加工中心故障模式庫與數(shù)據(jù)庫建立
加工中心故障模式庫與數(shù)據(jù)庫建立5.1.1加工中心故障數(shù)據(jù)的調(diào)研和收集加工中心故障的收集是FMECA分析工作的基礎[31]，故障模式收集基于加工中心的 實際運行情況，經(jīng)過項目組和企業(yè)密切聯(lián)系，一共調(diào)研收集整理了 1600多條故障模式。 從中摘錄的部分數(shù)據(jù)見附錄一。其中故障模式的收集途徑主要有兩個方面：(1)企業(yè)提供的產(chǎn)品實際運行故障的維修情況。沈陽機床集閉作為VMC650加丁屮 心的生產(chǎn)、研發(fā)企業(yè)，為加工中心的使用客戶提供產(chǎn)品的全面維護。除少數(shù)n常維護、 用戶可以自修的故障外，當加工中心出現(xiàn)典型問題時，均會請求企業(yè)提供相應的維護與 技術(shù)支持。沈陽機床集團通過產(chǎn)品實際運行的反饋情況，向項目組提供了加工中心的各 種故障。經(jīng)過整理、提取，得到了寶貴的數(shù)據(jù)。1600多故障模式數(shù)據(jù)中，多來自企業(yè)提 供的寶貴資料。(2)進入企業(yè)，實際調(diào)研所得到的故障模式。實地觀察了 VMC650加工中心的構(gòu)成， 功能、精度范圍等實際運行狀況。圖5.1為VMC系列加工中心。實地考察，電主軸的 三個方向平移運動和工作臺的轉(zhuǎn)動、擺動兩個方向的運動，實現(xiàn)了加工產(chǎn)品的五軸復合 運動。加工中心如圖5.1所示，其技術(shù)參數(shù)見附錄二。作者進入沈陽機床集團，實地向相關(guān)技術(shù)人員、操作人員咨詢了加工中心的運行狀況，常見問題等。通過參觀學習，與企業(yè)密切合作，項目組受益匪淺，仔細觀察了加工 中心產(chǎn)品的整個制造生產(chǎn)過程。加工中心的故障失效，主要是強度失效及精度的失效， 國產(chǎn)機床主要問題也在于精度加工超差失效的尷尬，因此我們熟悉了各個加工中心部件 的加工工藝，特別是影響加工中心精度的關(guān)鍵部件的生產(chǎn)制造過程，給予了特別關(guān)注。除了針對VMC650加工中心的故障數(shù)據(jù)，我們還采集了相關(guān)領域其它加工中心的故 障數(shù)據(jù)情況。例如MKZJ04-50自動精工針尖磨床，如圖5.2所示。學習參觀過程中，工作人員給予了熱情的幫助講解，為故障數(shù)據(jù)的整理，故障模式 的分析歸納提供了寶貴意見。5.1.2加工中心故障數(shù)據(jù)庫的建立本文將采集到的數(shù)據(jù)進行分類，整理，填充到了設計的數(shù)據(jù)庫中。(l)FMEA數(shù)據(jù)庫。FMEA數(shù)據(jù)庫中的故障記錄屬性為傳統(tǒng)FMEA分析表格的故障屬性。傳統(tǒng)的FMEA 表格如表5.1所示。在表5.1中，F(xiàn)MEA表格各個屬性的解釋如下[3W5]:第一欄（序號）：分析級中可能包含若干下屬產(chǎn)品，該欄要求按順序填寫下屬產(chǎn)品的 編號。第二欄（代碼或識別號）：該欄要求填寫的代碼就是分析級下屬產(chǎn)品在系統(tǒng)可靠性框 圖中所對應的代碼。第三欄（名稱）：記錄被分析產(chǎn)品或功能的名稱。第四欄（功能）：要填寫產(chǎn)品所需實現(xiàn)的功能，有的是單功能，有的是多功能，要注 意區(qū)分。第五欄（任務階段與工作模式）：說明發(fā)生故障的任務階段與該階段內(nèi)產(chǎn)品的工作方 式。第六欄（故障模式)：寫分析級下屬產(chǎn)品可能發(fā)生的故障表現(xiàn)形式，應力求全面、準 確，避免遺漏。尤其是潛在的故障模式更需注意。第七欄（故障原因）：填寫導致故障模式發(fā)生的內(nèi)因及外因。內(nèi)因包括設計缺陷、工 藝損傷、老化、劣化等，外因包括應力沖擊、使用不當、相關(guān)產(chǎn)品故障、維修不當?shù)取?每一個失效模式的原因一般都不止一種，在分析時，需要把相關(guān)的原因一一列出。