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加工中心故障模式庫(kù)與數(shù)據(jù)庫(kù)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(chǔ)[31]，故障模式收集基于加工中心的 實(shí)際運(yùn)行情況，經(jīng)過(guò)項(xiàng)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?jǐn)?shù)據(jù)見(jiàn)附錄一。其中故障模式的收集途徑主要有兩個(gè)方面：
(1)企業(yè)提供的產(chǎn)品實(shí)際運(yùn)行故障的維修情況。沈陽(yáng)機(jī)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(hù)。除少數(shù)n常維護(hù)、 用戶可以自修的故障外，當(dāng)加工中心出現(xiàn)典型問(wèn)題時(shí)，均會(huì)請(qǐng)求企業(yè)提供相應(yīng)的維護(hù)與 技術(shù)支持。沈陽(yáng)機(jī)床集團(tuán)通過(guò)產(chǎn)品實(shí)際運(yùn)行的反饋情況，向項(xiàng)目組提供了加工中心的各 種故障。經(jīng)過(guò)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(lái)自企業(yè)提 供的寶貴資料。
(2)進(jìn)入企業(yè)，實(shí)際調(diào)研所得到的故障模式。實(shí)地觀察了 VMC650加工中心的構(gòu)成， 功能、精度范圍等實(shí)際運(yùn)行狀況。圖5.1為VMC系列加工中心。實(shí)地考察，電主軸的 三個(gè)方向平移運(yùn)動(dòng)和工作臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)、擺動(dòng)兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了加工產(chǎn)品的五軸復(fù)合 運(yùn)動(dòng)。加工中心如圖5.1所示，其技術(shù)參數(shù)見(jiàn)附錄二。
作者進(jìn)入沈陽(yáng)機(jī)床集團(tuán)，實(shí)地向相關(guān)技術(shù)人員、操作人員咨詢了加工中心的運(yùn)行狀況，常見(jiàn)問(wèn)題等。通過(guò)參觀學(xué)習(xí)，與企業(yè)密切合作，項(xiàng)目組受益匪淺，仔細(xì)觀察了加工 中心產(chǎn)品的整個(gè)制造生產(chǎn)過(guò)程。加工中心的故障失效，主要是強(qiáng)度失效及精度的失效， 國(guó)產(chǎn)機(jī)床主要問(wèn)題也在于精度加工超差失效的尷尬，因此我們熟悉了各個(gè)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(guò)程，給予了特別關(guān)注。
除了針對(duì)VMC650加工中心的故障數(shù)據(jù)，我們還采集了相關(guān)領(lǐng)域其它加工中心的故 障數(shù)據(jù)情況。例如MKZJ04-50自動(dòng)數(shù)控針尖磨床，如圖5.2所示。
學(xué)習(xí)參觀過(guò)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(jiàn)。
5.1.2加工中心故障數(shù)據(jù)庫(kù)的建立
本文將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，整理，填充到了設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)庫(kù)中。
(l)FMEA數(shù)據(jù)庫(kù)。
FMEA數(shù)據(jù)庫(kù)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(gè)屬性的解釋如下[3W5]:
欄（序號(hào)）：分析級(jí)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(hào)。

第二欄（代碼或識(shí)別號(hào)）：該欄要求填寫的代碼就是分析級(jí)下屬產(chǎn)品在系統(tǒng)可靠性框 圖中所對(duì)應(yīng)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(shí)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(wù)階段與工作模式）：說(shuō)明發(fā)生故障的任務(wù)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(jí)下屬產(chǎn)品可能發(fā)生的故障表現(xiàn)形式，應(yīng)力求全面、準(zhǔn) 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(dǎo)致故障模式發(fā)生的內(nèi)因及外因。內(nèi)因包括設(shè)計(jì)缺陷、工 藝損傷、老化、劣化等，外因包括應(yīng)力沖擊、使用不當(dāng)、相關(guān)產(chǎn)品故障、維修不當(dāng)?shù)取?每一個(gè)失效模式的原因一般都不止一種，在分析時(shí)，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(gè)潛在的故障模式對(duì)產(chǎn)品使用、功能或狀態(tài)所 導(dǎo)致的后果。應(yīng)評(píng)價(jià)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(gè)約定層次。因此，應(yīng)評(píng)價(jià)每一故障模式對(duì)局部的高一層次的和最 終的影響。
