1. 可靠性的基本概念
       隨著技術(shù)進(jìn)步和社會(huì)對(duì)高檔數(shù)控機(jī)床要求的不斷提高，數(shù)控機(jī)床正在向高速度、高效率、高精度、智能化、復(fù)合化和高可靠性的方向發(fā)展。但我國(guó)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品卻存在著精度低、可靠性差、穩(wěn)定性差及精度保持性差等諸多問(wèn)題，這些短板嚴(yán)重影響了用戶(hù)對(duì)選用國(guó)產(chǎn)機(jī)床的信心，制約了機(jī)床行業(yè)的發(fā)展，也對(duì)以機(jī)床作為工作母機(jī)的裝備制造業(yè)（包括汽車(chē)、航空航天及國(guó)防裝備等）水平的提升產(chǎn)生很大的影響。
       五軸加工機(jī)床是指在一臺(tái)機(jī)床上至少有5個(gè)坐標(biāo)軸（3個(gè)直線坐標(biāo)軸X、Y、Z和2個(gè)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸B、C）。五軸機(jī)床可以在數(shù)控系統(tǒng)控制下同時(shí)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行加工。五軸加工機(jī)床作為高檔數(shù)控機(jī)床的代表產(chǎn)品，是集機(jī)、電、液、控、計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)于一體的復(fù)雜系統(tǒng)，對(duì)于高可靠性的需求尤為突出。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 3187—1982《可靠性基本名詞術(shù)語(yǔ)及定義》中可靠性的定義為：產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。與各類(lèi)可修產(chǎn)品一樣，五軸加工機(jī)床常用的可靠性評(píng)價(jià)指標(biāo)包括平均無(wú)故障工作時(shí)間（MTBF）、平均維修時(shí)間（MTTR）以及可用度（A）等。
       （1）平均無(wú)故障工作時(shí)間MTBF（Mean Time Between Failure）。作為衡量一個(gè)產(chǎn)品最直接的可靠性指標(biāo)，它定量地反映了產(chǎn)品在規(guī)定時(shí)間內(nèi)保持規(guī)定功能的能力。對(duì)于數(shù)控機(jī)床這類(lèi)可修產(chǎn)品，MTBF是指相鄰兩次故障之間的平均工作時(shí)間，其觀測(cè)值計(jì)算公式為
       式中，N0是評(píng)定周期內(nèi)產(chǎn)品累計(jì)故障頻數(shù)；ti是評(píng)定周期內(nèi)產(chǎn)品的故障間隔時(shí)間（h）；T是產(chǎn)品總的工作時(shí)間（h）。
       當(dāng)產(chǎn)品壽命t的失效概率密度函數(shù)為f（t）時(shí)，則它的數(shù)學(xué)期望，即平均故障間隔時(shí)間為

       （2）平均修復(fù)時(shí)間MTTR（Mean Time To Repair），是指排除故障所需實(shí)際時(shí)間的平均值，即故障產(chǎn)品修復(fù)所需的平均時(shí)間，其點(diǎn)估計(jì)為
       式中，j為維修次數(shù)；tj為第j個(gè)維修時(shí)間（h）；l為維修總次數(shù)。
       當(dāng)產(chǎn)品修復(fù)時(shí)間t的概率密度函數(shù)為m（t）時(shí)，則MTTR的點(diǎn)估計(jì)為
       （3）可用性AI是可靠性和維修性的綜合表征，是廣義可靠性指標(biāo)，也是機(jī)床用戶(hù)最關(guān)心的指標(biāo)。可用性是指產(chǎn)品在任意時(shí)刻需要和開(kāi)始執(zhí)行任務(wù)時(shí)，處于可工作或可使用的程度。可用性的概率度量為可用度，機(jī)床產(chǎn)品的固有可用度AI可以表達(dá)為        上述指標(biāo)能夠?qū)ξ遢S加工機(jī)床的可靠性水平作出比較客觀準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)，國(guó)內(nèi)外各項(xiàng)可靠性標(biāo)準(zhǔn)也基本上都是根據(jù)這些指標(biāo)制定的，從而使五軸加工機(jī)床功能和性能得到控制與保障。
