加工中心故障模式库与数据库建立
5.1.1加工中心故障数据的调研和收集
加工中心故障的收集是FMECA分析工作的基础[31]，故障模式收集基于加工中心的 实际运行情况，经过项目组和企业密切联系，一共调研收集整理了 1600多条故障模式。 从中摘录的部分数据见附录一。其中故障模式的收集途径主要有两个方面：
(1)企业提供的产品实际运行故障的维修情况。沈阳机床集闭作为VMC650加丁屮 心的生产、研发企业，为加工中心的使用客户提供产品的全面维护。除少数n常维护、 用户可以自修的故障外，当加工中心出现典型问题时，均会请求企业提供相应的维护与 技术支持。沈阳机床集团通过产品实际运行的反馈情况，向项目组提供了加工中心的各 种故障。经过整理、提取，得到了宝贵的数据。1600多故障模式数据中，多来自企业提 供的宝贵资料。
(2)进入企业，实际调研所得到的故障模式。实地观察了 VMC650加工中心的构成， 功能、精度范围等实际运行状况。图5.1为VMC系列加工中心。实地考察，电主轴的 三个方向平移运动和工作台的转动、摆动两个方向的运动，实现了加工产品的五轴复合 运动。加工中心如图5.1所示，其技术参数见附录二。
作者进入沈阳机床集团，实地向相关技术人员、操作人员咨询了加工中心的运行状况，常见问题等。通过参观学习，与企业密切合作，项目组受益匪浅，仔细观察了加工 中心产品的整个制造生产过程。加工中心的故障失效，主要是强度失效及精度的失效， 国产机床主要问题也在于精度加工超差失效的尴尬，因此我们熟悉了各个加工中心部件 的加工工艺，特别是影响加工中心精度的关键部件的生产制造过程，给予了特别关注。
除了针对VMC650加工中心的故障数据，我们还采集了相关领域其它加工中心的故 障数据情况。例如MKZJ04-50自动数控针尖磨床，如图5.2所示。
学习参观过程中，工作人员给予了热情的帮助讲解，为故障数据的整理，故障模式 的分析归纳提供了宝贵意见。
5.1.2加工中心故障数据库的建立
本文将采集到的数据进行分类，整理，填充到了设计的数据库中。
(l)FMEA数据库。
FMEA数据库中的故障记录属性为传统FMEA分析表格的故障属性。传统的FMEA 表格如表5.1所示。在表5.1中，FMEA表格各个属性的解释如下[3W5]:
栏（序号）：分析级中可能包含若干下属产品，该栏要求按顺序填写下属产品的 编号。

第二栏（代码或识别号）：该栏要求填写的代码就是分析级下属产品在系统可靠性框 图中所对应的代码。
第三栏（名称）：记录被分析产品或功能的名称。
第四栏（功能）：要填写产品所需实现的功能，有的是单功能，有的是多功能，要注 意区分。
第五栏（任务阶段与工作模式）：说明发生故障的任务阶段与该阶段内产品的工作方 式。
第六栏（故障模式)：写分析级下属产品可能发生的故障表现形式，应力求全面、准 确，避免遗漏。尤其是潜在的故障模式更需注意。
第七栏（故障原因）：填写导致故障模式发生的内因及外因。内因包括设计缺陷、工 艺损伤、老化、劣化等，外因包括应力冲击、使用不当、相关产品故障、维修不当等。 每一个失效模式的原因一般都不止一种，在分析时，需要把相关的原因一一列出。
第八栏（故障影响）：故障影响是指每个潜在的故障模式对产品使用、功能或状态所 导致的后果。应评价这些后果并将其记入分析表中。除被分析的产品层次外，所分析的 故障还可能影响到几个约定层次。因此，应评价每一故障模式对局部的高一层次的和最 终的影响。
第九栏（故障检测方法)：工作人员或维修人员用以检测故障模式发生的方法应记入 分析表中。故障检测方法包括目测、音响报警、自动传感记录等方法，应根据具体情况在该栏中填写。若无任何检测方法，也应注明。
第十栏（补偿措施)：补偿措施是指能够消除或减轻故障后果的措施，包括设计方面 的措施和操作方面的应急措施。
设计方面的补偿措施包括：具有冗佘设备；具有安全或保险装置；具有可替换工作 方式。
操作方面的应急补偿措施包括：因操作失误可自动关机；因操作失误可自动记录； 对设备、人员可应急保护。
第十一栏（严重性级别）：据故障影响确定每一故障模式及产品的严重性级别，即I 类（灾难性的）；II类（致命的）；III类（临界的）；IV类（轻度的）。
严重性级别是给产品故障造成的最坏潜在后果规定一个量度。可以将每一故障模式 和每一被分析的产品按下列对损失程度的表述进行分类[36]:
I(灾难性的）——这是一种会引起人员死亡或系统（如飞机、坦克、及船舶等） 毁坏的故障；
II(致命的)——这种故障会引起人员的严重伤害、重大经济损失或导致任务失败的 系统严重损坏；
III(临界的）——这种故障会引起人员的轻度伤害、一定的经济损失或导致任务延 误或降级的系统轻度损坏；
IV(轻度的）——这是一种不足以导致人员伤害、经济损失或系统损坏的故障，但 它会导致非计划性维护或维修。
第十二栏（备注h填写需要补充说明的有关内容，如对设计改进、工艺改进的建议， 维修注意事项等。
(2)CA定量分析数据库。
CA分析是FMEA分析后的深一层次的分析。CA定量分析数据库遵照国家标准的 CA定量分析表格，其包含的属性如表5.2所示。表中各栏的内容分别为：
栏第八栏同表5.1中相应的内容。
第九栏（故障概率或故障率数据源)：列出计算危害度时，引用故障概率或故障率数 据的来源。
第十栏（故障率；）：在研制初期可填写故障率预计值。
在软件内部VMC650加工中心FMEA存储显示情况，VMC650加工中心主轴故障、 VMC650加工中心滚珠丝杠FMEA故障存储显示情况，如图5.4、5.5所示。
第十一栏（故障模式频数比?（j=l,2,…))：?表示故障模式j发生的故障数占各 种故障模式发生的故障数总和的百分比。
第十二栏（故障影响概率2,…))：&表示产品在故障模式j发生的条件下， 可能导致任务丧失规定功能的条件概率。A是分析人员根据经验判断得到的。
第十三栏（工作时间t): t表示每次任务时间中，产品的工作时间（或工作循环次 数)。
第十四栏（故障模式危害度C^. 〇=1,2,…))：（、.是产品的危害度的一部分。
第十五栏（产品的危害度）：产品的危害度是该产品在任务时间中及相应的严酷度类 别下各故障模式危害度的总和。
第十六栏（备注)：填写补充说明、产品改进措施等。

针对VMC650加工中心搭建的软件平台共收录了 1600多条FMECA故障数据，软 件内部涉及的子系统如图2.3所示。其中，各个子系统下又有部件的分层，例如工作台 子系统又包括工作台摆动系统、工作台转动系统，换刀系统又包括刀库、刀架，辅助系 统包括润滑、测量等下级子系统。