提高数控机床可靠性的三大原因研究

    为改变我国机床工业的现状，实现民族装备制造业的振兴，“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项实施方案经过多次论证，最终将目标落在重点解决我国数控机床与基础制造装备行业自主开发能力薄弱，功能部件发展滞后，产品自动化水平低，可靠性、精度保持性差等突出问题上。

    今年年初，由工业和信息化部组织实施的“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项正式启动。

    作为《国家中长期科学和技术发展规划纲要》中十六项重大专项之一，“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项的实施，对于提升我国装备产业的自主创新能力和竞争力具有重要意义。

    为此，特邀吉林大学机械工业数控装备可靠性技术重点实验室贾亚洲教授撰写文章，以期与读者共同探寻数控机床的可靠性对于实施重大专项的重要意义。

    高档数控机床作为具有高科技含量的现代化“工作母机”，是实现制造技术和装备制造业现代化的重要基础装备，其性能、质量和拥有量是衡量一个国家工业现代化水平、综合国力的重要标志。
   
可靠性成市场竞争之焦点

    高速、高效、高精度、高可靠性，是现代数控机床发展的主要趋势。目前国内数控机床的研发，主要面向高档次，追求高速、精密和多轴联动复合加工等。然而，随着复合功能的增多和密集型技术的引入，不可靠因素和故障隐患增多，在运转和使用过程中发生故障的几率增加，系统一旦发生故障，其先进性能和功能不能维持，降低或失去了使用价值。而且，由于高档数控装备复合功能密集，体积庞大，结构复杂，加工工况多变等，使得可靠性问题成为制约国内高档数控机床发展的主要瓶颈。

    我国是世界上数控机床消费的大国，数控机床，特别是高档数控机床的进口量居高不下。究其原因，产品的可靠性是影响市场占有率的关键因素。近些年来，虽然我国机床行业的许多企业与有关高校合作，实施可靠性技术，国产机床的可靠性水平在稳步增长，但与发达国家同类产品相比差距仍然明显。我国众多行业的数控机床用户，不选购国产机床的主要原因就是产品的可靠性不能满足用户要求。机床市场的激烈竞争主要是产品可靠性的竞争，能否占领市场是影响我国数控装备产业存亡和发展的关键。

    一台高可靠性的机床可以收到几台机床同时运转的功效，可减少用户的停机损失和维修费用，减少主机厂售后服务和三包费用，也减少材料、工时和能源的消耗，经济效益显著。特别是在进口量不断增加的形势下，产品可靠性的提升对国产数控装备在国际市场竞争中取胜，促进民族工业的发展等方面意义尤为重大。

可靠性是重大专项的战略决策

    目前，国家“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项，正在逐步实施，对数控装备（数控机床、数控系统和功能部件）的可靠性技术研究以及产品可靠性提升和考核给予高度关注。重大专项中共性技术课题的第一项就是“可靠性设计与性能试验技术”，其研究目标明确指出：“提供在数控机床、重型装备、数控系统及功能部件上能付诸应用的可靠性设计方法、试验分析方法和精度保持措施，在高速、精密数控机床、重型装备、数控系统及主要功能部件上验证应用”。在研究内容和考核指标中提出可靠性评价方法和评价指标以及可靠性增长的要求，“使本专项支持的一种或多种数控机床主机平均无故障时间（MTBF）达到900小时”。

    同时，重大专项对高档数控机床产品类课题，要求所研制的成果和样机，应达到产品化的要求，即得到应用验证，并在可靠性方面得到提升和考核。课题申报指南中明确要求：“提出提高可靠性的具体方法，建立基本的可靠性试验手段，消除产品早期故障”。对高档数控机床主机产品，提出了同样的可靠性考核目标，机床MTBF达到900小时。

    科技重大专项对产品可靠性研究的要求，抓住了当前数控机床行业的要害和急需解决的关键技术，是非常正确的战略决策。高档数控机床无论如何先进，如果其性能或功能在使用中不能维持，产品就失去“可用”价值，当然就失去了市场竞争力。激烈的市场竞争就是通过满足用户要求以直接争夺用户的竞争。广大用户选购数控机床时，极为关注产品在使用过程中的质量表现，即数控机床的可靠性。要在对外开放的市场竞争中立于不败之地，必须从提高产品可靠性作为切入点，突出“用户就是上帝”的观念。实施重大专项，使所研制的样机，在可靠性方面得到提升和考核，大幅度提高国产机床可靠性声望，这是广大机床用户的强烈呼声和国人期待国产机床赶超世界先进水平的迫切愿望。

可靠性要达到世界先进水平

    当前国产数控机床可靠性的主要指标MTBF与国外同类产品相比几乎相差一倍，特别是高档数控机床的差距更明显。通过实施重大专项，促使国产高档数控机床的可靠性水平接近或达到世界先进水平，解决困扰数控机床产业技术发展的工程难题，扭转国际市场竞争的被动局面，难度很大，任务十分艰巨，可认为是重大专项的重中之重，全行业必须给予高度重视。

    首先，数控机床产品的可靠性是使用和现场运行过程中暴露出来的质量属性，考虑产品使用的时间因素和环境因素，未经使用的产品不能真实评价其可靠性水平。因此，数控机床的MTBF要真正反映产品在生产运行过程中故障间隔的真实情况，这是广大机床用户真正关心的产品质量属性。MTBF不是设计阶段的理论计算值或设计估计值，也不能基于不真实数据得出的猜测值，更不能将用于广告宣传的MTBF虚假值混淆为机床现场运行的客观有效值。

    其次，要研究和分析作为工作母机的高档数控机床产品的可靠性特点，明确研发产品现场运行过程可能存在的各种故障隐患。既然数控机床是制造机器的机器，因而具有功能可靠性和参数可靠性的双重要求。

    最后，提高数控机床可靠性，就是减少或避免产品工作过程中所发生的各种故障，因此要依据预研产品或类似产品的多发故障，探寻故障的主要隐患及其影响因素，包括自身设计缺陷，制造工艺和装配调试水平低下，早期故障没有在制造厂消除，而是直接带到用户中；外购元器件、关键功能部件和配套件，质量低劣，未经严格测试检验和筛选；系统软件缺陷，受外部干扰使变量被修改，程序丢失，参数错误等，软件缺陷导致故障成为影响系统可靠性的关键因素之一；以及人为附加的隐患，主机厂的管理人员或工程技术人员，可靠性意识薄弱或可靠性素质缺乏，在产品研发和生产过程中，由人的主观因素埋下隐患；当然也可能由于售后服务指导不到位或用户使用和维护不当，造成人为隐患。

    上述表明，数控机床的可靠性涉及到生产厂的设计、制造、装配、供应和售后服务等厂内各部门，涉及到配套件、外协件的供应厂商，还涉及到机床用户，这是一项需要多个部门共同努力的系统工程。

    实施可靠性设计是实现产品可靠性提升的基础，但不是可靠性提升方法的全部。特别是国产数控机床，在很多情况下，影响产品可靠性的突出问题，往往是制造过程、装配过程、配套件和外购件的选用以及早期故障没有消除等，占发生故障的比例很大。要强调可靠性试验方法，加强产品制造过程、装配过程、配套件和外购件的采购以及早期故障消除等过程的可靠性保证措施，实施系统工程，才能最终实现数控机床产品的可靠性提升。

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