MDH80加工中心故障模式影響及危害度分析
3.1故障模式影響及危害度分析3.1. 1 FMECA 的作用FMECA是英文 failure mode effect and criticality analysis 的簡(jiǎn)稱，它的中文意思是故 障模式影響及危害度分析。它是由FMEA技術(shù)發(fā)展而來(lái)。FMEA的主要作用是尋找加 工中心所有可能的故障模式及各個(gè)故障模式造成的影響，并在此基礎(chǔ)上分析故障原因。 故障模式分析要對(duì)所有故障都進(jìn)行故障模式分類，切莫遺漏。FMEA分析過(guò)程是一種表 格化的分析過(guò)程，數(shù)據(jù)都添加在表格中，比較清晰直觀，也利于工廠的信息化管理。CA 分析是在FMEA分析的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，是FMEA的補(bǔ)充，兩者結(jié)合形成了 FMECA 法。CA是英文criticality analysis的簡(jiǎn)稱，意思是故障危害度分析。這種方法可以比較 各種故障模式產(chǎn)生的影響，它也分為定性分析和定量分析。定性分析中比較常用的方法 是風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先數(shù)法[36]，本文采用的是更具體的定量分析法。FMECA可以幫助加工中心使用人員有效地梳理各個(gè)故障，并將其分類整理，實(shí)現(xiàn) 對(duì)故障數(shù)據(jù)的科學(xué)化管理；它也可以應(yīng)用在加工中心的制造裝配過(guò)程中，有助于分析出 這些環(huán)節(jié)中哪些地方容易出現(xiàn)問(wèn)題，進(jìn)而提高制造裝配質(zhì)量；對(duì)于設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，利用 FMECA可以在加工中心設(shè)計(jì)階段就分析出潛在的失效模式，有助于提高設(shè)計(jì)水平。3.1.2故障模式的分類故障模式指的是加工中心發(fā)生故障后的表現(xiàn)形式。對(duì)于大部分成熟的產(chǎn)品或系統(tǒng)， 它們的故障模式都已經(jīng)被總結(jié)出來(lái)了，并制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。但是加工中心的結(jié)構(gòu)太復(fù) 雜，故障模式經(jīng)常隨機(jī)出現(xiàn)，而且種類繁多。因此加工中心故障模式的制定要根據(jù)不同 加工中心的特殊情況，參考其他成熟產(chǎn)品的故障模式，總結(jié)出與該類型加工中心相匹配 的故障模式。為了方便對(duì)故障模式進(jìn)行解讀，本文將加工中心的故障模式分為六類。故障模式的 分類原則如下[37]:(1)堵塞型故障模式：即表現(xiàn)出氣體或液體等堵塞的故障模式。(2)功能型故障模式[38]:該類型故障模式指的是系統(tǒng)不能達(dá)到指令要求的功能。 主要指機(jī)械機(jī)構(gòu)不能完成要求的動(dòng)作。(3)失調(diào)型故障模式：指的是有些系統(tǒng)暫時(shí)失去控制，但并未造成損壞。(4)松動(dòng)型故障模式：即表現(xiàn)出鎖緊件松動(dòng)、連接件松動(dòng)等形式的故障。(5)損壞型故障模式：即部件受損。其中元器件損壞表示的是單獨(dú)的電子零件受 損，零部件損壞指的是簡(jiǎn)單的機(jī)械零件受到損壞。(6)狀態(tài)型故障模式：主要是指某些系統(tǒng)或復(fù)雜結(jié)構(gòu)部件處在不良狀態(tài)；有些電 氣系統(tǒng)和元器件暫時(shí)性能下降或喪失；缸體或缸蓋的加工精度不達(dá)標(biāo)；各種類型的誤報(bào) 警等。根據(jù)上述的分類原則，本文定義了在考察期間內(nèi)MDH80加工中心發(fā)生過(guò)的故障模 式[39],每個(gè)故障模式的名稱體現(xiàn)出了故障的表現(xiàn)形式。表3.1列出了故障模式的類型、 名稱和發(fā)生頻率。圖3.1顯示的是各類型故障模式所占的比例。從表3.1和圖3.1中可以看出，功能型 和狀態(tài)型故障模式所占的比例最多，兩者都已經(jīng)超過(guò)了 30%，應(yīng)該加強(qiáng)注意。功能型、 狀態(tài)型故障模式主要發(fā)生在加工中心運(yùn)行初期，它暴露了很多在設(shè)計(jì)階段和加工制造裝 配階段出現(xiàn)的問(wèn)題。