机械设备运行可靠性评估的发展与思考

任智勇

(太原国际机场有限责任公司，山西 太原 030000)

1 可靠性评估环节存在的问题分析

机械设备的可靠性评估在我国已经进入较为成熟的阶段，相关评估人员也具备了一定的评估方法与经验。目前传统的可靠性评估手段主要以概率论和数理统计等数学工具为主，随机抽样机械设备并对其产生的大量可重复性故障样本进行分析，获得其故障分布，通过故障分布获得同一类机器宏观意义上的平均可靠性。然而，不同设备使用的环境和条件都不相同，内部零件失效、损伤的分布也不会相同，个体可靠性存在很大差别。所以，传统的可靠性评估方法存在一定的局限性。

1.1 评估方法的不准确性

传统的评估方式大多采用大样本的抽样调查方式进行数据统计，大范围随机取样，抽样样本可能具有特殊性、误差性、无规律性等先天缺陷，使得传统的可靠性评估具有局限性。随着机械设备或系统的可靠性不断提升，故障率不断下降，基于传统的大样本抽样调查的故障数据统计分析相较于小样本的故障数据分析存在评估差异会越来越明显。例如在航空航天器、军工产品、高精度机械等领域，大样本的故障统计具有很大的随机性，抽样调查所得的失效分布分析并不准确，导致可靠性评估存在局限性。在未来高精度的机械设备可靠性研究中，故障数据会越来越趋于小样本化，这将给可靠性研究带来更多的困难。因此，机械设备运行可靠性的评估，因大样本抽样统计的评估方式导致数据缺乏准确性，仅仅是一个参考数据而已。

1.2 故障概率模型的局限性

目前评估人员使用的故障概率模型可能存在不准确性，在确定故障概率模型时因为存在参数影响，如果参数存在不准确性将导致整体的可靠性评估不能充分描述设备的失效特征。机械设备或其系统失效表现为具有损耗特征的渐变性失效，零件磨损、金属材料疲劳、橡胶件老化都是逐渐积累导致的故障，通常使用时间将作为影响设备故障失效的一个重要参数。机械设备的可靠性评估中，还需要关注其可靠寿命、最小寿命、平均寿命等固有特征，这些因素都会影响故障概率模型的有效性和准确性。因此，不科学的故障概率模型和不准确的参数估计将会对整体的可靠性评估产生很大的影响，最终导致可靠性评估结果的局限性。

1.3 假设评估的不全面性

在机械设备可靠性的评估过程中，评估人员多采用假设的形式进行可靠性评估。在评估过程中事先进行假设，这一个过程是对机器设备进行特殊环境设置的过程，会使其评估数据具有局限性。在实际运行的情况下，机械设备的运行可靠性会受到诸多因素的影响，比如温度、湿度、电磁环境、使用时间、灰尘等等，最终导致评估结果的不准确性。

2 机械设备运行可靠性评估改进方法

2.1 建立退化模型

传统的可靠性二值假设或有限状态假设无法准确模拟机械设备渐进连续的性能退化过程，通过假设机械设备故障退化过程或故障分布建立起退化模型。由于可供的退化分布数据不足，分析所得的退化模型往往并不准确，通常需要假设机械设备的退化模型或故障分布，得到相对准确的数据。对于内部结构复杂同时受载荷、环境等变化性因素影响的大型机械设备，退化模型可有效模拟机械设备的故障、失效、退化等影响因素，

2.2 影响因素的评估

大型的机械设备在运行过程中的可靠性评估会受到各种因素影响，因此在进行可靠性评估时，要尽可能的对所有影响因素进行评估。在失效数据统计中，评估人员需要记录各种影响因素失效分布，评估其对于可靠性影响参数，以获得准确的概率密度函数，取得更加精准的可靠性评估数据。

2.3 动态可靠性评估

传统的可靠性评估方法很难评估设备运行时的动态变化，为提高可靠性评估的准确性，有学者提出了实时、动态可靠性评估的方法。利用动态可靠性分析的方法，模拟大型复杂机械设备、高精度设备内部零件间的动态耦合特征，利用可靠性实时更新模型，可有效估算机械设备实时故障概率与变化因素的函数关系。实时、动态可靠性评估的方式相比传统静态可靠性评估具有很大的进步，目前主要运用在理论和仿真阶段，其真正的实际运用还需评估人员进一步研究。

2.4 使用先进的计算方法

利用先进的数据处理理论和数据处理技术，可以提供有效的可靠性数据评估方法。目前经常使用的有函数凝聚法、状态参数量法。函数凝聚法是对于同类型机械设备以正常状态为参考，计算待评估设备的可靠性，其可靠性计算公式可表示为：R(Tx.y[f])=MAX{|Sx.y[f]|2/Sx[f]Sy[f]}=MAX{T2x.y[f]}。x指状态良好的设备，y表示待评估设备，Sx.y[f]是信号的互功率普，T2x.y[f]是信号的凝聚函数。状态参数法是标记影响机械设备运行的状态的特征常量，当参数变换时，设备运行可靠度也发生变化。

3 结语

机械设备在运行可靠性的评估过程中存在着许多问题，评估人员对机械设备进行可靠性的评估过程中，应通过失效数据分布计算其失效分布模型概率密度函数，使评估结果更加精准。有效的可靠性评估可以提高机械设备运行的经济效益，同时也为机械设备维护和检查提供了可靠的依据。在安全越来越受重视的现在，机械设备的可靠性评估将受到广泛关注，可靠性评估提供的“预防性维修”将成为大型机械设备管理的利器。