數控機床是現代化的“工作母機”,已成為實現裝備制造業現代化的關鍵基礎裝備,要 發展裝備制造業就必須實現國產數控機床的振興。從當前數控機床的發展來看,現代數控 機床多學科高新技術集成化特征十分明顯,具有功能復合型強,技術密集,部件組成繁雜, 加工工況多變等特點,而在具備高速、集約、精密和多軸聯動復合加工優勢的同時,也埋 藏了多種故障隱患和復雜的故障機理。研究表明,數控機床在用戶現場運轉過程中自動換 刀(ATC)系統、數控和伺服系統、機械傳動系統、液壓系統等環節都有故障發生。數控機 床研發領域對機床先進性、復合性和多功能性的強調和對機床性能維持性的忽視,既造成 用戶停機損失和維修成本上升,生產成本增加;也造成機床維修難度相對較大,設備可靠 性降低,設備可信度下降,從而影響企業的市場競爭力。這一點,在數控機床研發起步較 晚、研發能力相對較弱、市場競爭力相對不足、品牌形象相對較差的國產數控機床方面表 現的尤為突出。因此,國產數控機床可用性不足已經成為我國相關企業參與國內外市場競 爭的軟肋,也是機床研發領域須認真面對和迫切需要解決的關鍵科技問題[1_2]。
作為世界制造業大國,中國數控機床市場十分活躍、需求旺盛,世界先進數控機床企 業都把中國作為爭奪全球市場份額的主要目標,市場競爭激烈。但從國內數控機床市場調 查報告來看,27%的用戶對國產加工中心的機床質量不滿意,對歐美加工中心不滿意度僅 為1%。市場滿意度不足嚴重制約了國產加工中心機床產品的市場競爭力,導致國內高端 機床市場基本被西方加工中心壟斷,國內企業市場份額有限,這種局面不但進一步壓縮了 國產機床產業的市場份額,增加了國產機床產業參與市場競爭的難度,抬高了我國制造業 成本,降低了工業制成品的市場競爭優勢,也給國家安全帶來隱患。提高數控機床的可用 性是我國發展數控裝備產業和實施重大專項的重中之重[3_4],對于提升我國數控機床產業的 核心競爭力,具有重要意義。
振興裝備制造業,數控機床要先行;數控機床要發展,CNC加工中心是關鍵。推動加工中 心向高速、高精度方向發展是機床技術發展的永恒主題[5],在保持數控機床功能復合、技 術集成、效率較高優勢的基礎上,進一步提高產品的可用性既是數控機床產業發展、技術 提升的需要,是振興我國裝備制造業、增強國產數控機床全球競爭力的需要,還是保障國 家安全和國防安全的需要。基于此,本文在國家自然基金委課題“基于DAFD與故障因素 權重的數控機床可用性保障技術”的支持下,擬從用戶對產品可用性需求出發,以數控加工中心為對象,進行基于質量功能展開的可用性保障技術研究,該項研究不僅對可用性工程的發展具有理論意義,而且為企業提高數控機床產品的可用性提供技術支撐,具有廣闊的應用 前景。
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