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技術發展而來。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故障模式造成的影響，并在此基礎上分析故障原因。 故障模式分析要對所有故障都進行故障模式分類，切莫遺漏。FMEA分析過程是一種表 格化的分析過程，數據都添加在表格中，比較清晰直觀，也利于工廠的信息化管理。CA 分析是在FMEA分析的基礎上發展而來的，是FMEA的補充，兩者結合形成了 FMECA 法。CA是英文criticality analysis的簡稱，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 是風險優先數法[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故障，并將其分類整理，實現 對故障數據的科學化管理；它也可以應用在加工中心的制造裝配過程中，有助于分析出 這些環節中哪些地方容易出現問題，進而提高制造裝配質量；對于設計者來說，利用 FMECA可以在加工中心設計階段就分析出潛在的失效模式，有助于提高設計水平。3.1.2故障模式的分類故障模式指的是加工中心發生故障后的表現形式。對于大部分成熟的產品或系統， 它們的故障模式都已經被總結出來了，并制定了相應的標準。但是加工中心的結構太復 雜，故障模式經常隨機出現，而且種類繁多。因此加工中心故障模式的制定要根據不同 加工中心的特殊情況，參考其他成熟產品的故障模式，總結出與該類型加工中心相匹配 的故障模式。為了方便對故障模式進行解讀，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不能達到指令要求的功能。 主要指機械機構不能完成要求的動作。(3)失調型故障模式：指的是有些系統暫時失去控制，但并未造成損壞。(4)松動型故障模式：即表現出鎖緊件松動、連接件松動等形式的故障。(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的電子零件受 損，零部件損壞指的是簡單的機械零件受到損壞。(6)狀態型故障模式：主要是指某些系統或復雜結構部件處在不良狀態；有些電 氣系統和元器件暫時性能下降或喪失；缸體或缸蓋的加工精度不達標；各種類型的誤報 警等。根據上述的分類原則，本文定義了在考察期間內MDH80加工中心發生過的故障模 式[39],每個故障模式的名稱體現出了故障的表現形式。表3.1列出了故障模式的類型、 名稱和發生頻率。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 和狀態型故障模式所占的比例最多，兩者都已經超過了 30%，應該加強注意。功能型、 狀態型故障模式主要發生在加工中心運行初期，它暴露了很多在設計階段和加工制造裝 配階段出現的問題。隨著不斷對加工中心進行改進，這兩類故障所占的比例會逐漸減少， 加工中心也會逐漸過渡到偶然故障期。損壞型故障模式占到了 18%,這類故障對加工中 心的危害很大。在加工中心完成初期運行后，管理人員應該制定相應的零部件管理和維護方案以減少這類故障發生的概率。頻數******的故障模式是各種類型的誤報警。在以往 的可靠性分析中，因為其危害性較小，誤報警是一種經常被忽略的故障模式，但是誤報 警也會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生原因，避免其 發展成嚴重的故障。3. 1.3故障模式影響分析從故障模式的名字當中就可以看出每種故障模式對機床的影響。大多數功能型、失 調型和狀態型故障會造成機床的某一部分無法正常工作。因為加工中心是一種串聯系 統，即如果一個子系統發生故障，加工中心就無法正常運行。因此上述三類故障主要影 響的是生產節拍。但是如果其中有些故障模式不能正確處理，就會對加工中心造成比較 嚴重的損傷，甚至威脅到工作人員的安全。損壞型故障模式對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。而機械手受撞擊、夾具受撞擊對加工中心的損壞會非常的大。因為這會直接 導致某些子系統的功能下降而且這些損傷很難修復，最嚴重的情況是它們會導致這些子 系統完全不能工作而需要更換。堵塞型和松動型故障模式主要是跟氣體和液體有關，這 類故障會對生產車間的環境造成影響，比如大量的液體會滲漏到加工中心外面。