可靠性技術在農業機械中的應用

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摘要:隨著我國農業機械化水平的不斷提升，人們越來越多地關注農業機械質量和可靠性問題。據統計，我國收割機無故障工作時間為20～30h，遠低于發達國家的80h，產品可靠性較差。介紹了可靠性技術，重點分析了可靠性技術在農業機械領域中的工作內容，并給出了相關建議。

關鍵詞:農業機械，可靠性，產品質量

1可靠性簡介

1.1可靠性工作概念

可靠性是指某一產品在規定的條件下工作時，在規定的時間內持續輸出規定功能的能力。由這一概念可知可靠性具有以下特征:①關注故障;②重點關注的是故障發生的可能性，并用定量的形式進行表達;③分析當某一故障發生時會對產品或系統功能的影響程度。平均故障間隔時間(MTBF)是描述可靠性的定量、衡量參數，這是概率參數?？煽啃钥梢源碇a品故障的頻繁程度和危害程度，是產品的一種固有屬性?？煽啃允窃O計出來的，所以可靠性主要由設計者來決定，可靠性設計和分析的主要任務是要想辦法降低發生故障的概率和降低故障所造成的影響。

1.2可靠性與農機裝備產品關聯

為了能夠對農機裝備產品的可靠性做出具體和定量的判斷，可將農機裝備產品可靠性定義為在規定的條件下和規定的時間內，農機裝備產品或者系統穩定的完成功能的程度或能力。對農機裝備產品而言，可靠性越高就越好。可靠性高的農機裝備產品，可以長時間正常工作。從專業術語上來說，就是農機裝備產品的可靠性越高，農機裝備產品可以無故障工作的時間就越長。從狹義上講，“可靠性”是農機裝備產品在使用期間沒有發生故障的時間。從廣義上講，“可靠性”是指農業工作者對農機裝備產品的滿意程度或對農業裝備生產加工企業的信賴程度［1］。

1.3開展可靠性工作的意義

開展可靠性工作，提高農機裝備產品可靠性水平，有以下4方面好處。(1)可以預防或避免或減少農機裝備故障的發生，特別是農機裝備同人、畜接觸較多，可以避免對人畜的傷害，促進安全生產。(2)可以增加使用時間并減少停機時間，提高農機設備的可用率。據統計，我國的農機裝備如聯合收割機、農用耕作設備等產品的平均故障間隔時間(MTBF)平均水平只有國際先進的農機裝備企業同類產品的13，而我國生產的農機裝備能達到國際領先水平的產品不到5%，大部分農機用戶要經常遇到農機裝備故障，忍受長時間的維修等待時間，遠遠不能滿足廣大農機用戶的需求［2］。(3)減少損失，降低農機裝備使用費用?？煽啃缘奶嵘?，可以幫助農機用戶一方面降低維修成本，一方面增加使用時間提升效率創造更多的價值，有利于農民收入的增加。(4)對于我國農機生產制造企業來說，可以增加公司的信譽，提升公司的競爭力，特別是我國“一帶一路”政策的實施，很多企業面臨走出去的機遇，更需要提升農機裝備產品的可靠性。

2農業機械可靠性工作內容

2.1可靠性設計

農機裝備產品研制過程一般可分為技術指標論證、方案論證、工程研制(初步設計和詳細設計兩個階段)、設計定型和生產定型5個階段。在農機裝備產品研制開發的全過程中，應該合理地規劃和使用各種可靠性設計技術和方法，通過各種可靠性設計分析技術方法交叉配合使用，才能真正設計開發出具有高可靠性水平的農機裝備產品。同時，應在開發過程中有效地組織并開展可靠性設計工作，必須對上述5個階段中可靠性設計工作流程有清晰的認識和規劃，最終才能高效、全面地提高農機裝備或農業機械產品的可靠性水平［3］。

2.2可靠性建模及預計

農機裝備或農業機械產品的可靠性模型指產品各子系統、組件之間框圖(簡稱為可靠性框圖)及其數學表達式，即系統成功概率與其組成單元成功概率之間的關系式。建立農機裝備產品的可靠性模型是為了對農機裝備產品進行可靠性分析，特別是為了進行可靠性預計和分配。可靠性預計一般是先預計農機裝備產品的元器件或零部件的失效率，接著預計農機裝備產品單元(單元內所有元器件、零部件可視為可靠性串聯)的故障率，然后按農機裝備產品的可靠性模型計算產品的可靠性預計值。如果沒有確切的農機裝備產品可靠性模型，就無法合理的預計其可靠性，尤其不能預計其任務可靠性。可靠性分配是將農機裝備產品可靠性目標值按農機裝備產品可靠性模型分配到各產品單元，以此作為農機裝備產品可靠性設計的依據。如果沒有農機裝備產品可靠性模型，就無法進行科學的分配。可靠性預計是執行農機裝備產品可靠性工作的基礎?？煽啃栽O計農機裝備開發人員在方案研究和工程研制階段，將農機裝備產品的系統和子系統的基本可靠性和任務可靠性進行預計并設計，在整個過程中從預計到改進不斷循環，以使農機裝備產品達到規定的可靠性要求。如果缺乏為實現可靠性指標必須采取的可靠性技術措施。

