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机械设备运行可靠性改进探讨
论文作者:童鞋论文网  论文来源:www.txlunwenw.com  发布时间:2018/9/13 9:12:31  

摘要:机械设备的运行可靠性评估是机械专业研究的热点,对于不同机械,其可靠性分析的方法不同,基于大样本数据的分析得到的平均可靠性对于不同的机械设备可靠性评估往往不能够达到要求。论文归纳了一般可靠性理论运用于机械设备可靠性分析所遇到的问题,同时回顾和提出了相应的解决思路和方法,为提高机械可靠性的后续研究提供了一定的参考。

关键词:机械设备;可靠性;改进方法;

随着现在工业的发展,对机械的精密度、准确度、高效性、智能性等都有了更高的要求。对于高端发动机,如航空发动机、燃气轮机、高铁动车、高档数控机床等装备,其竞争也从技术转为可靠性竞争。我国的机械设备可靠性与德国、美国等国家相比,还是有较大的差距,是制约着我国从“制造大国”发展为“制造强国”的巨大阻力。如我国所研制数控机床,在可靠性方面,就与世界先进国家相差了1倍的差距[1]。机械的可靠性包括了设计、制造、运行、维修和管理的全方面可靠性。其中涉及和制造大的可靠性能够保证产品生产过程中的可靠性水平,而运行和设备的可靠性与其环境、使用时间等有一定的关系。同一台设备在不同条件下的运行(如高温高湿和普通环境)是截然不同的。重大机械设备,其内部结构非常复杂,里面的零部件的耦合关联程度很高,随着使用时间增加,内部零部件老化,增加了故障的可能性,而零部件故障会降低设备可靠性,甚至导致大灾难的发生。为了保证机械设备的可靠性,对机械设备可靠性问题分析与改进措施的探讨是有必要重新的认识。

1机械设备可靠性问题分析

经历了百余年的发展,对于机械可靠性的理论和实践研究都有了较为丰硕的成果。对于一般可靠性理论包括了概率论和数理统计等。传统的可靠性评估则是利用数量较多的重复型样本进行分析,从而确定设备的失效分布,获得同一批设备的平均可靠性。但是对于不同设备在不同环境下的运行,其零件的损伤程度是不同的,对于机械设备的可靠性也是不同的。因此,依靠概率统计数据得到的平均可靠性,对于不同个性化机械,难以满足其评估要求。2009年ZIO[2]等就提出了这一问题所面临的全新挑战,复杂系统的可靠性分析是可靠性工程的重难点,通过利用机械状态的监测来确保系统的可靠性和安全性,减少事故的发生。我过学者黄洪钟[3]对传统的可靠性理论提出了质疑,认为二值逻辑假设不合理以及通过概率的方法来解决工程实际问题也是不现实的。综合以上,传统的可靠性分析方法,应用于机械设备的可靠性理析时所面临的问题包括:传统可靠性评估的基础是概率与数理统计,因此需要大量的样本才能够做较为有效的分析,但对于机械设备而言,可重复的大样本寿命试验时间非常的长,因此很难对飞机,动车等机械故障进行分析;传统可靠性分析的方法依赖于设备的失效分布,而设备失效分布是一种假设,有时候难以估计;传统的可靠性分析基于二值假设,而没有考虑机械设备在运行过程中的逐步退化过程,具有较强的不确定性;机械设备的内部结构非常复杂,每个零件都有较强的耦合作用,基于概率的数学模型,难以获得设备零件失效前的可靠变化规律。

2机械设备可靠性改进方法

针对可靠性研究理论,国内外的学者也从以下方面提出了改进的方法,取得了较为可观的研究成果。2010年,BALAKRISHNAN提出了基于Kaplan-meier的非参数估计方法,用来估计设备在结尾时刻的可靠性。MA等利用仿真模拟的方法毕竟无法实现的现实情况,解决了样本不足导致的可靠性不足的问题。2010年,XING等提出了基于学习曲线特征的贝叶斯计算方法,改进了小样本系统下,可靠性分析不足的问题。以上方法在一定程度下,减小了小样本设备的可靠性分析难度,但其从根本上不能解决机械可靠性评估问题[4]。

针对二值假设,有的学者提出了运用监测设备性能的退化数据,通过假设机械的失效分布或者路径来评估设备可靠性。如2009年GEBRAEEL就利用失效数据你和了Bernstein分布,并估算了退化模型先验分布。2010年,Yu等改进了两个阶段的设备退化分析方法,提出了新的三个阶段的设备退化分析方法。2012年PENG等利用时间与退化零部件之间的关系,对关键的机械部件进行评价。张根宝等运用模糊利润,建立了数控机床的可靠性分配指数体系。一般可靠性分析方法很难评估设备的在线动态的可靠性,有的学者也提出了实时的,动态的设备可靠性评估理念。如MEJRI等考虑到环境与材料的各方面条件,将非线性有限元与时变可靠性分析相结合,提出了一种改进机械结构耐久性和安全性的方法。同时,越来越多的学者把动态的信号融入在了评价的过程中。2010年TIAN等就提出了一种递归神经网络的方法,利用齿轮箱试验系统信号,开发了一种递归神经网络的可靠性分析[4]。

3结语

综上所述,国内外学者已经针对传统的可靠性评估所存在的问题,提出了一系列的解决方法。然而这些方法在工程运用上还是存在着一定的局限性。一方面,改进的评估模型大多也是基于概率论与数理统计框架下的,不同程度上有依赖于大样本的条件。另一方面,对于机械可靠的失效机理也没有充分的研究,难以解释可靠性下降的根本原因。

参考文献

[1]贾亚洲,杨兆军.数控机床可靠性国内外现状与技术发展策略[J].中国制造业信息化,2008(4):35-37.

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