李曉偉

(撫順市農(nóng)業(yè)綜合行政執(zhí)法隊(duì),遼寧 撫順 113000)

0 引言

隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)于農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備依賴性越來越強(qiáng),農(nóng)業(yè)機(jī)械使用可靠性對(duì)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)施質(zhì)量影響很大,農(nóng)業(yè)機(jī)械性能也直接影響到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率與經(jīng)濟(jì)效益。從農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展趨勢看,高效原則是現(xiàn)階段普遍追求的作業(yè)原則,而一臺(tái)農(nóng)業(yè)機(jī)械無論技術(shù)多先進(jìn),都必須保證足夠低的故障率,以實(shí)現(xiàn)長時(shí)間連續(xù)作業(yè)能力。與國際一線農(nóng)機(jī)產(chǎn)品性能相比,現(xiàn)階段國產(chǎn)農(nóng)機(jī)的性能仍存在一定差距,其中一個(gè)典型特征就是產(chǎn)品應(yīng)用迭代次數(shù)不足,導(dǎo)致農(nóng)機(jī)產(chǎn)品使用過程突發(fā)各種問題的概率增加,加之農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境等多方因素影響,農(nóng)業(yè)機(jī)械在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的可靠性相對(duì)較低,因此探討影響農(nóng)機(jī)使用可靠性的主要因素,并提出優(yōu)化方向,有利于為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供更可靠、高效的農(nóng)機(jī)作業(yè)應(yīng)用方案。

1 農(nóng)機(jī)可靠性現(xiàn)狀

強(qiáng)化農(nóng)業(yè)科技和裝備支撐是農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的必然途徑,隨著我國農(nóng)機(jī)裝備制造能力不斷升級(jí),農(nóng)業(yè)機(jī)械先進(jìn)性與結(jié)構(gòu)復(fù)雜性不斷增加,農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性持續(xù)提升。根據(jù)2023年針對(duì)114家農(nóng)機(jī)合作社的網(wǎng)絡(luò)調(diào)查統(tǒng)計(jì)[1]顯示,農(nóng)機(jī)使用不滿意率為37.74%,國Ⅳ農(nóng)機(jī)維修比例超過50%,故障多,維修比例高成為影響農(nóng)機(jī)滿意度的關(guān)鍵因素。在現(xiàn)代農(nóng)機(jī)使用情況對(duì)比來看,國產(chǎn)農(nóng)機(jī)產(chǎn)品故障率高于進(jìn)口農(nóng)機(jī)產(chǎn)品故障率,國產(chǎn)農(nóng)機(jī)在早期故障數(shù)、總故障率、突發(fā)非典型故障數(shù)等方面處于劣勢[2-3]。與此同時(shí),受到農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化與智能化技術(shù)制約,國產(chǎn)農(nóng)業(yè)機(jī)械在故障診斷、功能檢測、異常預(yù)警等方面的應(yīng)用相對(duì)缺失,農(nóng)業(yè)機(jī)械電氣化發(fā)展相對(duì)緩慢,導(dǎo)致農(nóng)業(yè)機(jī)械使用模式陳舊,農(nóng)機(jī)故障率相應(yīng)提高,在一定程度影響了農(nóng)業(yè)機(jī)械的可靠性。

2 影響可靠性的關(guān)鍵因素

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性是影響農(nóng)機(jī)可靠性的關(guān)鍵因素,設(shè)計(jì)過程的缺陷易導(dǎo)致農(nóng)業(yè)機(jī)械的可靠性降低,農(nóng)業(yè)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中影響可靠性的因素包括:1)承載力設(shè)計(jì)。農(nóng)業(yè)機(jī)械作業(yè)場景復(fù)雜,常受到多種載荷影響,重力、摩擦力、沖擊力是農(nóng)機(jī)作業(yè)中最常遇到的載荷,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理與材料科學(xué)選擇能更好保證農(nóng)機(jī)作業(yè)平穩(wěn)性,尤其在底盤及傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中可以通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)布局和材料選擇有效實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)可靠性的提升。2)抗震性能優(yōu)化。農(nóng)田行駛和作業(yè)環(huán)境中不可避免存在振動(dòng)影響,農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)的平衡性和減震結(jié)構(gòu)的應(yīng)用能顯著降低振動(dòng)影響,提高農(nóng)業(yè)機(jī)械使用壽命。此外,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還能在一定程度改善農(nóng)機(jī)操作性和維護(hù)性,優(yōu)化農(nóng)機(jī)使用體驗(yàn)。

