数控机床可用性研究综述

陈心蔚

(中国矿业大学(北京)，北京 100089)

1 可用性评估指标

可用性是一个抽象且复杂的概念，因此为了评估可用性好坏，研究者们根据他们评价用户界面特征通常把它划分为几个属性。表1为常用的可用性评价指标体系。[1-2]

表1 常见的可用性评价指标

由表1可知，国内外学者们在可用性评价指标分类的观点比较相似，其中以可学习性、效率、有效性和用户满意度对可用性评价指标划分的认可度最高。

下面依次说明这几个指标的含义。可学习性是指能否让新手学会并且易于让新手学会使用数控机床各项操作并加工出合格的产品，以及是否能达到最佳的交互效能。效率是指用户完成某一产品加工的完整度和正确度，其中要综合考虑完整频度、出错频度以及求助频度3个方面。效率是在有效性的条件之下，即加工产品有较好的完整度，较高正确度的条件下所消耗的总资源量，其中包括人力、费用、时间等方面。用户满意度指的是用户对于操作数控机床后对机床的评价是否舒适以及对机床的接受程度。

了解了可用性指标评估之后，便可以缩小范围，将宏观的可用性概念缩小为机床的可用性概念，就数控机床的可用性进行讨论。机床的可用性是可靠性、维修性以及维修保障性的综合考量。可靠性通常可用以下评估指标对其进行综合评价，即可靠度、故障率、平均故障间隔时间(MTBF)、使用寿命。下面分别阐述这几个指标的含义。可靠度指的是在规定时间内完成规定功能的概率，即在规定时间内，数控机床制造出合格产品的概率。故障率指的是从首先发现机床故障时起，之后的单位时间内发生故障的概率。故障间隔时间指的是当机床反复修复后继续使用，观察测量得出的每次的故障时间间隔。使用寿命即机床从开始到已经无法再次修复并投入使用的时间。对于可靠性的指标也有按照平均故障间隔时间(MTBF)、平均修复时间(MTTR，Mean Time to Repair)、固有可用度以及精度保持时间。其中，平均修复时间指机床从故障到修复至能完成指定功能的时间间隔平均值。固有可用度又称有效度，与可靠度的定义相似可参考可靠度。而精度保持时间指的是在规定的条件下，机床精度保持在规定标准内的时间长度。

2 数控机床可用性建模

建模是评估的核心，同时也是维修决策的前提，由于数控机床可用性的复杂及抽象性，更需要研究者们通过建模找到有关于机床可用性各参数之间的关系，进而使评估方法更加清晰具体。

系统可用性评估可分为3类：静态建模法、动态建模法以及仿真建模法。在工程运用中应根据系统结构、属性以及数据信息的掌握情况，在不同条件下使用不同的建模方法。可用性也是可靠性、维修性和维修保障性的综合反映，吉林大学是国内最先开展数控机床可用性的机构之一，吉林大学科研团队不仅对数控车床加工中心进行可靠性建模，建立了故障间隔时间以及维修时间的分布模型[3]。山东大学张强提出基于功能元法的数控机床可靠性信息模型[4]。东北大学的王正综合运用应力-强度干涉模型、顺序统计量理论、泊松随机过程以及概率微分方程，建立零部件和系统的动态可靠性模型。浙江大学李星军建立了数控磨床首次故障间隔时间的威布尔分布模型[5]。

3 存在的问题

目前对于数控机床的实验验证较少，大多处于理论研究阶段。如上述，数控机床可用性是一个复杂抽象的过程，并且与使用环境相关，仅仅依赖理论研究无实验验证将会使最终将理论运用于实际时产生较大偏差。对于数控机床的可用性研究体系还不够完善。目前针对可用性研究大多基于人机交互或数控机床外观造型的研究，对于机床的可用性研究评价的研究还不够深入。

目前国内对于机床可用性研究越来越多，也越来越重视，但是大部分是针对可用性研究中的机床可靠性以及故障维修方面的研究，并且大多也是分析性评估方法，对于可用性的综合研究仍然不够深入。针对机床的可用性评估，大部分仍采用专家评分的办法，主观性太强。

4 结语

我国现有较为完整的工业链，而数控机床拥有精度高、效率高、可加工零件范围广等特点，因此对于数控机床的需求量会越来越大。拥有较好可用性的数控机床可减少生产成本，拥有用户体验性更强等特点，因此对于机床可用性研究也会越来越深入。