第九欄（故障檢測(cè)方法)：工作人員或維修人員用以檢測(cè)故障模式發(fā)生的方法應(yīng)記入 分析表中。故障檢測(cè)方法包括目測(cè)、音響報(bào)警、自動(dòng)傳感記錄等方法，應(yīng)根據(jù)具體情況在該欄中填寫。若無(wú)任何檢測(cè)方法，也應(yīng)注明。
第十欄（補(bǔ)償措施)：補(bǔ)償措施是指能夠消除或減輕故障后果的措施，包括設(shè)計(jì)方面 的措施和操作方面的應(yīng)急措施。
設(shè)計(jì)方面的補(bǔ)償措施包括：具有冗佘設(shè)備；具有安全或保險(xiǎn)裝置；具有可替換工作 方式。
操作方面的應(yīng)急補(bǔ)償措施包括：因操作失誤可自動(dòng)關(guān)機(jī)；因操作失誤可自動(dòng)記錄； 對(duì)設(shè)備、人員可應(yīng)急保護(hù)。
第十一欄（嚴(yán)重性級(jí)別）：據(jù)故障影響確定每一故障模式及產(chǎn)品的嚴(yán)重性級(jí)別，即I 類（災(zāi)難性的）；II類（致命的）；III類（臨界的）；IV類（輕度的）。
嚴(yán)重性級(jí)別是給產(chǎn)品故障造成的最壞潛在后果規(guī)定一個(gè)量度?？梢詫⒚恳还收夏Ｊ?和每一被分析的產(chǎn)品按下列對(duì)損失程度的表述進(jìn)行分類[36]:
I(災(zāi)難性的）——這是一種會(huì)引起人員死亡或系統(tǒng)（如飛機(jī)、坦克、及船舶等） 毀壞的故障；
II(致命的)——這種故障會(huì)引起人員的嚴(yán)重傷害、重大經(jīng)濟(jì)損失或?qū)е氯蝿?wù)失敗的 系統(tǒng)嚴(yán)重?fù)p壞；
III(臨界的）——這種故障會(huì)引起人員的輕度傷害、一定的經(jīng)濟(jì)損失或?qū)е氯蝿?wù)延 誤或降級(jí)的系統(tǒng)輕度損壞；
IV(輕度的）——這是一種不足以導(dǎo)致人員傷害、經(jīng)濟(jì)損失或系統(tǒng)損壞的故障，但 它會(huì)導(dǎo)致非計(jì)劃性維護(hù)或維修。
第十二欄（備注h填寫需要補(bǔ)充說(shuō)明的有關(guān)內(nèi)容，如對(duì)設(shè)計(jì)改進(jìn)、工藝改進(jìn)的建議， 維修注意事項(xiàng)等。
(2)CA定量分析數(shù)據(jù)庫(kù)。
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(kù)遵照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)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：
欄第八欄同表5.1中相應(yīng)的內(nèi)容。
第九欄（故障概率或故障率數(shù)據(jù)源)：列出計(jì)算危害度時(shí)，引用故障概率或故障率數(shù) 據(jù)的來(lái)源。
第十欄（故障率；）：在研制初期可填寫故障率預(yù)計(jì)值。
在軟件內(nèi)部VMC650加工中心FMEA存儲(chǔ)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(chǔ)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(luò)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(luò)發(fā)生的條件下， 可能導(dǎo)致任務(wù)喪失規(guī)定功能的條件概率。A是分析人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷得到的。
第十三欄（工作時(shí)間t): t表示每次任務(wù)時(shí)間中，產(chǎn)品的工作時(shí)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(wù)時(shí)間中及相應(yīng)的嚴(yán)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(bǔ)充說(shuō)明、產(chǎn)品改進(jìn)措施等。

針對(duì)VMC650加工中心搭建的軟件平臺(tái)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(gè)子系統(tǒng)下又有部件的分層，例如工作臺(tái) 子系統(tǒng)又包括工作臺(tái)擺動(dòng)系統(tǒng)、工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)，換刀系統(tǒng)又包括刀庫(kù)、刀架，輔助系 統(tǒng)包括潤(rùn)滑、測(cè)量等下級(jí)子系統(tǒng)。