       2. 國(guó)外五軸機(jī)床的可靠性研究現(xiàn)狀
       國(guó)外對(duì)五軸數(shù)控機(jī)床可靠性的研究起步較早，自20世紀(jì)70年代起，以故障數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析為基礎(chǔ)的機(jī)床可靠性研究工作就已經(jīng)在西方發(fā)達(dá)國(guó)家和前蘇聯(lián)廣泛開(kāi)展。主要研究方法是，通過(guò)對(duì)機(jī)床故障進(jìn)行采集、累積、建模和分析，得出故障模式以及發(fā)生的原因，作為改進(jìn)設(shè)計(jì)與加工裝配工藝的依據(jù)，并最終消除故障。最初，前蘇聯(lián)的A.C.普羅尼科夫針對(duì)機(jī)床的故障模型參數(shù)、可靠性預(yù)測(cè)及工藝可靠性等基礎(chǔ)性?xún)?nèi)容進(jìn)行了比較深入的研究。隨后，Yash P.Gupta和Toni M.Somers 通過(guò)可靠性評(píng)估發(fā)現(xiàn)了機(jī)床的薄弱環(huán)節(jié)并進(jìn)行改進(jìn)，提出數(shù)控機(jī)床故障的傳遞函數(shù)理論，推動(dòng)了機(jī)床維修性研究的發(fā)展，使得這一時(shí)期（20世紀(jì)80年代）國(guó)外的可靠性水平得到很大提升，MTBF平均提升到700～900h，這一數(shù)據(jù)甚至高于當(dāng)前我國(guó)數(shù)控機(jī)床可靠性的平均水平。
       后期，國(guó)外對(duì)五軸機(jī)床的可靠性研究更加偏向于精度保持性和可用性的研究。L. Andolfatto、J.R.R.Mayer等針對(duì)五軸數(shù)控機(jī)床工作時(shí)各軸線轉(zhuǎn)換的加工誤差進(jìn)行分析，提出了一種基于自適應(yīng)蒙特卡洛法的誤差不確定性預(yù)測(cè)方法。該方法能在熱擾動(dòng)環(huán)境下對(duì)工具鏈傳動(dòng)誤差進(jìn)行有效預(yù)測(cè)，從而提高五軸加工機(jī)床的精度保持性。S.Lavernhe等通過(guò)對(duì)五軸伺服驅(qū)動(dòng)高速切削加工中心進(jìn)行幾何與動(dòng)態(tài)誤差源評(píng)價(jià)，得到了在高速、高負(fù)載工況下五軸機(jī)床在工具中點(diǎn)的體積誤差負(fù)載。Robert J. Cripps等提出了一種檢測(cè)五軸機(jī)床可用性的方法，該方法利用雙球桿（DBB）來(lái)測(cè)試五軸機(jī)床中與位置無(wú)關(guān)的旋轉(zhuǎn)精度，根據(jù)測(cè)試結(jié)果得到五軸機(jī)床的可用性。
       上述研究成果代表了當(dāng)前國(guó)外五軸加工機(jī)床可靠性研究的主要方向，即在高平均無(wú)故障工作時(shí)間的基礎(chǔ)上，結(jié)合對(duì)工況、載荷等誤差源的分析，盡可能地提高五軸加工機(jī)床的精度保持性和可用性，從而最大化地發(fā)揮五軸加工機(jī)床高速高效的特性，產(chǎn)生更大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期對(duì)可靠性、精度保持性和可用性進(jìn)行深入系統(tǒng)的理論和應(yīng)用研究，國(guó)外數(shù)控機(jī)床的可靠性已經(jīng)得到質(zhì)的提升。目前，國(guó)外數(shù)控機(jī)床的整機(jī)可靠性水平MTBF普遍都在2?000h以上，有些產(chǎn)品甚至聲稱(chēng)其可靠性水平MTBF可達(dá)到驚人的5?000h。
       3. 國(guó)內(nèi)五軸機(jī)床的可靠性研究現(xiàn)狀
