中文翻译-液压系统可靠性工程的发展与前景

液压系统可靠性工程的发展与前景赵静，陈卓茹，王益群，马宝海，尧称宇1 哈尔滨工业大学（哈工大），150001，哈尔滨，中国公关2 流体传动与控制学会，燕山大学（YSU） ，066004，秦皇岛，中国公关3 北京航空航天大学（北航） ，10083，北京，中国公关摘要在这篇文章中，我们总结了液压系统可靠性工程的发展和应用现状。呈现并调查了最近的研究成果，如可靠性计算，可靠性试验，可靠性分析，可靠性设计和软件可靠性等。根据他们的具体特点，我们描述了液压元件和液压系统的前景与可行性方向研究。关键词：液压系统，液压元件，可靠性工程，发展与展望0 引言液压系统是许多重大机械设备和系统中重要的和核心的部分，并且在航天，军事，冶金等广泛使用。但是它的缺点可以带来巨大的损失。由于历史和其他一些原因，液压可靠性元件和液压系统在我国普遍的比较的差。因此，应对由前机械工业部提出了“ 三大战役 ”和“机械工业发展” 项目，进行液压可靠性研究和液压系统的研究是非常紧迫的。可靠性是反映该系统能够成功运作足够长的时间来完成其指派的任务的性能特点。它反映了一个系统或者产品的综合耐久性，无故障的特点，可维护性，可用性，节约利用和其它的准则。液压可靠性工程参考了可靠性理论，结合了液压技术的特点，基于可行性理论，数学统计，流体动力学和控制论，并且结合了工程力学，摩擦学，机械工程和系统工程相关系统，来研究液压元件和液压系统的可靠性设计。可靠性系统的设计过程本质上来说是迭代的方法。传统设计可靠性系统方法遵循以下的步骤：确定，初步设计，分析，评估，重新设计，直到设计出可行性的方案。设计要求通常会考虑可靠性，费用，重量，功耗，物理尺寸和其它系统属性。在今天的系统设计中，因失败率，费用，功耗因素的不同，每个设计元件会从一组后选元件中选择。为了满足可靠性要求，我们经常使用冗余技术。基于错误检测和诊断的公差错误设计是保证系统高可靠性和安全性的最后一道防线。国内的可靠性研究主要使用美国，英国和其它发达国家的研究系统作为参考。它始于60 年代，主要用在航空，航天，核能，信息技术。在 80 年代中期，可靠性研究重视机电整合领域的研究，并且在前机械工业部的机械研究所成立了首个可靠性研究中心。现在，这样机构在许多地方都建立起来了，并且都有自己预定的活动，这说明可靠性研究工作在我国已进入了正确的方向。液压系统的可靠性研究始于 70 年代的国外。在 1981 年，USSR发表了液压元件的可靠性文章，国内关于液压系统可靠性研究开始的相对有一点晚。主要有哈工大的液压部件的使用寿命研究，北京航天航空大学和其它航天航空工业关于液压元件与液压系统的计算可靠性和综合可靠性分析的研究。还有北京交通大学关于可靠性阀和液压系统的一些理论和实验研究。1 液压的可靠性研究的现状与发展液压系统本身是一种严格的以油为工作介质的机电一体化系统。总的来说，它属于机械可靠性领域的可靠性研究。由于机械可靠性研究出现时间不常和机械系统经常很复杂，有许多失败的模式，大功率，常常有单件或小批量产品，因此，要获得可靠的方针，通过概率根据统计可靠性试验需要采取集体材料和财政资源，甚至有些测试是不可能的。此外，液压系统本身具有一定的特性，如零部件的可靠性差，很少可靠性数据标准化，结构复杂，这些给研究液压系统可靠性带来一些困难。目前，工程液压系统工程朝着高压力方向发展，高流速集成，机电一体化和大流量，效率高，寿命长的寿命。