机械设备运行可靠性评估的发展与思考

刘景强 李传诚

摘 要：现代机械设备的发展目标为全面实现低耗化、智能化以及高效化，其可靠性评估的竞争以设备运行的智能化性能与标准化质量为来源，环境条件对运行状态存有关键性影响。基于此，本文以机械设备运行可靠性的评估为论述对象，就此展开专业思考。

关键词：机械设备；运行状态；可靠性评估

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.24.045

1 机械设备运行可靠性评价的内容及意义

机械设备可靠性的评价，其主要内容包括设计、制造、运行、维修以及管理等过程的可靠度分析与评价，实施目的在于及时发现产品在设计、工艺与材料等方面存在的缺陷，进而通过分析与改进，逐步提升产品可靠性，最终使其综合性能满足实际生产的需求。机械设备运行过程中，受外部环境的综合影响，其故障现象层见迭出，严重时甚至引发巨大的安全事故，严重威胁了人类的生命财产安全。例如发生于2011年3月11日的日本福岛核电站泄露事件，正是由于设备运行失衡，致使系统因停转而出现核泄漏事故，进而引发了人类灾难。故此，为确保机械设备安全、高效的运行，实施可靠性评估则为必然性措施之一，其可为设备运行状态的判定提供技术参考。

2 机械设备运行可靠性理论与技术

（1）可靠度与可靠性。对于机械设备而言，其本质是由大量零部件（如转子、齿轮、链条与轴承等）通过组合所形成的一种完整统一的运行系统，进而以此实现设备原有功能，保证机械运转正常。

作为机械设备正常运行的参考值，《机器状态监测与诊断 词汇》（GB/T 20921-2007）中对可靠性与可靠度给予了明确定义，其中可靠度是指机械设备在一定条件下可有效运转且不失效，进而达到原本功能要求的概率。其在传统计算中由失效率表示，并且形成了指示函数2-1：

该函数主要以机械设备在时间后的是小几率为表示。由于一台机械设备的失效率函数值在一般情况下获取较难，进而导致难以求出数值，故此，基于的定义：当机械设备运转正常时，工作时间与运行状态形成量化数值，并且为的函数，因此为正实数，其值域为[0，1]之间。

（2）可靠性评估方法。基于某一台机械设备的研究，由于其可靠性数值运算的前提为自身故障特性与机理，故此在将机械设备与运行状态间的关系模型有效建立后，对其运行可靠度利用相关映射反应计算而出，进而使目前缺乏统计数据的现状得到有效解决。机械设备的运行必然性会出现声响、移动、应力、压力与温度变化等相关运动状态，并且以状态信息将运行状态实时反映，以此通过自身退化信息的全面显示而为其可靠性的评估提供有效的参考信息。机械设备运行过程中，对于动态模型与故障机理的分析和故障特征及信号的提取，可依据于设备自身的运行状态信息做到全面化与细致化。动态模型与故障机理主要是在不同条件下，对机械设备自身的零件等受到的温度、压力、应力等物理作用，从原理上分析出故障原因。

（3）运行可靠度计算。对于机械设备运行状态的评估，基于当前先进信号处理理论与技术的运用可提供出有效的方法，以设备运转特征及其过程中发生的损伤为参考，进而对其可靠性实施合理评估。机械设备运行可靠度计算常用方法有相关系数法、凝聚函数法、峭度指标法、谱距离指标法、状态参量法及分形维数法等，基于现实情况的考虑，本文以“相关系数法”为论述对象进行专业分析。

对于正常设备，其自相关函数随着的增大而迅速衰减，对于信号中含有周期分量的状态劣化设备，其自相关函数随的增大作周期波动，应当延长参变量的取值，将信号中的周期分量暴露出来；是信号的方差。运行可靠度。

式中：下标、分别表示状态良好与可靠性待评估的机械设备；是良好设备的运行状态信号和待评估设备的运行状态信号之间的正协方差函数，和分别是信号和的标准差。运行可靠度表示待评估设备与良好设备的相关程度，。

3 机械设备运行可靠性评估方式

（1）振速情况不同。基于使用频率与其他情况影响的分析，部分机械设备可能会产生不同的振动速率，因此可先在计算出振动基础量后，以振动程度（不同）为依据进行等级划分，同时对其运行可靠性数值予以设定，最后通过对应公式的运用将最终数值计算而出并与设定数值进行比较，进而可得出机械设备运行状态的可靠性评估结果。

（2）机械受损程度。机械设备运行过程中因使用环境与频率不同而会产生不同程度的磨损，在此情况下实施机械划分可以其使用时间为依据，对使用前期、中期以及后期三个阶段对应设定出三个数值，并对机械设备运作轴心老化程度观察的同时用部分数值代替不同的老化设定指标。当机械设备运作轴心受损程度较重时，表明其运行可靠度较低，反之则较高，并且最终可得出其运行可靠性数值曲线。

（3）不确定状态设定。机械设备运行过程中，不确定状态为偶然性存在，该类环境设定后的计算指标为其是否拥有良好的运行状态。一般情况下，机械设备出厂越晚其在使用过程的不确定状态就越少，当以此为依据评估其可靠性时，在计算设备分解频带数值的同时通过小波信息转化情况的运用计算出其运行可靠性数值，进而以此将机械设备的可靠性评估数值得出。

4 结语（评估方法的改进思考）

基于我国机械设备运行可靠性评估发展历程的分析，诸多学者虽在评估手段改进方面提出了动态可靠性分析与设计性能退化路径等方法，同时也取得了一定的突破，但是在具体应用方面仍然表现出较大的局限性：（1）依然依赖于大数据样本对原有数理概率模型实施重新构架；（2）诸多评估方法中，均未深入研究机械设备的失效机理，同时在分析过程中也未对其动态运行信息进行有效利用。

鉴于此，在东北大学李常有教授的带领下，首次将机械失效机理引入了设备可靠性整体研究过程中，同时在对仿真手段与试验方法充分利用的基础上，使机械设备失效概率及其诱发参数间的关系模型得到实现了有效建立，以此為其可靠性的评估敲开了一个新思路与新方向。

参考文献：

[1]武凯.机械装备可靠性技术[J].机械制造与自动化，2016（01）.