       我國(guó)對(duì)五軸機(jī)床的研究大幅落后于西方發(fā)達(dá)國(guó)家，對(duì)五軸機(jī)床可靠性的研究也不例外，其研究水平遠(yuǎn)落后于西方發(fā)達(dá)國(guó)家。我國(guó)機(jī)床行業(yè)從1989年起才開(kāi)始對(duì)數(shù)控機(jī)床的可靠性進(jìn)行考核。“九五”期間，國(guó)家對(duì)10家骨干機(jī)床制造企業(yè)的典型產(chǎn)品考核結(jié)果為MTBF大約為400h，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國(guó)外先進(jìn)水平，使得高檔數(shù)控機(jī)床的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)為國(guó)外產(chǎn)品所壟斷。在嚴(yán)峻的形勢(shì)下，政府于2009年啟動(dòng)實(shí)施了“高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)（簡(jiǎn)稱(chēng)04專(zhuān)項(xiàng)），目的是盡快提升國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的整體水平，機(jī)床的可靠性研究及應(yīng)用被列為必須突破的關(guān)鍵共性技術(shù)。根據(jù)規(guī)劃，04專(zhuān)項(xiàng)在可靠性方面的實(shí)施目標(biāo)為：到“十一五”末，數(shù)控機(jī)床的可靠性MTBF達(dá)到900h；到“十二五”末，數(shù)控機(jī)床的可靠性MTBF達(dá)到1?500h；到“十三五”末（2020年），數(shù)控機(jī)床的可靠性MTBF達(dá)到2?000h。
       為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，04專(zhuān)項(xiàng)先后支持了20余項(xiàng)可靠性共性技術(shù)的研究課題，包括《高性能加工中心可靠性倍增技術(shù)研究》、《五軸聯(lián)動(dòng)加工中心可靠性試驗(yàn)與評(píng)估方法研究》、《高溫合金航發(fā)葉片五軸聯(lián)動(dòng)加工中心研制與應(yīng)用》及《五軸數(shù)控機(jī)床多誤差實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)綜合補(bǔ)償技術(shù)》等。通過(guò)這些課題的研究和成果應(yīng)用，使專(zhuān)項(xiàng)產(chǎn)品高端國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的可靠性普遍達(dá)到了900h，部分產(chǎn)品的可靠性水平已經(jīng)達(dá)到1?500h，極大地提升了我國(guó)以五軸加工機(jī)床為代表的高端數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)品水平和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)能力，促進(jìn)了企業(yè)的發(fā)展，產(chǎn)生了巨大的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益與政治軍事效益。
       在機(jī)床可靠性研究方面，最早系統(tǒng)開(kāi)展可靠性研究的單位是吉林大學(xué)和國(guó)家機(jī)床質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，這兩家單位的研究工作為國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床可靠性技術(shù)的研究和應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。后來(lái)，重慶大學(xué)、東北大學(xué)、西安交通大學(xué)、華中數(shù)控、北京航空航天大學(xué)及南京理工大學(xué)等單位也在機(jī)床可靠性研究和推廣應(yīng)用方面開(kāi)展了大量的工作，取得明顯的效果，有力地支持了國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床可靠性水平的提升。
       在專(zhuān)項(xiàng)課題《高性能加工中心可靠性倍增技術(shù)研究》中，重慶大學(xué)與寧江機(jī)床廠密切合作，結(jié)合企業(yè)的實(shí)際情況，對(duì)該廠加工中心產(chǎn)品的可靠性增長(zhǎng)技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)研究。通過(guò)可靠性倍增技術(shù)的實(shí)施，寧江機(jī)床THM6380臥式加工中心MTBF的平均值從315h提高到1 075.6h，達(dá)到項(xiàng)目預(yù)期MTBF達(dá)到900h的目標(biāo)。