shù)據(jù)信息的掌握情況，在不同條件下使用不同的建模方法。可用性也是可靠性、維修性和維修保障性的綜合反映，吉林大學(xué)是國(guó)內(nèi)最先開(kāi)展數(shù)控機(jī)床可用性的機(jī)構(gòu)之一，吉林大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)不僅對(duì)數(shù)控車(chē)床加工中心進(jìn)行可靠性建模，建立了故障間隔時(shí)間以及維修時(shí)間的分布模型[3]。山東大學(xué)張強(qiáng)提出基于功能元法的數(shù)控機(jī)床可靠性信息模型[4]。東北大學(xué)的王正綜合運(yùn)用應(yīng)力-強(qiáng)度干涉模型、順序統(tǒng)計(jì)量理論、泊松隨機(jī)過(guò)程以及概率微分方程，建立零部件和系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)可靠性模型。浙江大學(xué)李星軍建立了數(shù)控磨床首次故障間隔時(shí)間的威布爾分布模型[5]。

3 存在的問(wèn)題

目前對(duì)于數(shù)控機(jī)床的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證較少，大多處于理論研究階段。如上述，數(shù)控機(jī)床可用性是一個(gè)復(fù)雜抽象的過(guò)程，并且與使用環(huán)境相關(guān)，僅僅依賴(lài)?yán)碚撗芯繜o(wú)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證將會(huì)使最終將理論運(yùn)用于實(shí)際時(shí)產(chǎn)生較大偏差。對(duì)于數(shù)控機(jī)床的可用性研究體系還不夠完善。目前針對(duì)可用性研究大多基于人機(jī)交互或數(shù)控機(jī)床外觀造型的研究，對(duì)于機(jī)床的可用性研究評(píng)價(jià)的研究還不夠深入。

目前國(guó)內(nèi)對(duì)于機(jī)床可用性研究越來(lái)越多，也越來(lái)越重視，但是大部分是針對(duì)可用性研究中的機(jī)床可靠性以及故障維修方面的研究，并且大多也是分析性評(píng)估方法，對(duì)于可用性的綜合研究仍然不夠深入。針對(duì)機(jī)床的可用性評(píng)估，大部分仍采用專(zhuān)家評(píng)分的辦法，主觀性太強(qiáng)。

4 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)現(xiàn)有較為完整的工業(yè)鏈，而數(shù)控機(jī)床擁有精度高、效率高、可加工零件范圍廣等特點(diǎn)，因此對(duì)于數(shù)控機(jī)床的需求量會(huì)越來(lái)越大。擁有較好可用性的數(shù)控機(jī)床可減少生產(chǎn)成本，擁有用戶(hù)體驗(yàn)性更強(qiáng)等特點(diǎn)，因此對(duì)于機(jī)床可用性研究也會(huì)越來(lái)越深入。