制造系统可靠性
李沁逸
（长沙理工大学汽车与机械工程学院，湖南长沙 410114）
摘要：本文简单的对制造系统和可靠性进行了介绍，分析了制造系统发展的概况，阐明了制造系统可靠性的概念和其重要性。
关键字：制造系统可靠性
0引言
随着科学技术的发展，制造系统日趋复杂。科学技术的进步，对企业的制造系统提出了越来越高的要求。然而制造系统的可靠性就变的越来越重要了，制造企业要在外部环境激烈变动的环境下生存和竞争，就要努力的提高制造系统的可靠性，以保证较快的速度和较低的价格，提供较好的产品和高质量的服务才能满足客户需求的多样化和个性化。
1 制造系统可靠性研究现状及发展趋势
制造系统的可靠性建模技术和制造系统可靠性理论研究是近些年来随机制造系统研究的一个重要方向。随着制造系统规模的不断扩大和结构复杂化，其可靠性问题同益显得重要。可靠性模型是用来描述系统及组成单元之间的故障逻辑关系的数学模型，是进行可靠性评估的必不可少的一个环节。当前制造系统性能建模、性能评价的发展趋势可以概括为以下几点：
●针对制造系统性能多样性，需要确定制造企业级性能评价指标体系；
●对制造系统时间、成本、质量等性能建立性能模型，分析各种影响因素，形
成一套参考模型体系；
●将制造系统的不同目标转化为可以进行计算或比较的量化要素，即通过建立
一定的技术经济模型完成各种性能要素的建模分析，即从制造活动性能到制造过程性能和制造过程性能到制造系统性能的映射，并将这些性能属性用量化的形式表达出来；
●对制造系统性能实时跟踪，在制造系统的计算机信息系统基础上，管理人员
实时对所要分析和评价的性能进行跟踪监视，使分析和评价能实时进行；
●定性和定量评价相结合，制造系统内部和制造系统外部性能分析和评价相结
合，并注意制造系统内外部的协调发展；
●重视对制造系统长期利益和短期利益的性能分析和评价相结合，更重视制造
系统长远发展潜力的分析与评价；
●反映整个制造系统全过程的运营动态性能分析和评价，而不是仅仅反映单个
活动或过程的运营情况和静态经营结果。反映整个制造系统整体性能分析和评价，同时也注重各节点相互间利益相关性的性能分析和评价，进行制造全
方位的性能建模和性能综合评价。
2 制造系统
2.1制造系统定义
制造系统是一个复杂的、可辨别的动态实体。它由为“把原材料变换成所需的有用产品”这一目的而进行不同特征活动的一些相互关联、相互依赖的子系统所组成。其整体活动(生产活动)能保持稳定性，并能适应市场变化等外界影响。
也可以定义为：制造系统是在制造企业中形成制造生产功能和能力的组织形式，是制造过程及所涉及的硬件、软件和人员组成的一个将制造资源转化为产品的有机整体。
从制造企业的制造功能角度上看制造系统是一个将制造资源(原材料、能源等)转变为产品或半成品的输入输出系统。
从制造企业的制造过程角度上看，制造系统可以看成是制造生产的运行过程，包括市场分析、产品设计、工艺规划、制造装配、检验出厂、产品销售及售后服务等各个环节的制造全过程。另外，机械加工系统也可以看成是一种制造系统，它由机床、央具、被加工工件、操作人员、加工工艺等组成。机械加工系统输入的是制造资源，经过机械加工过程制成产品或零件输出，这个过程就是制造资源向产品(成品)或零件的转变过程。一个制造产品的生产线、车间乃至整个工厂或制造企业可看作是不同层次的制造系统。
2.2制造系统分类
根据制造系统的基本特征和生产产品类型的特点，制造系统组态布局结构可以分为四大类:多品种小批量生产车间制造系统、项目型生产车间制造系统、单元制造系统和流水线型制造系统。
2.3制造系统性能的基本原理
制造系统存在着一些普遍适用的基本原理，对于系统性能的分析和评价起到指导的作用，具体如下：
●Little定律:在制品数=生产率X通过时间Little。定律揭示了在制品数与
生产率和通过时间之间的关系，显然缩短通过时间可减少在制品数。
●若子系统或零部件的可靠性是一定的，则参与工作的子系统或零部件越多，
系统可靠性越低。
●机器设备的性能随时间推移而退化。随着使用时间的延长，设备必然磨损、
老化而使性能下降。
●系统的复杂性可能随子系统或元件数的增加而呈指数增长。
●制造系统总是会呈现一定的随机特性，这意味着不可能完全准确地预测系统
的某些性能。
●系统可靠性越高，其成本也越大
●系统的柔性越高，生产率越低
●系统集成度越高，系统可靠性降低。
上述几个基本原理说明制造系统各方面性能难以兼得，如在通过时间不变的条件下，提高生产率会使在制品数量增加。因此在分析和优化系统的性能时必须
平衡矛盾，根据系统的特征构建系统性能指标体系。
2.4可修系统和不可修系统
不可修系统当元件满足独立一致分布时满足寿命分布，他是通过更新的方式来进行维修，我们可以把他的寿命看做是稳态的，也就是说他的寿命的不变形，不会应为维修不完美而使得寿命比之前的元件短。我们也可以通过虚拟寿命来对其进行定义，更新或者说完美维修的虚拟寿命初始为零。
可修系统的维修一般就不满足独立一致分布了，他是随机的，我们常常把不完美维修看作是非稳态的，即每次寿命会随着时间的推移而改变，一般由于系统的老化变得越来越短。但是当每次的维修程度一样时，我们可以通过条件分布函数通过前面的寿命分布，导出后面的寿命分布。这种不完美维修的初始虚拟寿命大于零。
2.5制造系统运行过程的时间效应
制造系统与其他社会经济系统一样，也具有从规划、设计到退出的整个时间效应过程，称之为制造系统的生命周期。相关理论研究证明，制造系统的整个生命周期中，从系统试运行一直到系统状态劣化的过程中，可以分为五个阶段，分别对系统性能的影响如图所示：
●鸟尾效应，即新系统或者完成重构后的系统开始试运行时，系统实际运行情
况偏离设计要求性能的现象，通常，经过细致的试运行和适当的调整和改进，鸟尾效应就会消除。
●斜升效应，即通过有效的制造系统性能与绩效诊断与测算技术，迅速找出鸟
尾效应产生的原因，采取有效、可靠的技术与措施改进、调整和纠正偏离，使制造系统性能和效率尽快提升至系统规划设计目标。
●随机效应，即制造系统运行过程中各种随机因素对制造系统性能造成影响的
现象，通常无法消除，但可以通过有效的技术、手段等统计质量控制方法尽可能的控制和降低随机效应的影响。
●突变效应，即某些突发因素造成制造系统性能发生突然变化的现象，一般突
变效应的影响都是严重甚至无法补救的，其实，尽管突发效应难以避免，但还是可以通过突变分析和建模仿真找出突变规律而加以规避的。
●劣化效应，是贯穿制造系统整个生命周期的，主要由于设备的老化、磨损、