項(xiàng)目的實(shí)施包括基于任務(wù)的加工中心可靠性模型和設(shè)計(jì)流程的建立，并采用GO法對(duì)精密臥式加工中心各部分進(jìn)行了可靠性建模。張根保等以裝配過(guò)程中的各道工步為研究對(duì)象，通過(guò)分析各道工步之間的關(guān)系，建立了產(chǎn)品裝配過(guò)程可靠性分析的一般框架圖，提出可靠性驅(qū)動(dòng)的裝配工藝設(shè)計(jì)的概念，并采用廣義隨機(jī)Petri網(wǎng)對(duì)該技術(shù)進(jìn)行了建模，采用同構(gòu)的Markov鏈對(duì)裝配可靠性模型進(jìn)行定量分析。同時(shí)，張根保教授領(lǐng)導(dǎo)的項(xiàng)目組根據(jù)企業(yè)的管理模式制定了可靠性評(píng)審管理辦法和流程，建立了加工中心全壽命周期的檢核表體系，形成了加工中心的可靠性管理體系。提出了早期故障快速消除技術(shù)，初步建立了早期故障消除技術(shù)的框架，在此基礎(chǔ)上提出了67條加工中心早期故障消除技術(shù)的建議。通過(guò)對(duì)加工中心可靠性監(jiān)控參數(shù)的分析，構(gòu)建了加工中心可靠性監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了加工中心使用過(guò)程的自動(dòng)監(jiān)控和強(qiáng)制維護(hù)保養(yǎng)。
       在專(zhuān)項(xiàng)《五軸聯(lián)動(dòng)加工中心可靠性試驗(yàn)與評(píng)估方法研究》中，國(guó)防科技大學(xué)以五軸聯(lián)動(dòng)加工中心為分析對(duì)象，圍繞機(jī)床主機(jī)MTBF達(dá)到900h的項(xiàng)目總體目標(biāo)，開(kāi)展可靠性性能試驗(yàn)與評(píng)估技術(shù)研究，獲得了小子樣條件下的五軸聯(lián)動(dòng)加工中心可靠性試驗(yàn)與評(píng)價(jià)方法。于乃輝對(duì)小子樣、高可靠性條件下的Weibull分布Bayes評(píng)估問(wèn)題進(jìn)行了研究，利用6種成熟產(chǎn)品故障信息，采用基于Kullback信息的先驗(yàn)分布融合方法，提出運(yùn)用歷史信息的可信度來(lái)確定權(quán)重因子，得到融合先驗(yàn)分布。項(xiàng)目組結(jié)合某型加工中心可靠性試驗(yàn)數(shù)據(jù)及融合先驗(yàn)分布對(duì)其MTBF指標(biāo)進(jìn)行 Bayes 后驗(yàn)推斷，得到較為準(zhǔn)確的評(píng)估結(jié)果。張志雄研究了一種小樣本條件下加工中心可靠性試驗(yàn)方法，該方法以整體式葉輪加工過(guò)程為試驗(yàn)周期，以狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)為監(jiān)測(cè)手段，快速暴露加工中心故障，并在可靠性評(píng)估過(guò)程中通過(guò)引入專(zhuān)家知識(shí)、同類(lèi)產(chǎn)品失效模式、產(chǎn)品研制階段故障特點(diǎn)等先驗(yàn)信息，降低對(duì)可靠性試驗(yàn)數(shù)據(jù)的要求，從而以較少的樣本量，快速地判定加工中心薄弱環(huán)節(jié)，提出改進(jìn)的設(shè)計(jì)措施，以適應(yīng)加工中心技術(shù)發(fā)展和可靠性提升的需要。
       在其他研究工作中，李翠玲等通過(guò)齊次坐標(biāo)變換，推導(dǎo)出2R3T型五軸機(jī)床的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，開(kāi)展了機(jī)床運(yùn)動(dòng)精度的可靠性分析，對(duì)于提高機(jī)床使用壽命和加工精度具有一定意義。吉林大學(xué)的王漢偉以意大利藍(lán)苞蒂五軸聯(lián)動(dòng)加工中心為研究對(duì)象，針對(duì)加工中心在企業(yè)中現(xiàn)場(chǎng)使用的數(shù)據(jù)，開(kāi)展了可靠性評(píng)估與可靠性綜合評(píng)價(jià)方法的研究。上海交通大學(xué)的張宏韜對(duì)雙轉(zhuǎn)臺(tái)五軸數(shù)控機(jī)床誤差的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)補(bǔ)償進(jìn)行深入研究，提高了該類(lèi)型五軸機(jī)床的加工精度。東北大學(xué)的粟時(shí)平等基于多體系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)理論的基本原理，結(jié)合RRTTT型五軸立式數(shù)控機(jī)床，闡述了多體系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和低序體陣列，提出了特征矩陣的基本概念和構(gòu)建方法，分析了多體系統(tǒng)有誤差運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律，研究了根據(jù)特征矩陣得到綜合空間誤差的算法。
