试论机械维修工程学科的作用与体系

试论机械维修工程学科的作用与体系邝朴生提要，本文从技术经济学的观点分析国内外机械行业实际情况阐明机械维修工程学科的重要意义。并且用与医药卫生学科类比的方式提出了机械维修工程学科的体系构成，理论基础和发展方向。一、机械维护与修理是现代国民经济不可缺少的一——从技术经济学角度来看机械维修行业和学科的重要作用机械设备是企业生产的重要物质条件，也是国民经济的物质技术基础亡土L机械设备的规模和水平直接影响着劳动生产率，产品质量产量和成本。因此在现代生产中机械设备的地位日趋重要：磨损(注)就设备陈旧落后的主要原因。补偿磨损造成的经济损失有三种对策：修理、更换和改造。这三种对策各在什么条件下采用才能取得最佳的经济效果?这正是技术经济学所要回答的重要问题。机械在使用或闲置过程中会逐步发生磨损。从技术经济学的观点来看，磨损具有两种形式一一有形磨损和无形磨损，有形磨损又可划分为两种。第一种有形磨损是指机器运转时在各种力的作用下，零部件发生摩擦、振动和疲劳等现象，致使机器设备的实体产生磨损。；当磨损达到一定程度时就会出现故障，使机器工作能力下降其至发生事故，造成经济损失。第二种有形磨损是指机器在闲置过程，扣由于保管不善发生锈蚀、变形，使工作能力下降造成经济损失。所谓无形磨损，就是由于劳动生产率不断提高使相同型号机器的制造成本和售价不断降低，原有机器贬值(例如1980午X62W万能铣床出厂价仅为1952年的36％，近年来国内外电子元件和液压元件的大幅度降价)，由于科学技术进步而不断出现性能更好效率更高的机器，使原型号既机器的价值降低(如：烧球式柴油机呻中高速柴油机—>增压式柴油机)。按照马克思的区分，前者称为第—‘种无形磨损，后者称为第二种无形磨损。第一种无形磨损中，机器本身的技术特性和功能不受影响，机器的使用价值并未降低。而在第二种无形磨损情况下，与新型机器相比原有型号机器的价值会相对贬低，而且生产的经济效果也下降了(在产品品种、质量、产量和原材料消耗方面相形见绌)，反映了原型机器使用价值的局部或全部丧失，机器磨损造成经济损失，其补偿对策如图示。是否要采取修理对策?主要取决于几注：在机械工业技术经济学中磨损一词是广义的，其含义见下文。河北农业大学学报种对策间的经济效益比较。一般说来，不能或不宜修理的几种情况如下：土)一次性使用的机器装备，如火箭，鱼雷，更换相同型号机器1———了——— t12)具有无法修理的结构，即没有(可)维修性的产品，如某些固体电路手表。3)处于“无维修设计”理想状态的机器，即其有形磨损期接近无形磨损期。就是说该机器运转磨损到需要大修的程度时恰好在技术上也陈旧落伍了。此时宜直接换用新型机器。处于“无维修保养设计”一一“等寿命设计”理想状态的机器，即机器运转磨损以至所有的零部件同时失效。届时只要整机报废更新即可，无需也无法修理c4)目前修理技术水平尚不能消除的有形磨损。5)较之购买新机器，修理费用高，质量差(修后性能低劣，可靠性差)。．[：述情况土)多属武器弹药之类。事实上，昂贵的卫星发射火箭代之以航天飞机，可以修复重复使用，收到了巨大的经济利益，这正是“变不能修为能修”的一个范例。情况2)多为大批量生产的产品，其制造成本极为低廉而结构非常紧凑很难修复，通常是机械标准件。电子器件和液压件等。情况8)所旧“无维鰺设计”和“无维修保养设·一」牛—甲一i桃一———一性化一骠I．」哗i徽一或一理一一i下维一1期试论机械维修工程学科的作用81计”的机器，尚属理想状态，目前罕见。值得仔细考虑的是上述情况4)和6)综合以上五种“不能或不宜修理”的情况，不难归纳出适于修理的三项基本条件。一是机器各零、部件有形磨损不均衡，二是技术上可行?三是经济上合算。由于“有形磨损不均衡”是现实机器的固有属性，所以只要通过发展机械维修工程学科，争取一切有利条件提高修理技术水平和工艺质量、扩大工艺适用范围、改善经营管理、降低修理费用就会使情况4)5)走向反面使基本条件二三得以出现，即能修适修的机器范围日益扩大。