提升机床制造企业可靠性增长能力的思考

秦川集团供稿

一、国产机床与进口机床的差距主要在可靠性

众所周知，同样规格、同样功能的机床，国产机床价格是进口机床价格的1/3到1/2，再加上还有售后服务的方便性，但国内用户却宁愿花大价钱购买进口机床，原因何在？国产机床的主要问题可以归纳为以下四点：①功能基本没创新；②结构基本不分析；③精度基本靠 “敲打”；④可靠性基本没措施。

很多人认为，国产机床的主要问题是设计没有创新，只能跟在别人后面跑。从日本人 “发家”的历史看，在二战结束后，日本人也没有很高的创新性，但日本人却善于把别人的东西拿来进行分析，在改进的基础上制造出比别人更好的产品，可以低成本快速挤占别人的市场。反观中国企业，尽管模仿别人的能力也很强，但在模仿的基础却缺乏分析和改进，再加上工作不够精细，造成越模仿效果越差的局面。

这样看起来，创新目前并不是国产机床的要害，要害是我们产品的可靠性太差：性能不够稳定，精度不能保持，小问题层出不穷，给用户带来很多烦恼，用户自然不会购买我们的产品。

二、要害是提升企业自身的可靠性增长能力

结构可以拷贝，外观可以模仿，但即使别人把图纸和工艺文件都给了我们，我们也制造不出与别人同样可靠的产品。

原因何在？原因是多方面的，例如，员工的意识不到位，工作不精细，规范不完整，执行不严格，但主要原因是我们的企业缺乏保持可靠性持续增长的能力。因此，为了持续提升产品的可靠性，就必须从建立企业的可靠性增长能力出发，增强企业自身的 “可靠性素质”，才能确保制造出别人更可靠的产品。

三、可靠性设计分析能力的建立和提升

产品可靠性首先是设计出来的，要提升可靠性就必须从设计和分析入手，在产品设计的各个阶段都采用可靠性分析技术，才能从根本上提高产品的可靠性。可靠性设计包括以下5方面内容。

1.谱系的建立

数控机床的 “谱系”包括五个分谱系，它们都是机床设计和可靠性控制必须的基础输入信息，其中： “零件谱”表示机床会经常加工哪些类型的零件；“工况谱”表示机床会经常执行哪些加工工艺（涉及到机床部件的使用频率）；“载荷谱”表示机床及其各个零部件在寿命周期中承受的载荷情况（对零件失效和部件故障至关重要）；“功能谱”表示机床经常用到哪些功能（涉及到机床部件的使用频率）； “故障谱”表示机床经常发生哪些故障。

2.可靠性分析技术

可靠性分析包括：数控机床的故障树分析（FTA）、故障模式及影响分析（FMEA）、结构应力均衡性分析及优化、电磁兼容性分析技术。其中，故障树分析可以预计哪些零部件可能会发生哪些故障，并采取措施进行消除；故障模式及影响分析主要是分析各种故障模式可能带来的影响，便于对影响大的故障进行重点控制；结构应力均衡性分析及优化主要是分析结构受切削力、重力、冲击力、热变形等载荷时，结构所发生的变形，通过结构优化消除 “不合理”载荷，使 “合理”载荷均衡，减少结构变形和磨损。

现代机床与传统机床有很大的差别，主要是增加了大量的电气和电子元件，这些元件在运行时会发出大量的电磁波信号，从而对其他元件的运行带来影响（如大功率力矩电机启动时产生很大的电磁冲击波，会干扰光栅微弱的检测信号，会影响检测精度），电磁兼容性分析主要研究各种电器元件和系统之间发生的电磁干扰现象，采取措施（良好的接地、分开布线、信号屏蔽等）消除电磁干扰带来的影响。

3.可靠性分配技术

可靠性分配技术包括：数控机床可靠性建模技术、数控机床可靠性预计技术、数控机床可靠性分配技术、整机可靠性匹配分析技术。其中，建模技术是建立机床的可靠性模型，为可靠性分析和分配打下基础；预计技术是预测系统、部件和零件的可靠性寿命，为可靠性分配建立基础；可靠性分配是将整机的可靠性指标按照一定的准则分配给各个单元；整机可靠性匹配分析技术是解决 “好的零件装配不出好的产品”的问题，使得各个部件的运行状态在整机环境下相互协调。

4.可靠性评估技术

一台机床的可靠性究竟有多高？一个企业所有产品的可靠性有多高？这些都是制造企业和用户都高度关注的问题。因此，必须建立可靠性评估技术。这包括：评估准则的建立、评估模型的建立、评估算法的建立、评估软件开发。其中，评估准则建立评估标准和评估方法；评估模型将评估标准和评估方法用数学公式来描述；评估算法解决如何进行计算的问题；评估软件为企业提供评估的计算工具。