随着微电子技术的发展，更广泛使用电伺服技术和数字液压系统，液压系统正变得越来越复杂的，这带来了许多新技术问题，因此没有过错的要求对系统的可靠性和准确率越来越高。因此，液压系统可靠性研究将迅速地发展。1.1 液压元件的可靠性研究与设计对于任何液压系统，元件可靠性是系统可靠性的基础。 许多元件是刚性的，珍贵的，结构复杂，许多产品都是单件或者小批量生产和设计的，所以液压元件的可靠性研究是非常重要的，虽然非常难。现在关于液压元件的可靠性研究主要有如下几个方面：1.1.1 可靠性分析与使用故障树分析（FTA）和失效模式影响及危害性分析 （FMECA）设计液压组件FTA 是一个计算一个系统的可靠性的有效方法。它提供了一个数学和图形表示该事件的组合，它有可能导致系统故障。一直以来被用于关键系统的定性和定量分析的故障模式。双喷嘴挡板式力反馈电液伺服阀在电液随动系统组成是一个重要的元件，其可靠性设计与分析，可靠性模型和可靠性预测结果做参考。其系列的可靠性块和可靠性模型首先被建立，然后简化设计和冗余设计等工作。和测试都是最后通过，可靠性设计验证可以接受的和合理的满足通过试验设计要求。同时，理论分析及试验研究电液伺服阀电动和液压阀中的磁铁完成后，得出了许多有益的数据。1.1.2 液压元件分析和基于新理论的设计设计新风格的元件，基础上可靠的设计理论如简化复杂液压元件结构，冗余设计，环境设计和人机工程等来替代旧的。提出新的设计理论改善旧的设计。例如，使用新的油膜润滑理论设计合理的油膜以改善对液压泵摩擦性能，很大程度上提高泵的可靠性液压，使用压力强度理论，以补充平均应力安全系数等传统的方法。1.1.3 液压元件的可靠性试验 液压元件寿命测试是液压系统可靠性研究长寿的基础此后如何寻找可用的，经济和迅速的测试方法是一种重要的任务。经过大量的研究，对液压泵试验，我们有大约构成一个对液压元件可靠性的正常测试方法完整的设置，整体上来说，这是从测试方法到测试数据处理方法成熟的测试对于如何在相对短的时间从可靠性加速试验获取信息。因为这液压元件因素比较复杂，不能靠增加一个压力完全发现液压元件的液压故障机制，而且确认加速模式和加速因子是非常困难的，理论结果不是同是一样的，现在做法是不太成熟。（参考文献6,7）分别提出两个有用的方法，分别采取从理论到实践的探索。1.2 液压系统可靠性研究 其他系统一样，在液压系统的可靠性研究的过程中整个液压系统主要是作为对象，包括可靠性预测和可靠性分配，可靠性分析，可靠性设计，可靠性试验，可靠性增长和可靠性管理等，目前主要研究方向如下：1.2.1 液压系统的可靠性预测 系统可靠性的计算是评估系统是否优于或劣和是否不符合要求的任务一个重要参数，或者是判断或评价系统之间一重要手段，也是一个可靠的系统研究的重要组成部分。主要有三种方法：（一）为使珍贵的模型或半模型系统，用“金字塔从组件模型来计算其可靠性系统。这种方法可以充分利用实验各级信息很容易把握，但复杂的计算方法，计算量大，累积误差相当大和可靠性低，尤其是复杂的系统是其主要缺点。（二）模拟方法， 即蒙特卡罗方法。这是使数据的可靠性通过随机抽样。总的蒙特卡洛的危险估计已成功地应用于估计不可靠的多组分体系。不过，有某些情况下它的效率比粗略估计低。一个简单的修改，可以提高危险评估的表现（三）绑定的方法。它主要用于大复杂系统的可靠性预测。它尚未成熟的大系统和复杂的小型子样本系统由于其相对艰苦的数学处理合成的可靠性。传统的可靠性预测依据不同部件故障率和估计成分指数模型的可靠性。