2.3故障模式影響分析(FMEA)

一般來說，系統總是由多個部分組成的，如農機裝備產品可能包括電源、存儲器、處理器、執行機構和輔助設備等部分。在工作中，每一組成部分都在規定時間和條件下，以規定的狀態完成不同的特定功能。當其中一個部分發生故障時，整個系統的工作將會受到影響。根據系統的設計特征和工作要求，不同組成部分的各種故障模式造成的影響也不相同。如聯合收割機中的螺旋葉片無法正常工作，或與切割底板的間隙過大，導致推運器發生故障或引起割臺螺旋推運器打滑，進而導致整個聯合收割機無法正常工作。因此，對所有組成部分一個一個的分析和推演其故障模式及可能造成的影響，就可以得到農業機械產品的薄弱環節和關鍵系統，為下一步實施改進或選擇預防控制措施打下堅實的基礎。

2.4故障樹分析(FTA)

故障樹分析是一種將農機裝備或農業機械產品系統故障形成的原因從上而下、從簡入繁，按農機裝備產品的層級和組成部分，描述成如同大樹的樹干形狀的分析方法，是對復雜動態系統的設計、試驗或使用中出現的故障進行分析的常用方法。故障樹分析是一種從上而下、從簡入繁和逐層演繹的系統的故障分析方法，這個方法對分析復雜系統特別適合，能夠考慮包括人的影響與環境影響對系統失效作用的多重因素，并可以用圖形的方法有層次地逐級描述農機裝備產品在失效的進程中，各種中間事件的相互關系，從而直觀地描述系統會通過什么方式能引發失效。

2.5最壞情況分析(WCA)

最壞情況電路分析應用在有控制系統的農業機械產品中，一般控制系統中包含大量的電路等精密元器件。WCA是指在采用模擬仿真或分析的方法，把電路所能經歷到的各種極端情況或各種情況組合，如生產工作的環境變化、出現輸入的失真或漂移，進行電路性能分析和元器件應力分析。通過最壞情況電路性能分析和最壞情況元器件應力分析，可識別影響電路性能及元器件應力的主要因素，找到設計與可靠性脆弱環節。通過對預測電路是否會發生漂移故障，明確改進的方向，以提高電路的固有可靠性。WCA主要包括以下2個方面。(1)評價電路的性能及其漂移:采用恰當的分析方法，評估在最壞情況條件下電路的性能及其漂移。(2)元器件評價:分析在最壞情況下電路中元器件是否存在過應力的問題，為下一步科學選用元器件、降額使用與設計提供依據。以提高效費比，WCA應與性能設計同步進行。其最佳使用時機應在完成電路初步設計及FMEA后進行，WCA需要得到設計、原材料和元器件等方面的詳細信息。在產品設計和開發過程中，電路設計上有任何的改動都應重新進行WCA。WCA的工作量大，需要軟件、硬件、元器件模型庫及有關數據的支持。工程研制應在任務書或合同做明確的規定，提出明確的WCA要求。WCA可從不同的產品層次分別進行。如電路系統、單元電路或功能電路等。如果電路性能參數相互獨立，WCA可對電路不同的性能參數分別進行。

2.6潛在電路分析(SCA)

如果大型的農機裝備產品的電子或電氣系統是復雜且規模較大的特征，參加設計的科研單位較多，設計隊伍的設計水平也可能參差不齊，另外設計過程本身也常發生需求和設計更改，因而在科研過程中不可避免地會在無意中留下潛在電路，這就要求各級設計人員、總體負責人員對潛在電路的特點和危害有深刻的認識，一方面通過系統掌握潛在電路分析方法，可以在完成電路設計后，自行進行潛在電路分析，及時發現潛在電路并予以排除，另一方面通過掌握常見的、避免潛在電路的設計準則，在設計中盡量規避引入潛在電路。

2.7可靠性試驗

農機裝備產品可采用的可靠性試驗有很多，如可靠性強化試驗?？煽啃詮娀囼炇侵冈诋a品的研制階段，采用比技術規范極限更加嚴酷的試驗應力，加速促使產品的潛在缺陷發生，并不斷地改進和驗證，提高產品的固有可靠性［4］。根據農機裝備使用地區的不同，還可以采用不同的試驗，如沿海地區由于土壤濕度大、鹽堿成分高，可進行鹽霧試驗［5］。

3相關建議

首先應該加強農業機械從業人員對可靠性工作的認識，提高大家對農機裝備質量的關注。其次應該培養專業化的人才隊伍，既要懂農業裝備的設計和制造，又要懂可靠性的理論和知識，能夠熟練運用可靠性方法。最后要加強頂層設計，如相關標準、體系和參數庫的建立，為工作提供可靠的參考和支撐。

參考文獻

［1］曹玉寶．農機產品的可靠性設計［J］．農機化研究，2009，31(7):150-152．

［2］郝紅周，鄧洪發．農機產品可靠性設計的重要性［J］．科技傳播，2011，3(19):67．

［3］李東來．農機產品可靠性設計的研究［J］．南方農機，2016(11):41．

作者：高敏 單位：中國農業機械化科學研究院