机械制造工艺的可靠性评价

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摘 要： 介绍了机械制造工艺可靠性的基本概念及评价的重要性。通过对评价概念的阐述，选择了工艺可靠度、工艺故障发生率、工艺故障平均维修时间、工艺稳定性、工艺自修正性几个概念组成评价机械制造工艺的可靠性指标体系。

关键词： 可靠性； 机械制造工艺； 指标体系； 评价

中图分类号： TH16 文献标识码： A 文章编号： 1009-8631（2012）（11-12）-0034-01

1 引言

机械制造过程是一个复杂的动态过程，包括加工设备、夹具、刀具、检测设备、加工对象及工艺操作控制人员等。论文将机械制造过程作为研究对象，分析其对产品可靠性的保障能力，因此无论是研究对象还是分析内容都具有其特殊性，不同于普通产品，因而相关的可靠性概念不能简单地采用通常的系统可靠性定义，而需要根据对其规定的功能来加以定义。论文参考可靠性的通用定义，结合机械制造过程的特点，将机械制造的工艺可靠性定义为：机械制造过程在规定的条件下和规定的时间内，保证加工出来的产品具有规定的可靠性水平的能力。这里，机械制造过程就是产品的机械加工阶段，包括了产品的工艺设计与实现。

2 机械制造的外部条件

机械制造的外部条件是指机械制造过程在规定的时间内所处的预先规定的全部外部条件，包括人员、设备、材料、工艺、测量、生产环境等条件。人员条件是对与制造过程相关的所有人员的要求，主要包括工艺设计人员、操作员、检验员等应具备的条件。设备条件是指对实现制造任务所需的所有设备的要求，主要包括对完成生产任务所需的生产、工具等所必需达到的要求。材料条件是指对构成产品（工件）实体的主要材料和在制造中起辅助作用而不构成产品实体的辅助材料所需要具备的条件。工艺条件是指完成制造任务所采用的技术方法及相关工艺文件的要求，包括对工艺技术、工艺方案、工艺流程、工艺规程、工艺细则、工艺标准、操作方法和工艺参数等具体的要求。测量条件是指对原材料检测、生产过程控制、产品质量检验、环保监测等过程所需具备条件的要求。生产环境条件是指生产（包括设计、加工、处理、装配、检测、计量、调整、试验等）的空间或厂房的大小、高低、通风、照明、温度、湿度、振动、噪声、洁净度、电磁辐射、静电、动力供应以及现场生产管理等环境条件要求。

3 评价机械制造可靠性的基本概念

反应机械制造可靠性的基本概念主要有以下几个：第一，工艺故障发生率。在机械制造过程的工艺故障定义为在规定的条件下，机械制造过程丧失保障产品的可靠性指标这一规定功能的现象。一旦制造过程发生了工艺故障，无论是加工完成后产品的可靠性达不到规定要求的“软故障”还是制造设备自身出现的影响其完成加工任务的“硬故障”，势必影响加工任务的顺利完成，为生产商带来损失。因此，制造过程中应该尽量避免工艺故障的发生。在生产实践中，由于多种因素的影响，工艺故障总是不可避免的，但是对一个工艺可靠性水平令人满意的机械制造过程来讲，工艺故障的发生必然较少，所以这里提出了工艺故障发生率这个指标来评价一个制造过程发生工艺故障的频度。第二，工艺故障平均维修时间。对于复杂系统来讲，高可靠性本身不足以保证系统在需要时是可用的，还需要确保它能够快速地修复，特别是对机械制造过程来讲，只有及时地排除工艺故障，才能尽量减低制造过程工艺故障造成的损失。因此，需要通过工艺故障平均维修时间来衡量制造过程针对工艺故障的修复能力。第三，工艺稳定性。机械制造过程保障产品孔位特征的能力主要表现为产品孔位特征的加工过程是否稳定以及产品是否具有足够的加工精度。工艺稳定性是指在规定的时间内，由机械制造过程加工的产品的孔位特征值保持在一定的范围内，即具备要求的精度和偏差。论文通过机械制造过程的工序能力来衡量工艺稳定性。机械制造过程的工序能力是指工序处于稳定受控状态时，加工出来的产品质量满足技术规范要求的能力，通常通过产品孔位特征值的变异或波动来表示。工序能力取决于机械制造过程的技术能力和管理水平，决定于影响加工过程的因素（人、机、料、法、测、环等），并非决定于孔位特征的公差，但是为了通过机械制造过程的数据来评价其工序能力，需要通过与孔位特征相关的综合工序能力指数来进行评价。第四，工艺自修正性。由于多种因素影响，机械制造中不可避免地会产生加工误差。因此，对产品孔位特征的控制主要是确保加工误差在工艺文件允许的范围内。产品一般都需要按照规定的工艺路线经过多道工序加工完成，在每道工序的加工过程中都可能产生加工误差，而最终决定产品孔位特征的往往是位于工艺路线中靠后的工序，因为在前面工序中产生的加工误差有可能在后续的工序中予以修正。机械制造的工艺可靠性是一个比较抽象的概念，对一个具体的加工过程，需要全面客观地评价其工艺可靠性水平，这就要求在理解机械制造过程功能的基础上，确定评价制造过程保障产品可靠性能力的定量指标。由于产品可靠性的保障涉及多方面因素，因此不可能用单个的指标来评定机械制造的工艺可靠性，只有通过一系列的评定指标才能全面的刻画其完成规定功能的能力，这一系列的评定指标构成了机械制造的工艺可靠性的指标体系。

4 工艺可靠性指标体系的选择标准

为了合理准确的评价机械制造的工艺可靠性，将其评定指标体系的选择标准归纳为以下几点：

4.1完备性：指标体系应能够全面地描述机械制造的工艺可靠性要求的各个方面；

4.2适用性：指标体系应能够与机械制造过程的运行机制相适应，即与制造过程功能失效的各种模式相对应；

4.3可计算性：能在实际机械制造过程中进行定量计算，这样才能定量评价制造过程保障产品可靠性的效果；

4.4可达性：指标应对机械制造过程完成其规定的功能起指导作用，只有制定出制造过程能够达到的功能要求，才能够对制造过程的能力提出合理的定量要求；

4.5可组合性：指标体系应能够适用于大多数制造过程，并根据具体的制造过程选取其中部分指标评价其工艺可靠性水平。

5 工艺可靠性指标体系

机械制造的工艺可靠性指标体系的确定应依据工艺可靠性的定义，对定义中规定功能所涉及的各要素进行分解描述，然后再进行综合。在指标体系的确定中要考虑到机械制造过程的多加工设备和多工序的特点，同时注意到指标体系的完整性、适用性、可计算性等要求。由于产品的加工数据主要来自产品的孔位特征测量值，因此对机械制造过程的能力评价主要建立在对产品孔位特征测量值进行分析的基础上。根据前面的分析，在人员、材料、测量、生产环境等条件都能够充分保障的条件下，机械制造的工艺可靠性主要受加工设备和工艺的影响。我们用工艺可靠度、工艺故障发生率、工艺故障平均维修时间、工艺稳定性、工艺自修正性几个概念一起作为评价机械制造工艺可靠性的指标体系。

参考文献：

[1]李勇，段正澄.基于支持向量机的机械加工误差预测与补偿模型的研究[J].机床与液压，2007.

[2]陆廷孝，郑鹏洲.可靠性设计与分析[J].北京：国防工业出版社，1995.