此方法可以误导到“修复是新” ，这会导致相当大的误差机械和液压系统可靠性预测。因此，主要研究方向之一现在是开发新的可靠性预测模型。 1.2.2 液压系统的可靠性分析 信息的可靠性，故障模式和传输关系是在液压系统故障等，这样得出的可靠性分析，可以帮助了解液压系统内部结构，为进一步设计管理和故障诊断液压系统提供大量的便利条件。在目前，有两种常见的方法，FTA 和 9这两种方法，其特点是尝试建立生动的法规作为简洁的方向，然后去通过故障分析和故障推理。他们是通过在目前文献分析液压系统但他们的缺点如下：（一）成立故障树是相当复杂和琐碎。此外，还容易出错，尤其是对大而复杂系统的控制回路。现在，在一些文献中进行了一些研究，并将提出了一些有价值的方法来处理与对照系统的故障树，如向图的方法。此外，计算机辅助故障树的建立，进一步探索了一些文献，但也没有成熟和完善方法;（二）故障树分析许多复杂的处理和时间成本导致一些网上申请困难。网上故障树分析需要迅速找到相应的，根据其来区分故障组件。有不少文献提高在线几种方法对自由贸易协定和自动分析。同时，他们都适固定的系统。但是，该方法适合于所有系统种，特别是液压系统，在文献中并没有出现;（三）模糊性液压系统是累赘，以珍贵的数学处理。因为那特征和液压系统故障原因的都是模糊，例如，同样的故障引起的原因不同，不同的复杂原因造成的故障，更是有不同故障特征，而一些故障相同，所以精确性和数字化处理方法是非常困难和不准确的。因此，推理过程中数字化模型推理的基础上FMECA 在故障树分析是相当困难。现在，引入模糊数学可靠性研究的人不少，介绍了模糊处理和推理的液压，模糊识别和模糊综合评判，还介绍了液压系统的故障。在所有条件是标准化和模糊定义为等价矩阵和相似矩阵数据，然后根据每个切矩阵判断最有可能发生的子集。模糊数学，大大提高在 FMECA 和故障树分析应用范围和精度 1.2.3 液压系统的可靠性设计 可靠性设计工程中可靠性是最重要的一步以及“可靠性来自于设计” 是 现在认识的。统设计的可靠性是上层限制系统的可靠性。因此，在设计过程中提高系统可靠性是非常重要的。液压系统的设计有很多机械系统可靠性设计方法，它主要是通过冗余设计和降额设计，以提高全机器的可靠性，以及新的液压电路实现和新的代替旧的方法提高系统的可靠性。前者主要用于更重要的制度，以确保系统的使命可靠性，它可广泛地用于航天，是提高液压系统可靠性非常有效的。实现的代价昂贵，并使系统控制模型变得复杂是它的不足之处，并且他提高系统的可靠性是有一定的限度。此外，还有一些剩余数量选择的研究，在检测文献中建立了模型和信号确认，例如在北京航空航天大学计算机辅助设计的飞机综合控制系统等，此外，液压系统有些控制种类或油路实现并非如此好或已经老化，这大大的影响了系统的可靠性，而采用新的实现类型来改进或替代传统液压传动或控制电路是一种常见的和经济适用的方法，例如采用逻辑插装阀更新水压机传动与控制电路1.2.4 液压可靠性管理系统 液压系统要求操作者具有一定的专业知识，能操作和维护合理的液压系统。液压系统鲜明的特点是，其工作介质为石油并且有有许多小的孔口和空隙流，一旦油被污染，这将加速组件的磨损，导致组件的干扰，甚至失败。因此，液压油污染是一个主要因素液压系统的故障。麻省理工学院博士发现 70的液压系统故障是由液压油的污染造成的。污染主要是由系统的外部和内部污染造成的氧化和自身恶化的石油。这是一个提高液压系统可靠性控制石油污染非常重要的一步。