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1 引言 机器设备是社会生产力的重要组成要素，也是企业技术装备水平的主要标志。企业生产效率能否提高，产品质量是否稳定，关键看机器设备的功能是否正常、性能是否稳定。国内机床企业的设备档次普遍较低，维护保养状况普遍较差，极大地影响了机床产品的质量和可靠性，而产品质量提高的关键在于工序质量的提高，因此必须重视影响工序质量的关键因素——机器因素的分析和控制，加强设备管理，保证设备处于良好技术状态，从而为企业生产优质产品提供物质上的必要条件。 国内外结合企业和设备自身发展特性，各自提出了不同的机器因素控制方法：美国以经典军事后勤学为基础，以设备周期费用最经济为目标，提出将设备看做一个系统进行全面管理的机器因素控制方法，同时兼顾设备的可靠性以及维修性设计问题;英国综合工程学把可靠性和维修性问题贯穿到设备设计制造和使用全过程，使机器因素控制工作立足于最根本的预防;日本中岛清一提出全员生产维修(total productive maintenance,TPM)的机器因素控制方法，以提高设备综合效率为目标，建立以设备一生为对象的生产维修系统，确保寿命周期内无公害、无污染、安全生产;李葆文提出了全面规划化维护(total normalized productive maintenance，TnPM)，以系统地防范维修系统为载体，以全体员工的行为规范为过程对设备进行维护、保养和维修，以提高设备综合效率。我国设备管理远远落后于国外，大多数企业设备管理水平仍停留在粗放型的管理模式，设备管理能力薄弱，各单位相关技术水平良莠不齐，使得企业在产品生产制造过程中对机器设备的管理非常不规范。 因此为了对可靠性工程中机器因素进行有效分析与控制，本文在对机器进行定义与分类的基础上，进一步分析了机器因素对产品可靠性和质量的影响，并结合企业生产实际情况，引入TPM设备管理模式，建立并健全机器因素控制体系,通过对关键设备全寿命周进行过程管理与控制，保障机器设备可靠性，从而保障和提高产品质量。 2 机器的定义与分类 机器是企业固定资产的主要组成部分，它是工业企业中可供长期使用，并在使用过程中基本保持原有实物形态的物质资料的总称。而在机床制造企业中，机器是指制造机床产品过程中所涉及的各类设备，包括加工设备(及其辅助设备)、工装、工具、刀具、卡具、试验设备、监测仪器、装配器具、清洁设备、各种辅具、环境(照明、清洁、温度、湿度等)设备、计算机硬件设备等。 机器的种类繁多，规格和型号各异，为了便于管理和维修，需要对企业的所有机器进行合理的分类。按机器使用性质分，可以将机器设备分为生产用设备、非生产用设备、待使用设备、冗余设备(多余设备);按机器在使用中所起作用的不同即重要性可将机器分为关键设备、主要设备和一般设备;按产品寿命周期阶段分可将各种机器分为分析计算设备、生产加工设备、辅助生产设备、装配机器和工具、试验设备、计量器具和环境设备，具体分类方法如图1所示。 3 机器因素对产品可靠性的影响分析 高质量的原材料、先进的生产技术及其设备、一流的检测手段是现代工业生产的三大支柱，设备作为影响工业生产的关键因素之一，其可靠性、精度、性能、稳定性和耐久性直接影响产品质量特性值的波动，从而影响产品质量。 对由多道工序组成的机械制造系统，产品质量提高的关键在于工序质量的提高，只有把质量特性值控制在规定的波动范围内，使工序处于受控状态，才能保证制造过程产品质量的形成。工序质量是人员、设备、材料、操作者、工艺和环境等六大因素综合影响的结果。对于机器设备保障产品质量的能力，则采用机器能力指数Cm来定量表示设备自身具有满足产品质量的能力，即 由公式可知，影响机器能力指数的变量有3个，即质量标准T，标准差S和偏移量ε，所以要提高产品质量，增加机器能力指数，减少废品，就必须调整质量特性值的分布中心与目标值的偏移量大小和减少分散程度。即首先进行设备调整，使分布中心重合于公差中心，以消除系统误差的影响，促使机器处于稳定状态，如通过首件检验提高设备、刀具、夹具等的定位误差和调整误差，采用更为精确的量规等;提高设备精度与可靠性，减少质量特性值的分散程度，如检修、更新或改造设备，提高工装夹具精度等。 下面按寿期周期分类具体分析机器因素对机床产品质量和可靠性的影响。 分析计算设备是机床在设计阶段所使用到的用于原理分析计算、性能仿真试验的设备，包括计算机硬件、分析计算仪器及软件。