       綜上，在04專(zhuān)項(xiàng)的支持下，國(guó)產(chǎn)機(jī)床的可靠性研究工作已經(jīng)初步形成了完整的體系，建立了可靠性實(shí)施規(guī)范，開(kāi)發(fā)了成套應(yīng)用技術(shù)，研究成果已經(jīng)直接應(yīng)用在多家企業(yè)中，并取得較好的效果。通過(guò)近幾年的研究和實(shí)施，在吸取國(guó)外可靠性研究工作成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床可靠性研究工作已經(jīng)進(jìn)入到了加速追趕國(guó)際先進(jìn)水平的階段，但要徹底改變國(guó)產(chǎn)機(jī)床早期故障多、整體可靠性水平不高的局面，還要開(kāi)拓創(chuàng)新，不斷研究和開(kāi)發(fā)新技術(shù)、新方法和新工藝，在可靠性設(shè)計(jì)理論與制造工藝方面趕超國(guó)外水平，實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)機(jī)床可靠性水平的跨越式提升。
       4. 五軸機(jī)床可靠性研究的主要內(nèi)容
       在五軸機(jī)床的可靠性提升過(guò)程中，針對(duì)整機(jī)可靠性以及功能部件的可靠性有多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)需要實(shí)現(xiàn)突破，主要內(nèi)容包含：早期故障消除技術(shù)、可靠性評(píng)估技術(shù)、可靠性試驗(yàn)技術(shù)、可靠性數(shù)據(jù)分析與管理技術(shù)及精度保持性技術(shù)。
       （1）早期故障消除技術(shù)。當(dāng)前，我國(guó)五軸加工機(jī)床的可靠性水平整體偏低，因此，減少機(jī)床全生命周期的故障數(shù)量依然是可靠性工作的重點(diǎn)。在機(jī)床發(fā)生的所有故障中，以早期故障占的比例最大，幾乎占到所有故障數(shù)量的50%以上。早期故障是發(fā)生在產(chǎn)品使用的早期階段發(fā)生的故障，主要是由于設(shè)計(jì)、制造等過(guò)程的缺陷造成并且具有共性的故障，其故障間隔時(shí)間短，故障影響程度大，故障模式和故障原因比較集中。
       解決機(jī)床早期故障消除問(wèn)題，是從根本上提升機(jī)床可靠性水平的關(guān)鍵。范秀君從故障率浴盆曲線建模分析入手，量化確定了機(jī)床的早期故障區(qū)，深入分析了早期故障產(chǎn)生的原因，結(jié)合可靠性試驗(yàn)技術(shù)，闡述了早期故障的消除技術(shù)機(jī)理，在此基礎(chǔ)上建立了早期故障消除的技術(shù)體系。潘殿生提出建立基于生命周期的數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床壽命分布模型，揭示包含早期故障期和偶然故障期的故障機(jī)理和規(guī)律。通過(guò)機(jī)床早期故障的激發(fā)、分析、改進(jìn)與消除，機(jī)床產(chǎn)品的故障能夠在出廠前得到預(yù)防與解決，從而大大提高了其使用可靠性。
       （2）可靠性評(píng)估與試驗(yàn)技術(shù)。對(duì)五軸機(jī)床的可靠性進(jìn)行定量評(píng)估是可靠性工作的重要內(nèi)容，正確地認(rèn)識(shí)產(chǎn)品的可靠性水平，了解五軸加工機(jī)床產(chǎn)品可靠性方面的薄弱環(huán)節(jié)，需要可靠性評(píng)估與試驗(yàn)技術(shù)的支撐。傳統(tǒng)的可靠性評(píng)估技術(shù)主要是基于現(xiàn)場(chǎng)數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法將使用過(guò)程中的故障與維修記錄進(jìn)行分析，獲取所需的可靠性數(shù)據(jù)，并在此數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進(jìn)行可靠性研究。這種方式采樣周期長(zhǎng)、信息反饋慢、試驗(yàn)成本高，與當(dāng)前技術(shù)更新快、市場(chǎng)交貨周期短的形勢(shì)不相適應(yīng)。