事实上，现代化机械设备结构日趋复杂，加之世界性能源危机和资源危机的加深，使新型机器造价和大修前的残值越来越高，从另一方面促成“修理比更换更合算”这项基本条件的出现。·现代机器的改型(更新换代)周期均不超过十年，而且越来越短，表明现有机器正在加快陈旧。实际上没有任何一个闲家能够做到按照改型周期及时地完全地换用新型号机器。·我国金属切削机宋年产量只及保有量的二十八分之一，假定每年出产的都是新式机床而且全部用于国内更新，轮一遍也得二十八年之久。既然及时更新是不可能的!(我网农机、拖拉机尤其如此)，那么进行改善性修理(现代化改装)就显得更现实更经济。毫无疑问，随着现代生产的发胀，维修和改善性修理业务不是被淘汰而是相反。从各国的具体事实也完全可以证明这一点。美国通用汽车公司1975年为了扩大轻便小轿车的生产，在机床制造厂的参加下，对现有三分之·—‘的机床进行了改装，没有购置新机宋就满足了扩大生产的要求。日本三菱汽车公司新型的4030型发动机缸体加工线，由52台机床组成(其中更新设备13台，占25％，老设备改装27台，占5196，保修原有设备12台，占24％)，改造工作历时一年，由原来25人两班生产日产量1(100台，提高为13人两班日产4500台。；?各冈的维修企业和从此人员不断增加C1tJ,，美国1972年汽车维修企业已达S6万家比1963年增加了15％，从业人员达300万。日本1976年汽车维修企业已达6万多家比1969年增加20％。在围民经济中占较大比重。西德设备维修开支约占企业总开支的四分之一。美国1959年国防予算25％用于维修。英因60年代每年维修费用达30亿英磅。苏联修理企业工人多达400万。零部件的修复和佴生引起重视。在美国，发动机一般要经过2《／8次大修，其中配件方面的支出要占维修费用的40％。修车所用配件中25％是修复件再生件。最近苏联修复件数量增加了两涪，节约了大量能源和资源，改善了配件供应。其修复件占配件总数的]5—17％+美国和日本都布相当数量的翻新汽车和农机拖拉机出售。开腿了高难度的修理业务。西德有飞机发动机涡轮和风扇叶片专业修理厂。瑞土设有屯机轮胎翻修厂，翻修民用和军用品。维修学术团体相继成立，反映了维修生产的需要。苏联早年歜成立了全苏因立农业机械运用修理研究所(FOCHHTH)，最近又建立了专门的磨损零件恢复工艺研究所、恢复磨损零件工艺设计试验局和四个分局，八个试验厂。1970年在欧州各国国内协会成立的基础上，征联合国的赞助下成立了欧州维修保养团体联合会(EFN!MS)，有十佘河北农业大学学报个西欧国家参加，学术活动频繁。1979年在印度成立了亚州同家设备维修团体联合余，到会有14个冈家，我同也派代表参加。除苏联、我国和东欧国家外，不少西方同家?0年代以来开设了维修课程，如英同的设备综合工程学、；以色列的飞机维修学、美国的工厂后勤学等。美国HOFSTRA大学还成立了设备维修研究所。意大利的罗马大学，西德的科芳萨尔工业大学也都设有专门的研究机构。1978年联合国委托西德大学拟定的学科门类表中已经列上了维修工程学。广而言之，维修工作的作用并不局限于补偿磨损带来的经济损失。而且可以通过维修部门把有用的信息反馈到设计制造部门，形成—‘个“积极的学习系统”为改进产品提供实际依据。在我国，粮食等统购物资其价值并不完全由货币表示，因此农机维修除了具有直接的经济意艾之外还有社会政治意义。至于军事机器装备的维修当然兼有军事：政治和经济的意义。有两种误解应该消除。其一，认为维修行业只是落后国家巾的落后行业，认为制造能力高度发达后就要取消维修，事实恰好相反，最发达国家的维修行业处于1K界领先地位，而且发展很快、其二，看到国内—‘些农机修造厂的“不景气”就认为国内外的机械维修工作就此终止，显然，这是片面的观点。·机械维修工程学科已经形成-!学科的必要性归根到底就是生产发展的客观需要。维修行业在回民经济中的作用，以上已经谈到。