在数控机床的可靠性设计中,分析是一种重要的技术手段,通过可靠性分析了解产品设计方案存在的缺陷,并通过设计改进将潜在的失效原因消灭在设计阶段,达到设计预防的目的。在数控机床设计制造过程中,常用的可靠性分析技术包括:故障模式、影响及危害性分析(FMECA分析)、故障树分析(FTA分析)、热分析、应力均衡分析、整机匹配性分析等内容。

  ● 故障模式、影响及危害性分析

  故障模式、影响及危害性分析(failure mode, effects and criticality analysis, FMECA)是分析产品中所有可能产生的故障模式及其对产品造成的所有可能影响,并按每一个故障模式的严酷度及其发生概率予以分类的一种自下而上进行归纳的分析技术,它由故障模式及影响分析(FMEA)和危害性分析(CA)两部分组成。

  一、FMECA用途

  FMECA的用途主要有以下几点:

  (1)找出产品所有可能的故障模式及其影响,并进行定性、定量的分析,进而采取相应的纠正措施,并确认风险低于可接受水平;
数控机床中故障模式、影响及危害性分析与故障图

  (2)对确定严酷度为Ⅰ、Ⅱ类故障模式的清单和单点故障模式清单提供定性、定量分析依据;

  (3)作为维修性(M)、安全性(S)、测试性(T)、保障性(S)设计与分析的输入;

  (4)为确定可靠性试验、寿命试验的产品项目清单提供依据;

  (5)为确定关键、重要件清单提供定性、定量信息。

  二、FMECA分类

  产品在寿命周期中的不同阶段,要选择不同的FMECA分析方法。

  FMECA方法是一种有效的可靠性分析方法,目前已广泛应用到汽车、数控机床、机器人、轨道交通、航天产品、电子产品等行业,并取得丰硕成果。

  三、FMECA分析中的注意事项

  ⑴重视FMECA计划工作

  实施FMECA之前,要进行全面、系统的计划,实施过程中要实行边设计、边分析、边改进以及“谁设计、谁分析”的原则,确保FMECA分析工作于产品设计、研制工作并行开展,以提高分析工作的有效性。

  ⑵加强规范化工作

  对于同一个产品而言,应统一使用一种FMECA表、统一初始约定层次、相同的严酷度级别与定义、统一的技术指导等,以保证分析结果的正确性、可比性。
数控机床中故障模式、影响及危害性分析与故障图

  ⑶深刻理解、掌握分析中的基本概念

  严酷度是一种故障模式对初始约定层次产品的最终影响的严重程度;严酷度与危害度是两个不同的概念,前者是故障模式影响严重程度的度量,而后者是故障模式影响的严重程度及其发生概率的综合度量;故障检测方法是产品运行或使用维修时发现故障的方法,而不是研制试验和可靠性试验中暴露故障的方法。

  ⑷积累经验、注重信息

  故障模式时FMECA的基础,为此在研制、生产和使用单位应注意收集、分析、整理产品以及相似产品的故障模式,建立相应的故障数据库,为后续工作提供支持。

  ⑸注意与其他故障分析方法相结合

  FMECA是一种有效的故障分析方法,但非万能。设计FMECA是一种静态、单因素的分析方法,在动态多因素分析方面还不够完善,为了实现产品的全面分析,还需要与其他方法相结合。

  ● 故障树分析(FTA)

  故障树分析(fault tree analysis,FTA)是通过对可能造成产品故障的硬件、软件、环境、人为因素等进行分析,画出故障树,从而确定产品故障原因的各种可能组合方式和(或)其发生概率的一种分析技术。从1961年由美国贝尔实验室的华生(H.A. Watson)和汉塞尔(D.F. Haasl)提出以后,经过多年发展,在汽车、柴油机、数控机床、医疗设备、电力变压器、液压系统等的系统故障诊断、安全性分析和风险评估中发挥了重要作用。

  故障树是一种特殊的倒立树状逻辑因果关系图,它用事件符号、逻辑门符号和转移符号描述系统中各种事件之间的因果关系。逻辑门的输入事件是输出事件的“因”,逻辑门的输出事件是输入事件的“果”。其中“事件”用来描述系统和元、部件故障的状态,“逻辑门”把事件联系起来,表示事件之间的逻辑关系。 
     ⑴故障树分析(FTA)流程

  作为一种可靠性分析方法,为保证其实施的有效性,需要以一套合理的分析流程为指导。

  选择好顶事件之后最重要的步骤就是故障树的建立,只有故障树正确合理,后面的定性分析和定量分析才有意义,才可以真正发挥故障树分析的作用。