5.可靠性数据的收集

可靠性设计和分析需要大量的基础数据支持，没有基础数据基本上无法做可靠性设计和分析。因此，企业必须高度关注可靠性数据的收集，积累和建立可靠性数据库和知识库。可靠性数据的类型包括：零件的失效数据、部件的故障数据、整机的故障数据、可靠性成本数据、产品的试验数据、故障消除知识等。

四、制造可靠性控制能力的建立和提升

据统计，产品故障的40%是由加工和装配阶段造成的，因此，必须对制造阶段的可靠性进行控制，主要包括以下三方面内容。

1.零件特性的一致性控制技术

零件特性的不一致对可靠性的影响巨大，零件特性包括尺寸精度、几何精度、表面质量、热处理质量、焊接残余应力、铸件残余应力、机械加工残余应力等，会造成产品精度的丧失和性能的不稳定。零件机械精度主要靠设备的工序能力来控制，热处理特性的一致性靠工艺过程来控制，各种残余应力必须在投入装配前予以消除。零件特性的一致性控制可以从人、机、料、法、环、测等几个方面来着手。

2.部件装配过程可靠性控制技术

只有部件的可靠性得到保证，整机的可靠性才能得到提高。因此，国外企业非常重视部件的可靠性。部件装配过程可靠性控制技术包括：清洁装配技术（毛刺、清洗、环境）、连接（广义）可靠性控制技术、可靠性驱动的部件装配工艺，要害是增加中间检验工序，保证装配过程的一致性。例如：管路畅通、漏油、异响、预紧力控制、力矩控制、精度、运动的顺畅性等特性都要在装配过程中和装配完成后进行检验。

3.整机装配过程可靠性控制技术

整机装配的主要任务是将零部件连接起来，形成一个完整的产品。整机装配过程可靠性控制技术包括：清洁装配技术（毛刺、清洗、环境）、电气连接的可靠性控制、管路连接的可靠性控制、机械连接的可靠性控制、油品清洁度控制技术、可靠性驱动的整机装配工艺。

五、可靠性试验基础能力的建立和提升

试验是提升可靠性的必要手段，包括发现故障和消除故障，都需要建立试验手段。可靠性试验能力包括：①用户现场跟踪试验；②部件可靠性试验台的建立；③整机可靠性试验加载装置；④试验规范的建立；⑤故障率浴盆曲线定量化分析；⑥早期故障消除技术。

六、可靠性保障能力的建立和提升

可靠性是个技术问题，但更是个管理问题，如果没有有效的管理手段来支持，可靠性是无法得到提高的。可靠性保障能力的建立包括以下三方面内容。

1.配套件可靠性保障

据统计，配套件的故障占总故障的30%左右，况且，国内配套件企业基本没有可靠性概念，主机厂拿来就装机，很少进行可靠性试验和评价，使得配套件成为整机可靠性的薄弱环节。为了保证配套件的质量和可靠性，可以采取以下措施：优选配套件企业，督促配套件企业建立质量保证体系，帮助配套件企业建立试验手段，主机企业自行建立配套件可靠性试验台，没经过试验的配套件坚决不装机等。

2.可靠性保障体系的建立

在企业开展可靠性工程，一项非常重要的工作就是建立可靠性保障体系，通过管理措施来保证可靠性措施的落实。建立可靠性保障体系要把握住三大要害：覆盖范围的寿命周期性、规范制定的精细性、规范执行的严格性。也就是说，体系的内容要覆盖产品的寿命周期，建立的体系文件必须非常精细，影响可靠性的所有细节都应该考虑到，所建立的体系必须得到不折不扣的执行，这样才能保证产品的可靠性。

3.运行可靠性控制

据统计，由于用户使用不当造成的故障占机床总体故障的20%左右，因此，必须控制用户对机床的使用。主要内容包括：极限运行条件控制技术，主要是预防用户对机床的超载使用；强制维护保养技术，主要是确保用户不按规定保养不能开机；运行环境监控技术，主要监控不要超出机床的正常使用环境条件（温度、湿度、灰尘、振动等），超出规定条件就进行预警；维修预警及维修决策技术，主要是确定机床的大修时间，通过大修恢复机床的精度和可靠性。

七、结束语

为了持续提升机床产品的可靠性，企业必须建立自己的可靠性保障能力。本文对可靠性能力建设进行了论述，可以归纳为：能力是关键、技术是前提、管理是核心、精细是要害，因此，秦川发展的可靠性工作都要围绕 “精细化”来展开，一切工作都要：精细、精细、再精细！！！