第八欄（故障影響）：故障影響是指每個潛在的故障模式對產(chǎn)品使用、功能或狀態(tài)所 導致的后果。應評價這些后果并將其記入分析表中。除被分析的產(chǎn)品層次外，所分析的 故障還可能影響到幾個約定層次。因此，應評價每一故障模式對局部的高一層次的和最 終的影響。第九欄（故障檢測方法)：工作人員或維修人員用以檢測故障模式發(fā)生的方法應記入 分析表中。故障檢測方法包括目測、音響報警、自動傳感記錄等方法，應根據(jù)具體情況在該欄中填寫。若無任何檢測方法，也應注明。第十欄（補償措施)：補償措施是指能夠消除或減輕故障后果的措施，包括設計方面 的措施和操作方面的應急措施。設計方面的補償措施包括：具有冗佘設備；具有安全或保險裝置；具有可替換工作 方式。操作方面的應急補償措施包括：因操作失誤可自動關(guān)機；因操作失誤可自動記錄； 對設備、人員可應急保護。第十一欄（嚴重性級別）：據(jù)故障影響確定每一故障模式及產(chǎn)品的嚴重性級別，即I 類（災難性的）；II類（致命的）；III類（臨界的）；IV類（輕度的）。嚴重性級別是給產(chǎn)品故障造成的最壞潛在后果規(guī)定一個量度。可以將每一故障模式 和每一被分析的產(chǎn)品按下列對損失程度的表述進行分類[36]:I(災難性的）——這是一種會引起人員死亡或系統(tǒng)（如飛機、坦克、導彈及船舶等） 毀壞的故障；II(致命的)——這種故障會引起人員的嚴重傷害、重大經(jīng)濟損失或?qū)е氯蝿帐〉?系統(tǒng)嚴重損壞；III(臨界的）——這種故障會引起人員的輕度傷害、一定的經(jīng)濟損失或?qū)е氯蝿昭?誤或降級的系統(tǒng)輕度損壞；IV(輕度的）——這是一種不足以導致人員傷害、經(jīng)濟損失或系統(tǒng)損壞的故障，但 它會導致非計劃性維護或維修。第十二欄（備注h填寫需要補充說明的有關(guān)內(nèi)容，如對設計改進、工藝改進的建議， 維修注意事項等。(2)CA定量分析數(shù)據(jù)庫。CA分析是FMEA分析后的深一層次的分析。CA定量分析數(shù)據(jù)庫遵照國家標準的 CA定量分析表格，其包含的屬性如表5.2所示。表中各欄的內(nèi)容分別為：第一欄第八欄同表5.1中相應的內(nèi)容。第九欄（故障概率或故障率數(shù)據(jù)源)：列出計算危害度時，引用故障概率或故障率數(shù) 據(jù)的來源。第十欄（故障率；）：在研制初期可填寫故障率預計值。在軟件內(nèi)部VMC650加工中心FMEA存儲顯示情況，VMC650加工中心主軸故障、 VMC650加工中心滾珠絲杠FMEA故障存儲顯示情況，如圖5.4、5.5所示。第十一欄（故障模式頻數(shù)比?（j=l,2,…))：?表示故障模式j發(fā)生的故障數(shù)占各 種故障模式發(fā)生的故障數(shù)總和的百分比。第十二欄（故障影響概率2,…))：&表示產(chǎn)品在故障模式j發(fā)生的條件下， 可能導致任務喪失規(guī)定功能的條件概率。A是分析人員根據(jù)經(jīng)驗判斷得到的。第十三欄（工作時間t): t表示每次任務時間中，產(chǎn)品的工作時間（或工作循環(huán)次 數(shù))。第十四欄（故障模式危害度C^. 〇=1,2,…))：（、.是產(chǎn)品的危害度的一部分。第十五欄（產(chǎn)品的危害度）：產(chǎn)品的危害度是該產(chǎn)品在任務時間中及相應的嚴酷度類 別下各故障模式危害度的總和。第十六欄（備注)：填寫補充說明、產(chǎn)品改進措施等。針對VMC650加工中心搭建的軟件平臺共收錄了 1600多條FMECA故障數(shù)據(jù)，軟 件內(nèi)部涉及的子系統(tǒng)如圖2.3所示。其中，各個子系統(tǒng)下又有部件的分層，例如工作臺 子系統(tǒng)又包括工作臺擺動系統(tǒng)、工作臺轉(zhuǎn)動系統(tǒng)，換刀系統(tǒng)又包括刀庫、刀架，輔助系 統(tǒng)包括潤滑、測量等下級子系統(tǒng)。