       針對(duì)此種情況，基于小子樣分析的可靠性評(píng)估方法以及試驗(yàn)技術(shù)成為當(dāng)前五軸加工機(jī)床可靠性研究的熱點(diǎn)。于乃輝研究了五軸聯(lián)動(dòng)加工中心的可靠性試驗(yàn)方法，并采用 Bayes 方法對(duì)其可靠性進(jìn)行評(píng)估，在較短的時(shí)間內(nèi)，以較小的試驗(yàn)樣本量，得出最精確的可靠性評(píng)估結(jié)果。該方法以整體式葉輪加工過(guò)程為試驗(yàn)周期，以狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)為監(jiān)測(cè)手段，快速暴露加工中心故障，并在可靠性評(píng)估過(guò)程中通過(guò)引入專(zhuān)家知識(shí)、同類(lèi)產(chǎn)品失效模式及產(chǎn)品研制階段故障特點(diǎn)等先驗(yàn)信息，降低對(duì)可靠性試驗(yàn)數(shù)據(jù)的要求，從而以較少的樣本量，快速地判定加工中心薄弱環(huán)節(jié)，提出改進(jìn)設(shè)計(jì)措施，以適應(yīng)加工中心技術(shù)發(fā)展和可靠性研究的需要。
       劉杰提出了基于冪律過(guò)程的多臺(tái)數(shù)控機(jī)床最小維修的可靠性評(píng)估方法，建立了基于冪律過(guò)程的故障數(shù)據(jù)函數(shù)式，為解決冪律過(guò)程多臺(tái)機(jī)床的同質(zhì)性問(wèn)題，提出CBT（Common Beta Test）與CLT（Common Lambda Test）的分步檢驗(yàn)方法進(jìn)行驗(yàn)證，用極大似然估計(jì)法和Fisher信息矩陣法給出了模型參數(shù)的點(diǎn)估計(jì)與區(qū)間估計(jì)方法，并給出了機(jī)床可靠性指標(biāo)的點(diǎn)估計(jì)和基于Delta法的區(qū)間估計(jì)。針對(duì)小子樣條件下最小維修的可靠性評(píng)估問(wèn)題，提出了基于Gibbs抽樣的冪律過(guò)程Bayes估計(jì)方法，采用Gelman-Rubin方法對(duì)Gibbs抽樣收斂性進(jìn)行判斷，并計(jì)算了抽樣過(guò)程的Monte Carlo-Error。通過(guò)對(duì)參數(shù)估計(jì)值的標(biāo)準(zhǔn)方差和區(qū)間長(zhǎng)度的比較，說(shuō)明Bayes方法優(yōu)于MLE方法。
       （3）可靠性數(shù)據(jù)分析與管理技術(shù)。可靠性數(shù)據(jù)的積累是我國(guó)五軸機(jī)床可靠性研究與國(guó)外研究的主要差距所在。國(guó)外大量的故障數(shù)據(jù)積累為其研究提供了極大的方便，得出的結(jié)論更加符合工程的實(shí)際應(yīng)用，而這一過(guò)程在國(guó)內(nèi)很難依靠人力物力在短期內(nèi)進(jìn)行彌補(bǔ)，因此，通過(guò)建立可靠性數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)床故障數(shù)據(jù)的積累、統(tǒng)計(jì)與管理是當(dāng)前企業(yè)開(kāi)展可靠性工作的重點(diǎn)。
       劉學(xué)軍針對(duì)數(shù)控機(jī)床可靠性智能網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)研究中系統(tǒng)更新和維護(hù)困難的現(xiàn)狀，引入了系統(tǒng)模型化工具Petri net，在分析智能網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)本身、可靠性數(shù)據(jù)庫(kù)和操作者三者之間的并行、離散行為的基礎(chǔ)上，建立了系統(tǒng)控制模型,并實(shí)現(xiàn)了程序代碼的自動(dòng)生成。