显然行业并不就等于学科，在本世纪前半叶维修工作只不过是某些钳工技艺。而今，在现代技术发展的洪流中，人们面临着大量的维修难题急待解决。’维修对象的结构日益复杂，工作原理日新月异，机型更新频繁，故障诊断和排除越来越难，决非单凭设计制造知识所能解决的了的，就象只有生物、生理知识的人并不能当医生—·样。维修对象常具有新结构，新材料，由新：工艺制成，要求维修工艺相应地不断发展、革新。维修业务的组织管理更加复杂，需要优化解决的问题很多。凡此种种都需要专门的维修学科予以研究并指导实践，需要相应的专业来培养技术和管理人材。形成学科的条件在于：1)在长期的维修工作中已积累了大量的经验。2)：涌现了大量的物质技术手段一一新仪器新设备新材料等。3)各门有关的应用科学提供了新概念、新知识和新方法一一计算机、应用数学(运筹学、可靠性数学……)、系，统工程学，，价值工程，现代医学和现代经济学管理学等。4)不少人看到了现代维修工作和维修工程学科的重要作用，各国都有知名专家教授转到这个领域中来。而维修工程师参加设计制造部门的工作，在一些大公司里已形成制度。某种形式的人材交流已经开始。5)国内外维修专业学术团体相继成立，逐步沟通了世界范围内的知识交流渠道。二。机械维修工程学科的体系为了便于讨论，可以与医学相对照地列表如下。1期斌论机械维修工程学科的作用名称：机械维修：1：程学科定义，是一门Qf究恢复机械工作能力的技术手段和管理措施的学科。对象：目的：最大经制成后投入运行的各种机械暴轰橐盏簇画筹藐轰万难医药卫生学科[9)是研究维持人体健康防治疾病的——门应用自然科学，管理措施以获取机械咆要求。1内容：研究机械故障的起因、发展规律(机械恶化理论或机器病理学)研究机器故障与零件缺陷的识别和对策(机器诊断学)研究机械技术维护和修理的原理和工艺(机械维修学)研究机械维修服务网与企业的组织管理(机械维修管理学)研究机械维修的技术经济分析和评价以及技术经济方针政策(机械维修经济学)使人健康长寿差笔：学十全鲜、病理学诊断学治疗学，护理学各科医学、药物学学科体系：河习匕农业大学学报6卷续表(二)机器诊断学亡12)1、信息的选择：种类、数量、量程，精 s、《e“／手段：镘乔设备的原理及1，+经常监测 g2、信息的采集／、修理时诊断[；／不折卸的[ i／机器＼折卸的!；N象1零件÷宏观的1厂白刽晌《主遥恕3、建立诊1(功能分析)1断模型(恶化模型卜灰盒”问题：模糊集合C6)1、判据、程序)卜黑盒”问题：数理统计，分0f1，／经验训／蚕严蒜鉴鹑爱因{逻辑国4、模型求解1决策：技术经济三：*1(三)机械维修学(二)诊断学／症状诊断学{1鉴别诊断学／物理诊断学÷＼检验技术与设备／体格检查／、 l临床检验学／予后及劳动鉴定1，、机能诊断学／票岩巩姜芸*1生化检验计算机辅助诊断学士、具体机器，系统的异常工作原理2、机械维护和修理工艺及其原理机器改善性修理工艺及其原理8、零件修复和强化工艺及其原理(四)机械维修管理学1，维修服务网的规划2、维修企业的设计3、维修企业的管理；定额、计划，成本、质量、供销(五)机械维修经济学士，价值分析法，优化及系统思想2、机器维修的技术经济评价(大修、改善性修理，报废、更新)3、旧件修复的技术经济评价4、维修技术经济方针政策的合理制定(折旧率、大修基金……)…(三)各科病理(各论)治疗学、护理学各种医学直期试论机械维修工程学科的作用1、关于学科名称；称为“机械维修工程学科”而不提“设备维修工程学科”用意在于把重点放在机械上，避免概念混乱。“设备”—吒司，在我国不包括土地、厂房、特殊构筑物、工具，器具及备件等，而日本则包括在内。亡15)“维修，／即是维护与修理的合并简称。维护与修理都是补偿机器有形磨损，恢复机器工作能力的手段，其目标和对象是—‘致的，两者是有机地结合在·沾起的：亡了)，“工程。一词目前有三种解释(三种用法)。其一是指具体的技术手段，是搞“物。的，似为“：工程”的“硬定义。