有一些文献中关于如何在其设计和操作中控制液压系统油污染。有些其它关于石油污染和筛分设备监测研究的文章。对液压系统可靠性研究其它方面，如可靠性增长，可靠性分配，可靠性仿真等，这些都是在其他系统大体一样，所以我们不详细地重复计算它。 2 液压系统可靠性的研究展望随着计算机技术和每一个学科的模糊理论的交融，液压可靠性研究系统将发展更迅速，更大规模，热点和液压系统的可靠性研究方向可以如下几方面安全地预测：2.1 FMECA 与 FTA 相结合的可靠性分析液压系统 FTA 与 FMECA 是分析系统的失败的因果关系两种类型的典型使用方法。而在分析复杂的系统，它们因巨大的工作量而有限的。另一方面， FMECA 和 FTA 都有缺点。例如，FMECA 在描述系统可靠性和安全性不是很恰当，并且大量分析不是强大，同时 FTA 不能像 FMECA 那样能够全面的展示系统的可靠性信息。因此，如何减少 FTA 和 FMECA 工作量和利用自己的优势是主要待以解决的问题。此外，如何运用 FMECA 和 FTA 分析硬件软件合成系统可靠性是另外一个值得研究的问题，在北京航空航天大学研究的计算机辅助组合的FTA 和 FMECA 技术是最近液压系统可靠性研究的一个新方向。 对庞大的机械产品在文献13 有相同研究，这将用于液压系统和液压元件做参考。2.2 计算机辅助综合可靠性分析 FT 人工运行是一个单调乏味，耗时且容易出错的任务。要创建一个 FT，制度必须以适当的代表为蓝本，因为没有 FT 生成方法比在该模型中包含可以提取更多的信息。一个专家将用启发式方法在本地使用的分析依据较低水平来分析较高的事件。因此，自动化的做法是有希望的并且在文献14中研究。执行 FMECA 主要的电脑辅助推理办法是数值模拟，专家系统（ES）和因果推理。知识数据库的基础上的方法在文献15被提出。结合可靠性研究和系统故障检测和诊断，并利用计算机的快速计算，专家系统设置故障检测和故障分析，以提高错误检测效率。当今，电子产品的电脑辅助综合可靠性分析有很大进展，而液压系统的故障树和计算机辅助分析的电脑辅助建立树的计算方法正成为热点。如何为故障树来深化推理，并且关键的是整齐管理数据和寻求最小割集和最小路径设置。 2.3 建立系统的可靠性工程 结合可靠性技术，可维护性，保障性，团结管理，工程和技术作为一个整体，并考虑综合系统可靠性，性能，成本和一些其他因素帐户。从最基本，最经济的设计，固有的检验的有效的技术等，框架了评论和检查，降额设计，FMECA 在 FTA，安全分析，生命长寿和预备役可靠性，维修性设计与分析，可靠性，寿命试验，分析和修补，信息系统和故障报告，分析和纠正措施系统等。除了采取一些积极等国际先进技术，如强大的设计，关键的项目失败机制和失效分析，RM 的测试技术，综合保障工程，可维护性专家系统等。使用美国并行工程，欧洲的可靠性技术日本的全面质量管理的参考，注意可靠性工程的实用性，使可靠性技术更实用。否则，加强生产，教育和研究之间关系，建立可靠的数据网，因此，成立和完善出现于 20 世纪 90 年代初在中国的系统可靠性工程。使其和国内情况相符合。2.4 模糊可靠性理论 古典可靠性理论依据两个基本假设：假设概率和二进制状态假说。由北京航空航天大学蔡教授基于概率假设和模糊状态假说提出的很多的可靠性理论，被统一的称为模糊可靠性理论。经典的可靠性理论又被称为原生的可靠性理论。模糊可靠性是经典的可靠性理论的精华与发展。现在，这些在液压可靠