2.2 功能設(shè)計(jì)

農(nóng)業(yè)機(jī)械功能合理性與先進(jìn)性對(duì)于可靠性影響明顯,設(shè)計(jì)過程通過功能優(yōu)化和新技術(shù)引進(jìn)能有效提高農(nóng)機(jī)可靠性,并改善作業(yè)質(zhì)量,農(nóng)機(jī)功能設(shè)計(jì)對(duì)于可靠性的影響包括以下幾方面因素:1)結(jié)合農(nóng)機(jī)實(shí)踐應(yīng)用特征,優(yōu)化其功能設(shè)計(jì)和參數(shù)設(shè)置,例如對(duì)于進(jìn)氣系統(tǒng)、燃油供給系統(tǒng)等功能優(yōu)化,能保證農(nóng)機(jī)適應(yīng)各種復(fù)雜條件和挑戰(zhàn)。2)電氣控制技術(shù)的合理應(yīng)用能夠提升農(nóng)機(jī)的智能化和自動(dòng)化水平,在一定程度上加強(qiáng)其可靠性和安全性。3)傳感器技術(shù)的應(yīng)用能實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)機(jī)內(nèi)外部工況的精確監(jiān)測和控制,實(shí)時(shí)獲取農(nóng)機(jī)的運(yùn)行溫度、壓力、速度等狀態(tài)和工作參數(shù),顯著提高農(nóng)業(yè)機(jī)械作業(yè)穩(wěn)定性[3]。

2.3 制造裝配能力

制造裝配能力直接關(guān)系到農(nóng)業(yè)機(jī)械的出廠品質(zhì),對(duì)于農(nóng)機(jī)長期使用的可靠性影響明顯,制造裝配對(duì)可靠性的影響主要包括:1)零件制造機(jī)械裝備先進(jìn)性的影響。不同機(jī)床零件制造的缺陷或加工尺寸偏差、表面精度不合格等會(huì)存在明顯差異,均會(huì)影響農(nóng)業(yè)機(jī)械的使用可靠性。2)裝配精度的影響。裝配過程規(guī)范性直接影響部件性能及整機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài),若轉(zhuǎn)配過程存在零件位置偏差、緊固不當(dāng)、傳動(dòng)零件不對(duì)位等問題,易在應(yīng)用過程產(chǎn)生早期故障,甚至造成故障頻發(fā)。3)加工及裝配工藝水平影響。工藝的合理性在一定程度影響制造精度和裝配實(shí)施合理性,合理的工藝設(shè)計(jì)不僅提高制造裝配效率,而且顯著提高農(nóng)機(jī)可靠性。

2.4 使用能力

農(nóng)機(jī)駕駛員的農(nóng)業(yè)機(jī)械駕駛操作能力對(duì)于農(nóng)機(jī)可靠性影響顯著,其主要影響因素包括:1)規(guī)范駕駛能力。農(nóng)機(jī)駕駛員是否了解農(nóng)業(yè)機(jī)械的性能特點(diǎn)、操作規(guī)程和注意事項(xiàng),并規(guī)范實(shí)施操作,會(huì)直接影響農(nóng)機(jī)使用效果,能否規(guī)范駕駛農(nóng)機(jī)可能導(dǎo)致農(nóng)機(jī)故障率和駕駛體驗(yàn)產(chǎn)生明顯差異。2)熟練操作能力。駕駛員的駕駛經(jīng)驗(yàn)和操作熟練度以及應(yīng)急處理能力會(huì)影響農(nóng)機(jī)性能發(fā)揮,不當(dāng)操作還可能導(dǎo)致故障率增加。3)農(nóng)機(jī)性能狀態(tài)關(guān)注度。駕駛員使用農(nóng)業(yè)機(jī)械過程中能夠密切關(guān)注農(nóng)業(yè)機(jī)械在高溫、高濕、高塵等工況下的作業(yè)狀態(tài),能否發(fā)現(xiàn)機(jī)械異常及時(shí)采取處理措施,也在一定程度影響著農(nóng)機(jī)可靠性。