同時(shí)，結(jié)合XML實(shí)現(xiàn)了可靠性異質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)之間的共享集成，試驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行的模擬試驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的可行性。羅巍開(kāi)發(fā)了數(shù)控機(jī)床可靠性評(píng)估與故障分析系統(tǒng)，該軟件運(yùn)用Access數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，以Visual Basic 6.0為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，利用ActiveX自動(dòng)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了VB對(duì)Matlab的調(diào)用。
       （4）精度保持性分析技術(shù)。與其他數(shù)控機(jī)床相比，五軸加工機(jī)床對(duì)于精度壽命的要求非常高，眾多專(zhuān)家學(xué)者也對(duì)此進(jìn)行了深入的研究。張亞對(duì)基于誤差敏感方向的五軸機(jī)床旋轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)誤差加工測(cè)試及辨識(shí)方法進(jìn)行了研究，針對(duì)現(xiàn)有的五軸機(jī)床旋轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)誤差辨識(shí)技術(shù)中存在的計(jì)算復(fù)雜、操作耗時(shí)、成本較高及通用性不強(qiáng)等問(wèn)題，結(jié)合機(jī)床用戶(hù)和制造廠家的實(shí)際需求，提出一種插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)和工作精度檢測(cè)相結(jié)合的研究方法，根據(jù)插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)模型設(shè)計(jì)切削實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而從試件的加工誤差中快速地辨識(shí)出旋轉(zhuǎn)軸的運(yùn)動(dòng)誤差源。賈丹丹利用Monte carlo抽樣法與Matlab軟件相結(jié)合，計(jì)算出了型號(hào)為VMC650的五軸加工中心的運(yùn)動(dòng)精度壽命，并將計(jì)算結(jié)果與仿真結(jié)果作進(jìn)行了比較，驗(yàn)證了仿真分析和試驗(yàn)結(jié)果的一致性。
       5. 存在的問(wèn)題及建議
       綜上所述，我國(guó)針對(duì)五軸機(jī)床可靠性的研究工作發(fā)展至今，已經(jīng)形成了卓有成效的研究模式，并且正在企業(yè)中發(fā)揮著積極作用。然而，相對(duì)于國(guó)外先進(jìn)水平，我們也要清醒地認(rèn)識(shí)到，我們的研究和應(yīng)用仍然存在以下不足：
       （1）可靠性數(shù)據(jù)積累不夠。可靠性主要是采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法開(kāi)展工作，為了得到可信的結(jié)果，往往需要大量的故障數(shù)據(jù)。國(guó)外可靠性工作之所以能夠卓有成效，關(guān)鍵在于企業(yè)長(zhǎng)期以來(lái)的故障數(shù)據(jù)收集與積累，指引研究工作向著更合理的方向發(fā)展。而我國(guó)企業(yè)長(zhǎng)期以來(lái)不關(guān)注可靠性數(shù)據(jù)的收集和積累，也缺乏相應(yīng)的方法，使得故障數(shù)據(jù)的積累比較零散，缺乏系統(tǒng)性、準(zhǔn)確性、全面性和有效性，對(duì)系統(tǒng)的開(kāi)展可靠性工作無(wú)法提供數(shù)據(jù)支持。為此，企業(yè)需要樹(shù)立積累可靠性數(shù)據(jù)的意識(shí)，建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)收集和管理制度，大力推廣可靠性數(shù)據(jù)庫(kù)。通過(guò)長(zhǎng)期的數(shù)據(jù)積累，依靠對(duì)大量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，有助于發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品可靠性的薄弱環(huán)節(jié)，大量的數(shù)據(jù)也有助于制定可靠性提升措施。