在實地 考察生產線時，可以發現這類故障雖然對加工中心本身的影響不算太大，但是大量的液 體滲漏會影響加工中心使用人員的行動，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。傳統的FMEA方法并沒有考 慮到每種故障模式的危害性，而CA定量分析就會針對每一種故障模式，研宄它對加工 中心造成的損傷概率和故障發生概率產生的綜合影響，以全面評價每一種故障模式。故 障模式及子系統的危害度反映了其發生故障時，對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鍵子系統，找到加工中心 的可靠性薄弱環節，以進行有針對性地改進。根據可靠性分析需要，本文將加工中心十個子系統發生故障造成的危害度用代號表 示，代號如下：工件傳輸系統（CRD、控制電氣系統（CR2)、夾具系統（CR3)、刀 庫系統（CR4)、進給系統（CR5)、機床防護及基礎件（CR6)、液壓氣動系統（CR7)、 主軸系統（CR8)、冷卻排屑除塵除霧系統（CR9)、集中潤滑系統（CR1())。傳統的損傷概率取值一共有四種：）8^0,表示該故障模式對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加工中心造成損傷；）8廣0.5,表示該故 障模式對加工中心可能造成損傷；18^1，表示該故障模式對加工中心肯定造成損傷。 但是0.1、0.5、1這三個數值之間的差距過大，而且加工中心本身十分復雜，其發生的 故障模式也是多種多樣的。如果兩種故障模式都可能對加工中心造成損傷，但是損傷發 生的概率卻不相同，僅僅用月0=0.5這一種表現形式不能體現出這兩者之間的差別。因 此當某故障模式對加工中心可能造成損傷時，其損傷概率/3 &•的取值可以是0.1到0.9之 間任意一個數值。數值越大表明該故障模式對加工中心造成損傷的概率越大。生產線運 行時，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工作人員造成傷 害，#要取相對比較大的值。3. 1.5故障危害度報告從表3.2和圖3.2中可以看出工件傳輸系統的故障危害度******，是加工中心可靠性 最薄弱的環節。液壓氣動系統、冷卻系統和集中潤滑系統的故障危害度明顯比其他子系 統的小，而集中潤滑系統的危害度更是遠遠小于其他子系統。將圖2.2、表2.3和圖3.2、 表3.2做對比可以看出：控制電氣系統的故障頻率是夾具系統的1.3倍，但是控制電氣 系統的危害度與夾具系統的危害度己經基本持平；控制電氣系統的故障頻率是刀具系統 的1.89倍，而前者的危害度僅僅是后者的1.18倍；進給系統、機床防護及基礎件、液 壓氣動系統的故障頻率是主軸系統的1.75倍，但是主軸系統的故障危害度已經與這三個 系統基本相同，甚至比液壓氣動系統的大。這說明在夾具系統和刀庫系統上發生故障時 造成的損害會比控制電氣系統上的大；主軸系統的故障頻率雖然很小，但是其一旦發生 故障就會產生很嚴重的影響。因此故障危害度分析是一種比故障頻率分析更科學的評價 加工中心各子系統可靠性的方法。在制定維修和檢測策略時，通常會根據加工中心的故 障報告來判斷哪個子系統更需要加強重視。加工中心維護人員應該以故障危害度為準則 制定維修策略而不是故障頻率。從表3.2中可以看出各個故障模式的危害度。其中故障模式危害度超過0.00004/h 的有13個：刀庫系統中的功能型-刀庫掉刀、失調型-刀檢失調；進給系統中的功能型- 移位超程、損壞型-重要部件損壞；主軸系統中的狀態型-精度問題；工件傳輸系統中的 損壞型-機械手受撞擊；夾具系統中的功能型-夾具松開、損壞型-夾具受撞擊；控制電氣 系統中的損壞型-線路電纜斷路、損壞型-元器件損壞；機床防護及基礎件中的功能型- 頂門開啟故障、損壞型-部件缺失•，液壓氣動系統中的損壞型-零件損壞。這些危害度超 過0.00004/h的故障模式主要是功能型和損壞型，還包括少量的狀態型、失調型。其中 故障危害度******的是機械手受撞擊，它的故障危害度達到0.00016/h,遠遠超過其他的故 障模式；而主軸系統中的精度問題危害度也超過了 0.0001/h。這些危害度大的故障模式 可能對工作人員造成傷害，可能嚴重影響產品精度，也可能對加工中心造成很嚴重的損 傷，因此這些故障模式需要立即解決，查找出其發生的原因，從根本上杜絕這類故障再 次發生。而這些故障中大部分都是屬于加工中心在生產線上運行初期易發生的故障，隨 著對加工中心不斷進行改進這類故障會越來越少，加工中心的故障危害度也會大幅度減 少。