2.5 維保維修能力

維護(hù)、保養(yǎng)和維修能力對(duì)農(nóng)機(jī)可靠性有著至關(guān)重要的影響。維護(hù)保養(yǎng)是農(nóng)機(jī)使用過程的常規(guī)維護(hù)行為,能夠保證農(nóng)業(yè)機(jī)械在長期使用過程正常運(yùn)轉(zhuǎn),避免過早出現(xiàn)磨損、松動(dòng)、腐蝕等問題,合理對(duì)農(nóng)機(jī)開展檢查、清洗、潤滑和更換易損件等措施能夠顯著提高農(nóng)機(jī)作業(yè)可靠性。維修工作針對(duì)故障問題而開展,合理維修能有效恢復(fù)農(nóng)機(jī)性能,維修能力提高對(duì)于故障判斷的準(zhǔn)確性和維修工作實(shí)施的合理性等方面,維修質(zhì)量對(duì)于農(nóng)機(jī)后續(xù)使用的整機(jī)狀態(tài)影響很大[4]。

3 農(nóng)機(jī)可靠性評(píng)價(jià)方式

3.1 可靠性試驗(yàn)

農(nóng)業(yè)機(jī)械的可靠性試驗(yàn)方法種類很多,從廣義上看,涉及到可靠性相關(guān)的內(nèi)容包括:農(nóng)業(yè)機(jī)械在同一耕地區(qū)域?qū)嵤╅L時(shí)間作業(yè)的故障率、在不同區(qū)域應(yīng)用時(shí)的適應(yīng)能力、對(duì)于特殊地形如坡地丘陵的適應(yīng)性、對(duì)于黏重土壤及鹽堿地作業(yè)的適應(yīng)性等?？煽啃栽囼?yàn)主要結(jié)合某一地區(qū)的農(nóng)業(yè)機(jī)械使用特征、地區(qū)氣候條件以及農(nóng)作物栽培習(xí)慣等展開試驗(yàn),意在驗(yàn)證在局布區(qū)域內(nèi)的農(nóng)機(jī)設(shè)備使用可靠性。對(duì)于農(nóng)機(jī)產(chǎn)品的試驗(yàn)實(shí)施,通常依照國家及行業(yè)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)開展,主要試驗(yàn)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)參考如表1所示[5-6]。

表1 農(nóng)機(jī)可靠性試驗(yàn)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)參考

針對(duì)不同階段推進(jìn)農(nóng)機(jī)產(chǎn)品開展的試驗(yàn)項(xiàng)目也存在一定差異,例如對(duì)于在我國農(nóng)機(jī)市場應(yīng)用時(shí)間較長,口碑較好的農(nóng)機(jī)產(chǎn)品,首次引入本地使用,重點(diǎn)考查農(nóng)機(jī)作業(yè)適用性,弱化考查農(nóng)機(jī)故障率,重點(diǎn)記錄農(nóng)機(jī)應(yīng)用過程中的故障特征。對(duì)于首次引用地區(qū)使用的農(nóng)機(jī)新產(chǎn)品,應(yīng)重點(diǎn)進(jìn)行故障數(shù)量、故障類型統(tǒng)計(jì),并驗(yàn)證農(nóng)業(yè)產(chǎn)品長時(shí)間應(yīng)用的可靠性與適用性,并在不同種類農(nóng)田或農(nóng)作物栽培區(qū)域開展差別試驗(yàn)。

3.2 故障統(tǒng)計(jì)與分類

農(nóng)業(yè)機(jī)械可靠性評(píng)價(jià)的工作重點(diǎn)集中于故障統(tǒng)計(jì)與故障種類記錄,在試驗(yàn)過程中,需要分類記錄不同故障的發(fā)生數(shù)量并統(tǒng)計(jì)發(fā)生故障的原因。通常情況下可將農(nóng)機(jī)故障分為以下四類:一是輕型故障。其特征是農(nóng)機(jī)出現(xiàn)故障表現(xiàn),但短時(shí)間內(nèi)不影響使用性能,修理簡單、易于排除。二是普通故障。對(duì)農(nóng)機(jī)性能產(chǎn)生一定影響,但在短時(shí)間內(nèi)能夠修復(fù)解決,耗時(shí)、耗工較少。三是嚴(yán)重故障。明顯影響農(nóng)機(jī)使用功能,導(dǎo)致農(nóng)機(jī)性能指標(biāo)快速下降,維修、修復(fù)難度較高,維修時(shí)間較長。四是重大故障。導(dǎo)致農(nóng)業(yè)機(jī)械失去使用能力、失去維修價(jià)值的故障。在開展可靠性試驗(yàn)過程中,應(yīng)對(duì)農(nóng)機(jī)產(chǎn)生的故障進(jìn)行分類記錄,并嚴(yán)判打分,為試驗(yàn)數(shù)據(jù)的后續(xù)深度分析提供便利條件。