       （2）很少開(kāi)展早期故障消除工作。消除早期故障是快速、有效提升五軸機(jī)床可靠性的捷徑，能夠大幅提升產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)。然而，由于缺乏早期故障消除方法和理論的指導(dǎo)，大多數(shù)企業(yè)都沒(méi)有建立早期故障消除體系，使得機(jī)床制造企業(yè)本應(yīng)把許多可以在出廠前消除的早期故障帶給了用戶(hù)，嚴(yán)重影響了用戶(hù)對(duì)國(guó)產(chǎn)機(jī)床的信任。因此，機(jī)床制造企業(yè)應(yīng)該樹(shù)立“把早期故障消滅在制造企業(yè)”的意識(shí)，采取有效措施使到達(dá)用戶(hù)的產(chǎn)品直接進(jìn)入到偶然故障期。
       （3）缺乏可靠性設(shè)計(jì)意識(shí)和手段。傳統(tǒng)上，機(jī)床設(shè)計(jì)人員主要關(guān)心的是產(chǎn)品出廠時(shí)性能與精度，對(duì)于產(chǎn)品運(yùn)行過(guò)程中的可靠性關(guān)注嚴(yán)重不夠。設(shè)計(jì)理念的陳舊一方面是主觀上對(duì)可靠性的重視不夠，沒(méi)有意識(shí)到“可靠性首先是設(shè)計(jì)出來(lái)的”這一理念的真諦；另一方面是受制于可靠性設(shè)計(jì)手段的缺失，例如不知道采用何種方法開(kāi)展可靠性設(shè)計(jì)，也沒(méi)有分析軟件的支持。因此，為了提升產(chǎn)品的可靠性設(shè)計(jì)水平，必須使設(shè)計(jì)人員高度重視可靠性，意識(shí)到設(shè)計(jì)是提高可靠性的源頭。另外，企業(yè)還應(yīng)該為設(shè)計(jì)人員配置開(kāi)展可靠性設(shè)計(jì)必須的資源，例如教會(huì)設(shè)計(jì)人員常用的可靠性設(shè)計(jì)方法（故障樹(shù)分析FTA、故障模式及影響分析FMEA等），配置設(shè)計(jì)分析軟件，搭建試驗(yàn)平臺(tái)等。
       （4）對(duì)制造過(guò)程控制不夠。產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段主要確定產(chǎn)品的理論可靠性，但這個(gè)理論可靠性能否實(shí)現(xiàn)，是靠制造過(guò)程來(lái)保障的。同樣的設(shè)計(jì)、同樣的工藝，卻做不出同樣可靠的產(chǎn)品，這說(shuō)明國(guó)產(chǎn)機(jī)床的主要問(wèn)題還是在制造保障階段。產(chǎn)品的粗放加工和裝配是影響產(chǎn)品可靠性的主要環(huán)節(jié)，特別是零部件的加工一致性差和裝配過(guò)程的可靠性差，造成國(guó)產(chǎn)機(jī)床的可靠性差。為了解決這一問(wèn)題，必須高度重視制造過(guò)程的保障能力，對(duì)人機(jī)料法環(huán)測(cè)因素進(jìn)行嚴(yán)格控制，提高精細(xì)化制造水平，只有制造能力得到提高，才能得到高固有可靠性的產(chǎn)品。
       （5）缺乏可靠性試驗(yàn)手段。可靠性試驗(yàn)是發(fā)現(xiàn)故障、積累故障數(shù)據(jù)、提高設(shè)計(jì)制造水平、評(píng)價(jià)和提高產(chǎn)品可靠性的必要手段，但我國(guó)企業(yè)長(zhǎng)期不重視可靠性試驗(yàn)技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)，缺乏試驗(yàn)裝置，不知道做什么試驗(yàn)，不知道如何做試驗(yàn)，產(chǎn)品的可靠性差是必然的結(jié)果。為此，企業(yè)需要意識(shí)到可靠性試驗(yàn)對(duì)提高產(chǎn)品可靠性的重要作用，研究試驗(yàn)方法、建立試驗(yàn)體系、研發(fā)試驗(yàn)平臺(tái)、明確試驗(yàn)規(guī)范并建立分析手段，把試驗(yàn)工作做到家，才能真正提高產(chǎn)品可靠性。
       本文發(fā)表于《金屬加工（冷加工）》2015年18期
       作者：張根保 王揚(yáng)
       單位：重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院