隨著不斷對(duì)加工中心進(jìn)行改進(jìn)，這兩類故障所占的比例會(huì)逐漸減少， 加工中心也會(huì)逐漸過(guò)渡到偶然故障期。損壞型故障模式占到了 18%,這類故障對(duì)加工中 心的危害很大。在加工中心完成初期運(yùn)行后，管理人員應(yīng)該制定相應(yīng)的零部件管理和維護(hù)方案以減少這類故障發(fā)生的概率。頻數(shù)******的故障模式是各種類型的誤報(bào)警。在以往 的可靠性分析中，因?yàn)槠湮：π暂^小，誤報(bào)警是一種經(jīng)常被忽略的故障模式，但是誤報(bào) 警也會(huì)暴露出加工中心在哪些地方存在故障隱患，因此必須要分析其產(chǎn)生原因，避免其 發(fā)展成嚴(yán)重的故障。3. 1.3故障模式影響分析從故障模式的名字當(dāng)中就可以看出每種故障模式對(duì)機(jī)床的影響。大多數(shù)功能型、失 調(diào)型和狀態(tài)型故障會(huì)造成機(jī)床的某一部分無(wú)法正常工作。因?yàn)榧庸ぶ行氖且环N串聯(lián)系 統(tǒng)，即如果一個(gè)子系統(tǒng)發(fā)生故障，加工中心就無(wú)法正常運(yùn)行。因此上述三類故障主要影 響的是生產(chǎn)節(jié)拍。但是如果其中有些故障模式不能正確處理，就會(huì)對(duì)加工中心造成比較 嚴(yán)重的損傷，甚至威脅到工作人員的安全。損壞型故障模式對(duì)加工中心的影響主要是使 加工中心的某些部件受到破壞。其中零部件損壞和元器件損壞等造成的影響較小，而且 容易修復(fù)。而機(jī)械手受撞擊、夾具受撞擊對(duì)加工中心的損壞會(huì)非常的大。因?yàn)檫@會(huì)直接 導(dǎo)致某些子系統(tǒng)的功能下降而且這些損傷很難修復(fù)，最嚴(yán)重的情況是它們會(huì)導(dǎo)致這些子 系統(tǒng)完全不能工作而需要更換。堵塞型和松動(dòng)型故障模式主要是跟氣體和液體有關(guān)，這 類故障會(huì)對(duì)生產(chǎn)車間的環(huán)境造成影響，比如大量的液體會(huì)滲漏到加工中心外面。在實(shí)地 考察生產(chǎn)線時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)這類故障雖然對(duì)加工中心本身的影響不算太大，但是大量的液 體滲漏會(huì)影響加工中心使用人員的行動(dòng)，造成大量的不便。清理這些液體也要消耗大量 的人力。3. 1.4故障模式危害度分析故障模式危害度分析就是FMECA中的CA定量分析。傳統(tǒng)的FMEA方法并沒(méi)有考 慮到每種故障模式的危害性，而CA定量分析就會(huì)針對(duì)每一種故障模式，研宄它對(duì)加工 中心造成的損傷概率和故障發(fā)生概率產(chǎn)生的綜合影響，以全面評(píng)價(jià)每一種故障模式。故 障模式及子系統(tǒng)的危害度反映了其發(fā)生故障時(shí)，對(duì)加工中心整體的使用性和操作員安全 的影響程度。完成CA分析可以找出影響加工中心可靠性的關(guān)鍵子系統(tǒng)，找到加工中心 的可靠性薄弱環(huán)節(jié)，以進(jìn)行有針對(duì)性地改進(jìn)。根據(jù)可靠性分析需要，本文將加工中心十個(gè)子系統(tǒng)發(fā)生故障造成的危害度用代號(hào)表 示，代號(hào)如下：工件傳輸系統(tǒng)（CRD、控制電氣系統(tǒng)（CR2)、夾具系統(tǒng)（CR3)、刀 庫(kù)系統(tǒng)（CR4)、進(jìn)給系統(tǒng)（CR5)、機(jī)床防護(hù)及基礎(chǔ)件（CR6)、液壓氣動(dòng)系統(tǒng)（CR7)、 主軸系統(tǒng)（CR8)、冷卻排屑除塵除霧系統(tǒng)（CR9)、集中潤(rùn)滑系統(tǒng)（CR1())。傳統(tǒng)的損傷概率取值一共有四種：）8^0,表示該故障模式對(duì)加工中心不能造成損 傷；；8廣0.1,表示該故障模式有很小的概率對(duì)加工中心造成損傷；）8廣0.5,表示該故 障模式對(duì)加工中心可能造成損傷；18^1，表示該故障模式對(duì)加工中心肯定造成損傷。 但是0.1、0.5、1這三個(gè)數(shù)值之間的差距過(guò)大，而且加工中心本身十分復(fù)雜，其發(fā)生的 故障模式也是多種多樣的。