，如“土木工程”、“化学工程”。其二足指组织管理，是搞“事”的，可称之为“工程”的“软定义”，如“军事系统工程”、“设备!综合工程”。第三种“服务于特定目的的各项工作的总体称为工程。”亡6)这是“工程’的“综合定义”，如“农业系统工程”我们这里的“维修工程”正是采用了上述“综合定义”，既包括维修技术(硬科学)又包括维修组织管理(软科学)。“学科”可以是几门知识的总称，而这几门知识应具有共同的研究目的和基础理论，它们的研究范畴和方法虽然各异但又相互关联。“学科”概念的外延往往比教学课程要大，—门学科可以包括着或交叉着若干门课程。随着人类知识的深化，原行学科将不断细分、交叉，综合，形成新的学科。(8)因此，机械维修工程学科包括机器病理学、机器诊断学等诸“学”，正如医药学科包括病理学，诊断学、内科学和外科学等等，是合乎客观规律的。．2、关于机械恶化理论(机器病理学)机械惑化理论(机器病理学)是机械维修工程学科的理论基础。由于机械维修学科尚且年轻，现代医学较为成熟，而且两者在体系结构上相似之处颇多，医学术语又易于被人们接受，我们不妨搞一点“拿来主义”应用类比法来促进维修学科体系的完善化。实际上在某些问题上，前人已经这样作了。比如浴盆曲线就是从人寿保险统计学借用过来的，是把故障率和死亡率相比拟的结果。(1吕)1)名称问题：这部分内容是讲有形磨损的起因、特征和机理。现在的名称不够统一，例如“故障理沦”[了)、“失效理论”亡16)、亡4)“零件蚀损理论和机械老化理论，，亡8)。“故障”和“失效”意味着既成事实，是否缺乏“演变”，“形成过程”的修词色彩，可能引导人们偏重注意故障的形态，分类和统计特征而忽峪了故障的发生发展和激变过程机理。“蚀损”一词似在农机系统以外罕见。“老化”意味着“机器工作能力的恶化”，“而对金属材料来讲老化时其特性可能改进也可能恶．化”，再者“老化”二饲可能与第二类无形磨损(机器型号陈旧落伍)相混淆。为了更加明确地专指“恶化，／这层意思，可否称之“机械恶化理论”或“机器病理学”，当然这样提法也欠推敲，难免引起误解。总之名称提法有待进一步探讨。2)研究故障起因要内因外因并重。英国邦帕斯一史密斯综合研究了负载一强度一失败三者的概率分布和它们之间的密切联系(4)这是一个良好的开端-而在病理学中对外界致病旧紊(病菌、寄生虫、缺乏营养供给……)和机体内部因素(防御免疫机能、河北农业大学学报6卷遗传因素、神经和内分泌状态……)在发病过程中的矛盾运动的研究就远为深入细致。3)研究故障要形态与机理并重。一般说来，我国和苏联传统的修理学体系耐故障的发展演变机理以及统计特征重视不足。近年来虽然有某些研究进展，但在国内恐怕还需要加以强调。病理学认为：“因果转化是疾病发生发展的基本规律之一，任何疾病都不例外。在原始病因的作用下，机体内发生了某种变化，这种变化又可以成为新的发病原因而引起另一些变化。如此，原因和结果交替不已，形成了一个链式的发展过程。”亡2)看来，故障发展过程也不例外。对于典型疾病在病理学里都有详细的宏观、微观以至亚微观的图谱(解决形态问题)+同时还具备发病机理图解和详尽的文字描述。对比之下，在机器的故障形态和机理方面我们面临着繁重的任务。病理学所讲的乃是各种疾病过程和形态的共同性问题，可以说是疾病的“总论”，具体到人身各器官各系统还要有相应的病理理论，即是疾病的“各论”以指导具体的诊断和治疗。与此相仿，维修工程学科中不但要有共同的恶化理论，而且还必须包括各类具体机械和系统(如：内燃机，液压系……)各自的故障原理或说是异常运转原理一一“机器病理各论。”不能设想，只懂得一般的恶化理论和机器构造原理就能解决复杂机器的维锋问题。正如只学了解剖学，生理学和病理学并不能治疗任何一科的具体疾病，因为这些都只是临床医学的基础。我们的想法是把“机器病理的各论”放在“机械维修学”中。4，，研究故障物理实质与统计特征并重。对任何具体故障，我们常希望找出其确切的物理实质和逻辑发展过程，但由于故障的复杂性，往往难以如愿。