加工中心故障模式庫與數據庫建立
加工中心故障模式庫與數據庫建立5.1.1加工中心故障數據的調研和收集加工中心故障的收集是FMECA分析工作的基礎[31]，故障模式收集基于加工中心的 實際運行情況，經過項目組和企業密切聯系，一共調研收集整理了 1600多條故障模式。 從中摘錄的部分數據見附錄一。其中故障模式的收集途徑主要有兩個方面：(1)企業提供的產品實際運行故障的維修情況。沈陽機床集閉作為VMC650加丁屮 心的生產、研發企業，為加工中心的使用客戶提供產品的全面維護。除少數n常維護、 用戶可以自修的故障外，當加工中心出現典型問題時，均會請求企業提供相應的維護與 技術支持。沈陽機床集團通過產品實際運行的反饋情況，向項目組提供了加工中心的各 種故障。經過整理、提取，得到了寶貴的數據。1600多故障模式數據中，多來自企業提 供的寶貴資料。(2)進入企業，實際調研所得到的故障模式。實地觀察了 VMC650加工中心的構成， 功能、精度范圍等實際運行狀況。圖5.1為VMC系列加工中心。實地考察，電主軸的 三個方向平移運動和工作臺的轉動、擺動兩個方向的運動，實現了加工產品的五軸復合 運動。加工中心如圖5.1所示，其技術參數見附錄二。作者進入沈陽機床集團，實地向相關技術人員、操作人員咨詢了加工中心的運行狀況，常見問題等。通過參觀學習，與企業密切合作，項目組受益匪淺，仔細觀察了加工 中心產品的整個制造生產過程。加工中心的故障失效，主要是強度失效及精度的失效， 國產機床主要問題也在于精度加工超差失效的尷尬，因此我們熟悉了各個加工中心部件 的加工工藝，特別是影響加工中心精度的關鍵部件的生產制造過程，給予了特別關注。除了針對VMC650加工中心的故障數據，我們還采集了相關領域其它加工中心的故 障數據情況。例如MKZJ04-50自動精工針尖磨床，如圖5.2所示。學習參觀過程中，工作人員給予了熱情的幫助講解，為故障數據的整理，故障模式 的分析歸納提供了寶貴意見。5.1.2加工中心故障數據庫的建立本文將采集到的數據進行分類，整理，填充到了設計的數據庫中。(l)FMEA數據庫。FMEA數據庫中的故障記錄屬性為傳統FMEA分析表格的故障屬性。傳統的FMEA 表格如表5.1所示。在表5.1中，FMEA表格各個屬性的解釋如下[3W5]:第一欄（序號）：分析級中可能包含若干下屬產品，該欄要求按順序填寫下屬產品的 編號。第二欄（代碼或識別號）：該欄要求填寫的代碼就是分析級下屬產品在系統可靠性框 圖中所對應的代碼。第三欄（名稱）：記錄被分析產品或功能的名稱。第四欄（功能）：要填寫產品所需實現的功能，有的是單功能，有的是多功能，要注 意區分。第五欄（任務階段與工作模式）：說明發生故障的任務階段與該階段內產品的工作方 式。第六欄（故障模式)：寫分析級下屬產品可能發生的故障表現形式，應力求全面、準 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）：填寫導致故障模式發生的內因及外因。內因包括設計缺陷、工 藝損傷、老化、劣化等，外因包括應力沖擊、使用不當、相關產品故障、維修不當等。 每一個失效模式的原因一般都不止一種，在分析時，需要把相關的原因一一列出。第八欄（故障影響）：故障影響是指每個潛在的故障模式對產品使用、功能或狀態所 導致的后果。應評價這些后果并將其記入分析表中。除被分析的產品層次外，所分析的 故障還可能影響到幾個約定層次。因此，應評價每一故障模式對局部的高一層次的和最 終的影響。第九欄（故障檢測方法)：工作人員或維修人員用以檢測故障模式發生的方法應記入 分析表中。故障檢測方法包括目測、音響報警、自動傳感記錄等方法，應根據具體情況在該欄中填寫。若無任何檢測方法，也應注明。第十欄（補償措施)：補償措施是指能夠消除或減輕故障后果的措施，包括設計方面 的措施和操作方面的應急措施。設計方面的補償措施包括：具有冗佘設備；具有安全或保險裝置；具有可替換工作 方式。操作方面的應急補償措施包括：因操作失誤可自動關機；因操作失誤可自動記錄； 對設備、人員可應急保護。第十一欄（嚴重性級別）：據故障影響確定每一故障模式及產品的嚴重性級別，即I 類（災難性的）；II類（致命的）；III類（臨界的）；IV類（輕度的）。嚴重性級別是給產品故障造成的最壞潛在后果規定一個量度。可以將每一故障模式 和每一被分析的產品按下列對損失程度的表述進行分類[36]:I(災難性的）——這是一種會引起人員死亡或系統（如飛機、坦克、導彈及船舶等） 毀壞的故障；II(致命的)——這種故障會引起人員的嚴重傷害、重大經濟損失或導致任務失敗的 系統嚴重損壞；III(臨界的）——這種故障會引起人員的輕度傷害、一定的經濟損失或導致任務延 誤或降級的系統輕度損壞；IV(輕度的）——這是一種不足以導致人員傷害、經濟損失或系統損壞的故障，但 它會導致非計劃性維護或維修。第十二欄（備注h填寫需要補充說明的有關內容，如對設計改進、工藝改進的建議， 維修注意事項等。(2)CA定量分析數據庫。CA分析是FMEA分析后的深一層次的分析。CA定量分析數據庫遵照國家標準的 CA定量分析表格，其包含的屬性如表5.2所示。表中各欄的內容分別為：第一欄第八欄同表5.1中相應的內容。第九欄（故障概率或故障率數據源)：列出計算危害度時，引用故障概率或故障率數 據的來源。第十欄（故障率；）：在研制初期可填寫故障率預計值。在軟件內部VMC650加工中心FMEA存儲顯示情況，VMC650加工中心主軸故障、 VMC650加工中心滾珠絲杠FMEA故障存儲顯示情況，如圖5.4、5.5所示。第十一欄（故障模式頻數比?（j=l,2,…))：?表示故障模式j發生的故障數占各 種故障模式發生的故障數總和的百分比。第十二欄（故障影響概率2,…))：&表示產品在故障模式j發生的條件下， 可能導致任務喪失規定功能的條件概率。A是分析人員根據經驗判斷得到的。第十三欄（工作時間t): t表示每次任務時間中，產品的工作時間（或工作循環次 數)。第十四欄（故障模式危害度C^. 〇=1,2,…))：（、.是產品的危害度的一部分。第十五欄（產品的危害度）：產品的危害度是該產品在任務時間中及相應的嚴酷度類 別下各故障模式危害度的總和。第十六欄（備注)：填寫補充說明、產品改進措施等。針對VMC650加工中心搭建的軟件平臺共收錄了 1600多條FMECA故障數據，軟 件內部涉及的子系統如圖2.3所示。其中，各個子系統下又有部件的分層，例如工作臺 子系統又包括工作臺擺動系統、工作臺轉動系統，換刀系統又包括刀庫、刀架，輔助系 統包括潤滑、測量等下級子系統。