3.3 可靠性分析

在獲得試驗(yàn)數(shù)據(jù)或農(nóng)機(jī)田間實(shí)際應(yīng)用數(shù)據(jù)后,可對(duì)某一農(nóng)機(jī)機(jī)型進(jìn)行可靠性分析,現(xiàn)階段應(yīng)用的可靠性試驗(yàn)分析方法可分為兩類:一是人工判斷與對(duì)比分析;二是計(jì)算機(jī)軟件分析及評(píng)價(jià)。人工判斷與對(duì)比主要應(yīng)用了試驗(yàn)過程中人工記錄的數(shù)據(jù)和試驗(yàn)人、駕駛?cè)藛T反饋的主觀體驗(yàn)進(jìn)行判斷,常用的方法包括:制表對(duì)應(yīng)項(xiàng)打分、試驗(yàn)人員討論、專家評(píng)價(jià)等。計(jì)算機(jī)軟件分析主要利用現(xiàn)有成品軟件結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)開展,常用的分析方法包括:故障樹分析(FTA)、最壞情況分析(WCA)、故障模式影響分析(FMEA),其中應(yīng)用較多的是故障樹分析(FTA),通過將農(nóng)機(jī)故障按照輕型、普通、嚴(yán)重、重大四類由簡入繁逐級(jí)分析,形成動(dòng)態(tài)化的直觀評(píng)價(jià)與故障綜合顯示形式,并生成農(nóng)機(jī)可靠性判斷決策[7]。無論采用哪種形式開展可靠性分析,都需要試驗(yàn)人員主觀判斷和決策參與,進(jìn)而對(duì)同一故障數(shù)量的農(nóng)機(jī)開展差異化評(píng)判。例如某一農(nóng)機(jī)的故障類型較為分散且故障較多,說明該設(shè)備設(shè)計(jì)或制造缺陷較多,整機(jī)品質(zhì)較差;若某一機(jī)型的故障數(shù)量較多,但源于某一故障現(xiàn)象的頻繁重復(fù)出現(xiàn),說明該設(shè)備僅在局布功能上需優(yōu)化調(diào)整[8]。

4 提升農(nóng)機(jī)可靠性的有效途徑

4.1 引入故障監(jiān)測系統(tǒng)

針對(duì)現(xiàn)有農(nóng)機(jī)使用特征和故障發(fā)生規(guī)律,合理應(yīng)用故障監(jiān)測系統(tǒng),能夠?yàn)閮?yōu)化農(nóng)機(jī)可靠性,提高整機(jī)利用率具有積極促進(jìn)作用。首先,以農(nóng)機(jī)ECU為核心,增設(shè)關(guān)鍵部件的傳感器監(jiān)測與數(shù)據(jù)獲取傳輸硬件,實(shí)時(shí)監(jiān)測關(guān)鍵部件的溫度、轉(zhuǎn)速、牽引力、負(fù)載等狀態(tài)數(shù)據(jù);其次,應(yīng)用信息數(shù)據(jù)判斷與預(yù)處理軟件,針對(duì)監(jiān)測硬件獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)判與分類,形成不同維度、不同用途的可用數(shù)據(jù),供故障診斷模式使用;再次,應(yīng)用精確故障診斷模型,可利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)建立算法模型,對(duì)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行研判;最后,建立故障預(yù)警系統(tǒng),對(duì)于監(jiān)測過程中判斷出的故障問題或存在誘導(dǎo)故障發(fā)生的因素,預(yù)警功能會(huì)及時(shí)提醒農(nóng)機(jī)使用者檢查維修,避免嚴(yán)重故障發(fā)生。此外,故障監(jiān)測系統(tǒng)還能夠利用獲取的數(shù)據(jù)信息建立診斷數(shù)據(jù)庫,實(shí)現(xiàn)在未來農(nóng)機(jī)使用過程的診斷能力及精確性持續(xù)提升。

4.2 建全監(jiān)管評(píng)價(jià)體系

強(qiáng)化對(duì)農(nóng)機(jī)品質(zhì)的監(jiān)管,一方面抓嚴(yán)農(nóng)機(jī)準(zhǔn)入品質(zhì),避免劣質(zhì)農(nóng)機(jī)投入農(nóng)業(yè)生產(chǎn)使用,另一方面,加強(qiáng)對(duì)農(nóng)機(jī)作業(yè)故障率、適用性的監(jiān)督檢查,及時(shí)獲取農(nóng)機(jī)使用者反饋信息,避免高故障率、不適用機(jī)型常年在本地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用。此外,強(qiáng)化農(nóng)機(jī)故障研判能力,建立追責(zé)制度,對(duì)于農(nóng)業(yè)機(jī)械在使用過程中因?yàn)橘|(zhì)量問題、設(shè)計(jì)缺陷等造成的重大事故,由監(jiān)管機(jī)構(gòu)配合農(nóng)機(jī)使用者共同向廠商追責(zé),促進(jìn)企業(yè)加強(qiáng)質(zhì)量管理和質(zhì)量控制,提高農(nóng)業(yè)機(jī)械整體質(zhì)量。

