数控系统的可靠性研究

常影（吉林农业科技学院机械工程学院，吉林吉林　132101）



数控系统的可靠性研究

常影
（吉林农业科技学院机械工程学院，吉林吉林132101）

摘要：针对某机床数控系统的故障数据，从故障部位、故障模式及故障原因进行分析，分析该系列数控系统及其相关功能部件的薄弱环节，最后分析了影响该数控系统可靠性的主要因素并提出提高数控系统可靠性的主要措施。

关键词：数控系统；可靠性；提高数控系统可靠性

作为数控机床的重要中枢来说，数控系统的质量数控机床整体的运行影响很大。数控系统可靠性是用户购买时主要考虑的问题，可靠性的程度对数控产业至关重要。可靠性分析的目的不仅是评价系统及其组成单元的可靠性水平，更重要的是通过分析提高其可靠性。因此，必须对数控系统及其组成单元从故障部位、故障模式及故障原因进行详细的分析，其所形成的故障分析技术构成了可靠性分析的一项重要内容。掌握数控系统的可靠性薄弱环节，对其关键部件或子系统进行深入分析具有重要意义。因此，文章对数控系统可靠性进行研究并总结出几点提高可靠性的措施。

1　数控系统的故障分析

故障模式、影响和致命性分析（Failure Mode、Effect and Criticality Analysis，FMECA）是可靠性研究的重要内容，也是产品可靠性改进设计的重要方法和措施。文章将引用数控系统故障模式、影响及危害度分析（FMECA）中的结论。

（1）数控系统故障部位分析。首先对数控系统的故障部位进行了统计分析，各故障部位发生故障的比例如表1所示。

表1　故障部位发生故障的比例

从表格统计来看，该型号数控系统硬件故障为89.08%，软件故障比例为10.92%，说明提高该数控系统可靠性可以首先提高硬件。从表中可见，进给驱动单元发生故障概率为40.34%，电源（14.29%）、主板（12.61%）、电气系统（8.4%），这几点是主要故障发生原因，可以通过降低这几个概率提高可靠性。

（2）数控系统故障模式及原因分类分析。对该数控系统的故障模式进行统计，发生故障的主要模式为元器件损坏，高达55.46%，这主要包括一些集成电路板、以及电气、电子器件的损坏。对故障原因进行分类如表2所示。

表2　故障原因分类表

从表2可以看出，设计和外购、外协件发生故障的比例为58.82%。其他原因导致的故障相对较为分散，但表中由于用户和环境的原因而发生故障的比例为17.65%，这就要求生产厂商通过提高售后服务提高可靠性。

2　数控系统可靠性分析

（1）数控系统的研究现状。国内外对数控系统可靠性的研究多从故障数据采集入手，在故障数据分析的基础上提出可靠性改进策略。虽然有了很好地效果，但仍可以进一步改进。文章主要从数控系统的软硬件角度对数控系统的可靠性进行分析。

（2）数控系统软硬件可靠性分析。可靠性分析建立在对研究对象功能、结构剖析的基础上。系统可靠性水平在较大程度上取决于其功能和结构特点，对任何研究对象进行可靠性研究，深入了解其可靠性结构、分析其可靠性水平现状，为可靠性设计、增长技术决策等做铺垫，是可靠性研究不可或缺的内容。产品设计在很大程度上决定其可靠性水平，将可靠性纳入到系统产品开发阶段考虑，是达到最终可靠性指标的必要措施。

（3）数控系统可靠性增长研究。系统产品在原始设计阶段的技术成熟程度有限，存在设计、材料、工艺等多方面缺陷，不能满足预期的可靠性指标。可靠性增长，是为了消除这种滋生故障的潜在危险而实施的、以提高系统可靠性水平为目的的一系列改进措施。在考虑软硬件可靠性增长差异的基础上，有必要兼顾软硬件不同增长特点，建立适应系统增长特性的软硬件综合可靠性增长模型。可以快速地掌握影响可靠性信息以便及时反馈给制造商。

3　提高数控系统可靠性的措施

较早的措施是在数控系统未正式工作之前，生产厂商通过可靠性实验来尽可能避免故障的发生。

3.1数控系统硬件的改进措施

（1）从表2中不难看出，因为设计原因而发生的故障概率为34.45%，所以主要改进数控系统的设计。

（2）从表中还能看到，数控系统发生故障的另一个主要原因是零件损坏，所以要保证零件的质量可以降低故障率。

（3）还有一个主要的原因是，由于使用者和维护者缺乏相关的培训而发生故障。

（4）数控系统故障还涉及到两个因素，制造和装配过程操作不当也会导致故障发生，所以应该保证在每一个环节都是正常运转的。

3.2数控系统软件的改进措施

为了方便维护，应该建立软件可靠性保证体系，对开发的数控软件要进行可靠性论证，要考虑软件的容错、避错措施，制定软件的可靠性考核办法，以便有效提高软件的可靠性。

4　结语

文章通过对数控系统的故障进行分析，分析出数控系统的可靠性因素，找到降低故障发生率的措施并实施，从而提高了产品的可靠性并且降低了生产成本，增强企业的竞争力。

参考文献

［1］贾亚洲.数控系统可靠性国内外现状及对策［J］.中国制造业信息化，2006，（5）：51-53.

［2］乔巍巍，贾亚洲，张海波，等.数控系统故障分析及可靠性提高措施［J］.吉林大学学报，2006，36（9）：70-72.

［3］HoushyarA. Reliability and maintainability of machinery and equipment，part 1：accessibility and assessing machine tool&R&M performance［J］.International Journal of Modeling and Simulation，2004，24 （1）：201-210.

［4］张海波，贾亚洲，周文广.数控系统故障模式、影响及危害度分析（FMECA）［J］.中国机械工程，2004，6（3）：491-493.

［5］何沛霖，李斌，陆云祥，等.CNC系统可靠性的模糊评价［J］.中国机械工程，1999，10（11）：1280-1281.

［6］谭华.基于故障树分析法的数控系统可靠性研究［J］.装备制造技术，2006，（4）：19-20.

［7］石柱.控制软件可靠性设计和评估方法［J］.航大控制，2004，22（1）：58-62.

［8］李伯成.嵌入式系统可靠性设计［M］.北京：电子工业出版社，2006.

［9］王晓红.可靠性试验与可靠性增长管理［J］.实验室研究与探索，2004，23（12）：17-19.

Research on Reliability of CNC System

CHANG Ying
（School of Mechanical Engineering，Jilin Agriculture and Technology College，Jilin，Jilin 132101，China）

Abstract:In view of the failure data of a CNCsystem，analysis is made from the fault location，fault modes and fault reason，the weak link in the series of CNC system and its correlative components are analyzed，finally，the main factors that affect the reliability of CNC system are analyzed and the main measures to improve the reliability of CNC system are put forward.

Key words:CNC system；reliability；improving NC system reliability

中图分类号：TG659.1

文献标识码：A

文章编号：2095-980X（2016）05-0067-02

收稿日期：2016-04-28

作者简介：常影（1988-），女，吉林长春人，助教，主要研究方向：模具设计、数控加工及逆向建模等。