CNC系统可靠性的模糊评价

1 可靠性评价的一般方法存在的问题

可靠性是介于技术和管理之间的综合性学科，涉及的领域相当广泛。CNC系统的可靠性是其在要求的时间内和规定的效率下，基于各种干扰保证工作质量和实现用途的特性。它的指标体系包括无故障性、可维修性、耐久性、可用性、经济性等。一般使用的可靠性评价方法是运用统计、概率及数值计算的方法，在试验的基础上构建可靠性的数学模型，并进行综合评价，且多把可靠性测定指标局限在平均无故障工作时间MTBF^［1］。这种评价方法在实践中有很大的成功，但也存在将系统置于过于简单或过于复杂两个极端、在特定条件下进行考虑的问题，存在着试验仿真现实的程度有限、数学建模困难、数据采集不易、费时、忽略太多相关因素、不易理解等问题，基本上没有考虑实际生活中的不确定因素，如非线性、时变、随机、滞后、管理水平、人的影响等。

2 可靠性的模糊评价方法

1958年，Siegel等人以及Sont和Lanb确立了将人的因素综合到系统中考虑的siegel-wolf方法^［2］，首次将不确定因素即模糊化的概念引入到可靠性评价中。1965年，Zadeh提出了模糊集论。他认为，模糊性是绝对的，而清晰性或精确性是相对的。所谓精确性或清晰性是人们对不确定性或模糊性实行了一种分离，是一种简单化和理想化。他同时总结出一条互克性原则。

随着系统复杂性的增长，对其特性作出精确而有意义的描述能力相应降低，直到达到一个阈值，一旦超过它，精确性和有意义性(或贴近性)几乎成为两个相互排斥的特征^［3］。这个原则说明复杂程度越高，模糊性越强，精确化程度也就越低；也说明，模糊性来源于复杂性。基于此，我们对自身复杂且受各种复杂因素干扰的CNC系统进行可靠性模糊评价的思路就确立了。可靠性的模糊评价主要是计算模糊可靠度以及用模糊综合评判方法进行分析^［4］。 

2.1　模糊可靠度

 模糊可靠度

ψ=P

式中，为模糊随机事件。

传统的可靠度(一个系统在规定的使用期间，在预期的工作条件下，能正常工作的概率)是模糊可靠度的特例。

2.2　模糊综合评判

因素集U={u₁,u₂,…，u_n}，评判集V={v₁,v₂,…，v_m}，权重集A={a₁,a₂,…,a_n}∈F(U)(一般地，各因素对事物的影响不一致，故因素的权重分配可视为U上的模糊集，a_i表示第i个因素u_i的权重且，综合后的评判集B={b₁,b₂,…，b_m}∈F(V)，U与V之间的模糊关系R=(r_ij)_n×m

模糊映射

模糊变换

故B=AR，若b_j0=max｛b₁,b₂，…，b_m}，则决断为v_j0。

2.3　实例

 我们举例说明用模糊综合评判方法对CNC系统在不确定因素影响下的可靠性进行分析的方法。
    东方电机股份有限公司(简称东方公司)在技改中选用华中Ⅰ型CNC系统对3.4 m立车、6.3 m立车、立铣、175镗铣床，165型5 m卧车等进行改造并实际加工水轮发电机泄水锥、水轮发电机转轮体、汽轮发电机槽楔、汽轮发电机机座、水轮发电机导叶等典型复杂型线、型面工件，我们运用模糊评判方法对其在1995年6月至1996年1月共6个月内的工作状况进行了分析。

U={u₁,u₂,u₃}

 式中，u₁为CNC系统使用者的综合素质；u₂为CNC系统与机床机械部分、电机的配合；u₃为CNC系统电源质量。

V={v₁,v₂,v₃,v₄}

 式中，v₁为很可靠；v₂为较可靠；v₃为不太可靠；v₄为不可靠。
v₁、v₂、v₃、v₄不具有绝对肯定和否定的意义，认为其可靠性与CNC系统的可靠性对应且根据专家意见和实际经验对其认定，可采取百分制划段的办法确定(见表1)。

 单因素评判可请多位专家及相关人员参与，根据表1在一段时间内分若干次评分并求出平均分值。东方公司具有丰富经验的设备工程师、设备维修工人、机床操作者、动力人员、工艺人员在6个月内分10次对可能影响华中Ⅰ型CNC系统可靠性的不确定因素评分。以CNC系统使用者综合素质为例，结果见表2。

 据表1、表2可知，使用者的综合素质：70%的时间很可靠，20%的时间较可靠，10%的时间不太可靠，没有不可靠的时候。则类似有
可得模糊关系

 得到东方公司认可的华中数控系统有限公司关于华中Ⅰ型CNC系统的设计标准对各因素的考虑权重为A=(0.5 0.3 0.2)，故B=AR=(0.5 0.3 0.3 0.2)。B是V上的模糊集。因0.5在B中最大，故华中Ⅰ型CNC系统对于该设计标准是“很可靠”的。
从1995年6月至今，华中Ⅰ型CNC系统在东方公司的实际使用情况令人满意。这证明上述运用模糊评判方法分析可靠性所得到的“很可靠”的结论是正确的。

3 结论

(1)所谓CNC系统可靠性的模糊评价不是指CNC系统的工作过程是模糊的，也不意味着CNC系统是不确定的，更不是指对CNC系统的评价结果是模棱两可或不确定的，它是指各种不确定因素对CNC系统稳定性的影响用模糊语言描述，通过具体计算后，得出一个确定的结论。

(2)对CNC系统可靠性的模糊评判是在其实际使用状态下进行的，较为方便。