4.3 提升使用操作能力

加強(qiáng)農(nóng)機(jī)駕駛員使用操作農(nóng)業(yè)機(jī)械的規(guī)范性,對(duì)于提高農(nóng)機(jī)使用可靠性效果明顯。首先,從加強(qiáng)教育培訓(xùn)的角度出發(fā),組織專業(yè)培訓(xùn)機(jī)構(gòu)或農(nóng)機(jī)制造商提供培訓(xùn)課程,從農(nóng)機(jī)理論和實(shí)踐操作雙方面加強(qiáng)農(nóng)機(jī)駕駛員的駕駛操作能力,并做到農(nóng)機(jī)培訓(xùn)內(nèi)容定期更新,保證農(nóng)機(jī)駕駛員更好把握農(nóng)機(jī)化生產(chǎn)發(fā)展趨勢;其次,加強(qiáng)安全規(guī)范生產(chǎn)宣傳,通過宣傳教育提高農(nóng)機(jī)駕駛員安全操作意識(shí),減少駕駛操作過程不規(guī)范行為,降低農(nóng)機(jī)人為故障率;再次,強(qiáng)化維護(hù)和保養(yǎng)能力培養(yǎng),為駕駛員提供維護(hù)和保養(yǎng)方面的技術(shù)支持和指導(dǎo),減少因維護(hù)保養(yǎng)不當(dāng)造成的機(jī)械故障和損壞。

4.4 強(qiáng)化設(shè)計(jì)制造能力

提升農(nóng)機(jī)廠家的設(shè)計(jì)制造能力能有效提高農(nóng)機(jī)實(shí)踐應(yīng)用的可靠性,首先,農(nóng)機(jī)企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)設(shè)計(jì)理念革新,引進(jìn)和消化國際先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念,在不斷豐富農(nóng)機(jī)功能的同時(shí),加強(qiáng)農(nóng)機(jī)可靠性專研,充分利用仿真軟件、研發(fā)試驗(yàn)等提高農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)合理性,避免設(shè)計(jì)缺陷產(chǎn)生;其次,應(yīng)進(jìn)一步提升企業(yè)制造能力,針對(duì)生產(chǎn)加工過程弱項(xiàng),不斷引進(jìn)和更新加工制造設(shè)備,提高機(jī)械加工的精確性,并制定嚴(yán)格的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),加強(qiáng)生產(chǎn)過程控制,落實(shí)質(zhì)量檢測體系,確保加工制造高質(zhì)量實(shí)施;再次,強(qiáng)化農(nóng)機(jī)裝配車間建設(shè),應(yīng)用現(xiàn)代化裝配工藝,提高產(chǎn)品出廠品質(zhì),降低產(chǎn)品故障率。

5 結(jié)語

綜上所述,農(nóng)業(yè)機(jī)械可靠性提升對(duì)于優(yōu)化生產(chǎn)過程、提高生產(chǎn)效益具有積極促進(jìn)作用,通過農(nóng)機(jī)企業(yè)提升設(shè)計(jì)制造能力、提升技術(shù)先進(jìn)性及自動(dòng)化和智能化水平等措施,鼓勵(lì)科技創(chuàng)新和農(nóng)業(yè)機(jī)械研發(fā),能夠在根本上促進(jìn)農(nóng)機(jī)出廠質(zhì)量的提升,在匹配優(yōu)秀的駕駛操作技術(shù)與規(guī)范的保養(yǎng)維護(hù)手段,減少操作失誤和維護(hù)不當(dāng)對(duì)農(nóng)機(jī)設(shè)備的影響,則能夠有效減少農(nóng)機(jī)故障率,提高生產(chǎn)作業(yè)質(zhì)量,并創(chuàng)建農(nóng)業(yè)機(jī)械高效、可靠、安全生產(chǎn)新環(huán)境,對(duì)于保障糧食安全,促進(jìn)農(nóng)民參與生產(chǎn)能力和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有積極作用。