如果兩種故障模式都可能對(duì)加工中心造成損傷，但是損傷發(fā) 生的概率卻不相同，僅僅用月0=0.5這一種表現(xiàn)形式不能體現(xiàn)出這兩者之間的差別。因 此當(dāng)某故障模式對(duì)加工中心可能造成損傷時(shí)，其損傷概率/3 &•的取值可以是0.1到0.9之 間任意一個(gè)數(shù)值。數(shù)值越大表明該故障模式對(duì)加工中心造成損傷的概率越大。生產(chǎn)線運(yùn) 行時(shí)，確保操作人員的安全是最重要的，因此如果該故障模式有可能對(duì)工作人員造成傷 害，#要取相對(duì)比較大的值。3. 1.5故障危害度報(bào)告從表3.2和圖3.2中可以看出工件傳輸系統(tǒng)的故障危害度******，是加工中心可靠性 最薄弱的環(huán)節(jié)。液壓氣動(dòng)系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和集中潤(rùn)滑系統(tǒng)的故障危害度明顯比其他子系 統(tǒng)的小，而集中潤(rùn)滑系統(tǒng)的危害度更是遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其他子系統(tǒng)。將圖2.2、表2.3和圖3.2、 表3.2做對(duì)比可以看出：控制電氣系統(tǒng)的故障頻率是夾具系統(tǒng)的1.3倍，但是控制電氣 系統(tǒng)的危害度與夾具系統(tǒng)的危害度己經(jīng)基本持平；控制電氣系統(tǒng)的故障頻率是刀具系統(tǒng) 的1.89倍，而前者的危害度僅僅是后者的1.18倍；進(jìn)給系統(tǒng)、機(jī)床防護(hù)及基礎(chǔ)件、液 壓氣動(dòng)系統(tǒng)的故障頻率是主軸系統(tǒng)的1.75倍，但是主軸系統(tǒng)的故障危害度已經(jīng)與這三個(gè) 系統(tǒng)基本相同，甚至比液壓氣動(dòng)系統(tǒng)的大。這說(shuō)明在夾具系統(tǒng)和刀庫(kù)系統(tǒng)上發(fā)生故障時(shí) 造成的損害會(huì)比控制電氣系統(tǒng)上的大；主軸系統(tǒng)的故障頻率雖然很小，但是其一旦發(fā)生 故障就會(huì)產(chǎn)生很嚴(yán)重的影響。因此故障危害度分析是一種比故障頻率分析更科學(xué)的評(píng)價(jià) 加工中心各子系統(tǒng)可靠性的方法。在制定維修和檢測(cè)策略時(shí)，通常會(huì)根據(jù)加工中心的故 障報(bào)告來(lái)判斷哪個(gè)子系統(tǒng)更需要加強(qiáng)重視。加工中心維護(hù)人員應(yīng)該以故障危害度為準(zhǔn)則 制定維修策略而不是故障頻率。從表3.2中可以看出各個(gè)故障模式的危害度。其中故障模式危害度超過(guò)0.00004/h 的有13個(gè)：刀庫(kù)系統(tǒng)中的功能型-刀庫(kù)掉刀、失調(diào)型-刀檢失調(diào)；進(jìn)給系統(tǒng)中的功能型- 移位超程、損壞型-重要部件損壞；主軸系統(tǒng)中的狀態(tài)型-精度問(wèn)題；工件傳輸系統(tǒng)中的 損壞型-機(jī)械手受撞擊；夾具系統(tǒng)中的功能型-夾具松開、損壞型-夾具受撞擊；控制電氣 系統(tǒng)中的損壞型-線路電纜斷路、損壞型-元器件損壞；機(jī)床防護(hù)及基礎(chǔ)件中的功能型- 頂門開啟故障、損壞型-部件缺失•，液壓氣動(dòng)系統(tǒng)中的損壞型-零件損壞。這些危害度超 過(guò)0.00004/h的故障模式主要是功能型和損壞型，還包括少量的狀態(tài)型、失調(diào)型。其中 故障危害度******的是機(jī)械手受撞擊，它的故障危害度達(dá)到0.00016/h,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其他的故 障模式；而主軸系統(tǒng)中的精度問(wèn)題危害度也超過(guò)了 0.0001/h。這些危害度大的故障模式 可能對(duì)工作人員造成傷害，可能嚴(yán)重影響產(chǎn)品精度，也可能對(duì)加工中心造成很嚴(yán)重的損 傷，因此這些故障模式需要立即解決，查找出其發(fā)生的原因，從根本上杜絕這類故障再 次發(fā)生。而這些故障中大部分都是屬于加工中心在生產(chǎn)線上運(yùn)行初期易發(fā)生的故障，隨 著對(duì)加工中心不斷進(jìn)行改進(jìn)這類故障會(huì)越來(lái)越少，加工中心的故障危害度也會(huì)大幅度減 少。