此时只好根据以往的统计资料来满足一定程度的需要。故障统计指标随时间的变化曲线，与具体某个故障随时间的演化过程是两回事，两者不能混淆更不能相互代替。只是在对某个机器或零件进行予测时，今后可能的发展结果才是随机的，而过去已经发生的磨损事实只能是唯一的肯定的。图示为某个零件寿命的予测。亡17)(情况有些象台风中心路径予报)。制定维修和备件计划、确定定期维修或检查的周期(时机)自然要立足于统计资料，而按需修理(视情修理)则立足于故障发展的机理，由连续监测得知具体的修理时间，C13)所以物理实质与统计特征的研究不可偏废。5)机器维修可靠性的研究、运用可磨 f1预测的寿命分布靠性数学和数据资料予测修后可靠性，确定合理可靠度数值，可以为改障予防和维修提供科学依据，这是一项相当繁重的研究任务。在目前从可靠性技术的一些基本概念和方法(如“维修方针”、口维修性设计”……)中可以得到对维修：仁作有益的启发。3，关于机器诊断学1)名称问题。“机器诊断学”是由医学借用过来的词。“机器诊断学”包括故障土期试论机械维修工程学科的作用信息的选择、采集、诊断模型的建立以及求解，目的是查找故障和提出最优处理方案。如果提“工程诊断学”似乎外延太大，而且“工程”二字可能与前述。机械维修工程学科”中的‘工程”含义相混淆。若只提“机械诊断技术”会使人误认为只是一种操作技术，偏重于探讨信息采集的具体技术手段而忽视建立诊断模型以及最优决策等重要内容。2)范围问题。机器诊断学宦包括运用中的和修理时的拆卸和不拆卸检查，既有整机的诊断又包括零部件的检查。正如医学中诊断学可以包括临床检验也可以包括日常体检，既有；k手术诊断又有手术(组织)检验。传统的“零件鉴定”完全可以纳入“机器诊断学”中。·4、本学科的理论基础和吸收新思想新方法问题。力学是物理学各部夕>(力、热、声、光、电磁，原子)的基础。亡14)病理学!(病理：；生理学和病理解剖学)是医学的主要基础理论，它为疾病的防治提供了理论基础。亡2)我们同意机器病理学是整个机械维修]：程学科的理论基础的意见。亡7)亡16)机器病理学显然是机器诊断学的理论基础，否则故障信息的选择、采集时机的决定、诊断模型的建立等都只有抽象的数学方法而缺少机器故障和零件缺陷的规律做为具体依据?因而无从谈起。当然，机器诊断学原理的形成，还耍依靠引入的应用数学有关分支和其他学科的有关内容为着同一的目标溶合而成。就象医学的理论基础主要是病理学，同时也有医用数、理、化，医用微生物学、医用齐生虫学，医用昆虫学……一样。同理，机器病理学溶合引入的各有关学科原理分别构成机械维修学、机械维修管理学和机械维修经济学的理论基础。正因为明确了这个共同的理论基础，又具有一致的研究目的，我们认为上述“五个学”构成了整个机械维修工程学科的体系。除了引入系统思想、优化思想之外，要强调运用价值上程中的功能分析方法(1)。掌握了功能分析不但有助于设计物美价廉的产品、制定出最优的修理工艺方案，还可以科学地整理我们的思维，以便深刻了解维修对象的构造、原理、特别是其设计意图和缺；点，不仅知共然而且知其所以然，使我们更有效地向设计制造部门进行“洁息反馈”。有了功能系统图就容易画出故障演变的逻辑图，进一步可以编出诊断程序．为电算化创造条件。最终可以指望借助计算机使普通技工对复杂故障的诊断水平，对复杂修理工艺的决策水平达到其至超过高级技师或专家：均水平。参考文献1、吉林工业大学沈景明主编：《机灭工业技术经济学》机械工业出版社1981，2、武汉医学院主编：《(病理学》人民卫生出版社1979+3，C英3A．凯利c裳丁业生产的维修管理》机械工：业出版社1982-4、亡英)J·H呼J5帕断一史密斯：《机械的可靠性一一可靠性数据资料的应用》图出工业出版社1981。5、电视讲座：C全面质量管理号科普出版社198]。

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