该设备对机床可靠性的影响主要表现为计算精度误差、软件缺陷或使用失效。在对机床的整机及关键部件进行设计分析时，可能由于部件复杂、建模困难或者软件缺陷，不能准确对其进行设计分析，导致在实际加工时出现加工困难、加工精度不够等情况，导致机床在使用过程中出现质量问题。 生产加工设备是实施加工制造的主体，主要包括车、钻、铣、磨、加工中心等。生产加工设备对于机床可靠性的影响主要体现在设备加工能力、设备参数、设备磨损老化、设备操作这四个方面，且对于不同机床其影响大小各不相同。 设备加工能力对于机床产品可靠性的影响表现为加工材料、厚度、加工尺寸、加工速度及设备承载能力等方面，不同加工设备可产生的工艺方法及各方法所达到的精度和粗糙度不同，直接影响机床零部件的制造精度与质量;设备参数限制加工零件尺寸参数及精度参数，如设备的轴向尺寸会限制加工产品尺寸和产品加工速度，并最终影响产品的质量。而设备磨损老化是在正常使用中不可避免的现象，设备长时间使用后，因环境温度、内部积尘、系统文件的损坏等原因，可能使控制出现错误，从而造成不良产品的出现。设备操作则体现为操作人员的操作水平，设备操作不良会直接造成产品质量不合格或产品报废，严重时甚至可能发生伤亡事故。 辅助生产设备是指制造过程中所用的各种工具的总称，包括刀具、夹具、模具、辅具、工位器具等。辅助生产设备主要影响产品精度、尺寸、加工质量等方面，如刀具的磨损导致加工表面粗糙度的下降，夹具影响工件加工表面的位置精度，模具磨损会导致尺寸的变化，工位器具不能精准定位会导致产品的尺寸和精度均出现大的变化。 由夹具、刀具、工件和机床组成的机械加工工艺系统在不同工作条件下产生的误差会扩大或缩小反映为工件的加工误差，进而影响产品可靠性。在加工过程中由于切削力、惯性力、夹紧力及重力的影响，加工系统产生变形破坏刀具与工件之间的准确位置，造成加工产品质量的降低。 装配机器和工具是为了保证产品装配效果和质量而使用的各种机器和工具，包括扳手(力矩扳手)、套筒、十字改锥、刮刀、装配机器人等。装配过程是实现由零件到产品的重要步骤，对产品可靠性起到关键作用;而装配机器和工具在产品装配过程中必不可少，其配置合理性，精度保证性直接影响产品装配质量。如在装配过程中常使用的机器人，是一个由机械、电子、电机、液压、气压等元部件与一系列控制、执行软件组成的复杂系统，在系统中的任何部位出现故障都可能导致在装配过程中的机器人无法完成规定的任务，影响产品的装配过程，造成产品装配错误或装配缺陷，影响产品的正常使用。 试验设备是指在产品设计、制造过程中为了解产品性能和设计制造效果而进行试验所涉及的各种机器设备，如可靠性试验台、振动试验台、精密传动试验台等。试验设备本身的参数、精度与技术性能准确性直接影响被试验产品的精度与可靠性。试验设备在使用过程中常常出现功能不全或配置不合理的现象，使得试验反复，没有发挥设备应有的效能，同时某些试验设备标称值不准，温度偏差、均匀度、升降温速率等指标在多次调试后仍达不到要求，使得产品试验结果不准确，无法验证产品设计、制造结果，使产品质量无法得到保证。 计量器具是指能用以直接或简介检测出被测对象量值的装置、仪器、仪表、量具和用于统一量值的标准物质。在日常使用过程中，计量器具由于老化、磨损以及使用环境、温度、湿度等原因的影响，显示出的数据出现不同程度的偏差，影响检测结果的准确性与有效性，进而影响产品质量，因此，计量器具需要定期进行检定。同时计量器具由于运输不当，不采取防震措施，也会造成计量失准。例如具有机械传动机构的计量器具，在输运和安装过程受到冲击与强烈震动，使轴承与轴的配合、齿轮之间啮合的松紧发生变化[11]，使得在测量过程中该器具已无法进行准确测量，从而降低被测产品的检测精度，无法保证产品质量的实现。 环境设备是机床设计、制造、试验过程中所需要的外部环境设备，主要包括清洁、照明、温度和湿度控制等设备。清洁设备(如除尘器)质量低会加速机床零部件运动表面的磨损，导致零部件性能下降，甚至使运动部件卡死。照明设备的优良直接影响操作人员的心理和生理健康，即影响人员可靠性，最终影响产品可靠性。而温度和湿度控制设备则在机床运行过程，确保各部件运动产生的热量能及时排除，并控制油液温度。当油温升高时，会加速机床部件磨损以及运转速度不稳定，产生爬行，最终影响机床的稳定性与加工精度，造成加工产品可靠性的降低。 |
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