鑄造生產(chǎn)是極其復雜的工藝系統(tǒng)．提高鑄件質(zhì)量是國內(nèi)外儔造廠家面臨的首要問題．鑄件質(zhì)量包括鑄件缺陷的預防和消除兩個方面．人們在解決某些鑄件缺陷方面取得一些成績，近年來隨著計算機及故障樹分析(FTA)技術(shù)的推廣，使從系統(tǒng)分析角度研究儔造缺陷成為可能．作者從1987年開始從事的這方面的研究工作．
1故障樹分析法
系統(tǒng)故障樹是一種特殊的因果關(guān)系圖．它用邏輯門(與門，或門等)和規(guī)定符號描述系統(tǒng)中各事件問的因果關(guān)系．邏輯門的輸人事件是因，輸出事件為果．FTA分析法太致分以下步驟進行：
1)定義系統(tǒng)故障的分析目標，即故障樹的頂事件．
2)以頂事件為目標，建造系統(tǒng)故障樹．
3)求解系統(tǒng)故障樹的全體most小割集和most小路集，定性分析系統(tǒng)故障的全部失效模式和各基本事件對系統(tǒng)故障影響的主次關(guān)系，即FTA的定性分析．
4)故障樹的定量分析，即求解頂事件的發(fā)生概率、各基本事件的概率重要度和關(guān)鍵重要度等．
任何一種鑄造缺陷都可以看成是鑄造工藝系統(tǒng)的一種故障，用一棵以該缺陷為頂事件的系統(tǒng)故障樹來描述，然后利用故障樹的邏輯關(guān)系圖，通過數(shù)學手段找出系統(tǒng)故障的全部失效模式，即鑄件缺陷產(chǎn)生的各種途徑．同時，利用故障樹定量分析方法，預報鑄件缺陷發(fā)生的概率以及各工藝環(huán)節(jié)對該缺陷的影響程度，從而達到優(yōu)化鑄造工藝，提高鑄件質(zhì)量的目的．
然而，基于鑄造工藝的復雜性，鑄造缺陷的故障樹往往十分龐大，給一般微機用戶的應(yīng)用帶來困難(即“NP”困難)．文獻Eli首先提出了利用剖集矩陣簡化FTA微機分析的新算法，本文實例的FTA處理均采用這一套軟件．
2鑄件錯型缺陷的故障樹分析
鑄件錯型是常見的鑄件缺陷．造成鑄件錯型有設(shè)備、工裝、操作等因素及其組臺作用的結(jié)果．將鑄件錯型作為系統(tǒng)故障樹的頂事件，以某廠亨特水平分型脫箱造型生產(chǎn)線為對象，建立鑄件錯型系統(tǒng)故障樹，見圖1．
圖中用[*]表示邏輯與門，用[+]表示邏輯或門；用大于l000的序號如1001，l002等表示邏輯門號，用小于1000的序號如1，2……表示基本事件號．這些數(shù)據(jù)及門種類就是故障樹微機輔助分析的輸人數(shù)據(jù)．
2．1定性分析
表1是圖1故障樹定性分析結(jié)果．因為頂事件是錯型缺陷，故其全體most小割集就是亨特機上鑄件錯型缺陷產(chǎn)生的全部途徑，共有l(wèi)4種可能．
表中的每一行都是一個most小剖集．根據(jù)故障樹most小割集的定義，表中的任一行都是鑄件錯型缺陷產(chǎn)生的途徑．當亨特機上出現(xiàn)鑄件錯型時，就可以按表1逐項檢查并加以排除．
2．2定量分析
頂事件發(fā)生率決定于故障樹的結(jié)構(gòu)和各基本事件的不可靠度．由圖1定量分析結(jié)果得知，若各基本事件的不可靠度均為Q—0.O1，則鑄件錯型缺陷的廢品率為6.8%，若將各基本事件的不可靠度降為Q=0.0Ol，則其廢品率降為0.7%，即可消除錯型缺陷．
表2是圖1故障樹各基本事件概率重要度和關(guān)鍵重要度的計算結(jié)果．
圖1 亨特機上出現(xiàn)的鑄件錯型失效樹
按概率重要度的大小順序，各基本事件對鑄件錯型缺陷的影響大小為：(3，4，5，6，7，14，15)>(8)>(12，13)>(1，2)>(11)>(10，9)，(同括號中其重要度相同)．概率重要度值越大，說明它對頂事件的影響也越大．因此，要減少鑄件錯型缺陷，應(yīng)從提高具有較大概率重要度的基本事件可靠度人手．同時，當系統(tǒng)故障出現(xiàn)時，也應(yīng)按其大小順序?qū)ふ也⑴懦收显颍?/P>
3球鐵皮下氣孔故障樹分析
球鐵皮下氣孔是球鐵生產(chǎn)中most常見的鑄造缺陷，目前，國內(nèi)外對皮下氣孔形成機理的認識尚不統(tǒng)一，各種皮下氣孔形成理論還不能準確有效地指導生產(chǎn)實踐．本文在皮下氣孔形成機理的基礎(chǔ)上，從系統(tǒng)分析的角度出發(fā)，將導致皮下氣孔的各種因素作為基本事件，根據(jù)彼此問的邏輯關(guān)系，建立以皮下氣孔為頂事件的皮下氣孔故障樹．
3．1皮下氣孔形成機理及其故障樹
目前對球鐵皮下氣孔的形成大致可歸納為反應(yīng)析出機理、渣氣孔機理、微觀侵入機理等3種．本文結(jié)合現(xiàn)場經(jīng)驗，建造了球鐵皮下氣孔故障樹，其過程大致如圖2所示。
第一步以球鐵皮下氣孔缺陷為頂事件，由于皮下氣孔是以“氣桉形成”且“長大”并“上浮至表皮下不能逸出”為直接原因，故由頂事件通過與門引出3個中間事件．如圖2a所示．
第二步以其中“形核”為例，氣泡形核以異質(zhì)形核為主，即借助氣泡形核或借助微粒形核，故用或門相連．如圖2b所示．
第三步借助固體微粒形核”可分成反應(yīng)析出型”，渣氣孔型”和微觀侵入型”3種，故用或門引出，如圖2c．
第四步對于渣氣孔型，是在“鐵水中存在難熔質(zhì)點”和“產(chǎn)物氣體cO過飽和”的二者共同作用下形成，故用與門引出，如圖2d．
第五步“鐵水中存在難熔質(zhì)點”可能由“鐵水CE值偏高”(存在大量石墨)，“球化荊加入量過大”，“孕育劑加入量大”，“冒口不能有效集渣排氣”等原因造成的，故用或門連接，如圖2e．
圖中這4個事件已是生產(chǎn)中可獨立控制的單元，無需再查找其產(chǎn)生原因，所以它們可以是故障樹的基本事件．
依此類推就可以建成較完整的球鐵皮下氣孔缺陷故障樹．
3．2球鐵皮下氣孔缺陷故障樹分析結(jié)果討論
由于故障樹是在3種典型機理基礎(chǔ)上建立的，同時考慮鐵水澆注溫度是皮下氣孔形成的一個重要因紊，為了便于處理，本研究對原故障樹按分解定理和邏輯簡化，建立了較高溫度下的皮下氣孔故障樹D。和較低溫度下的故障樹D20。并將D10樹按3種典型機理分割為較高溫度下的反應(yīng)析出氣孔故障樹D11，渣氣孔故障樹D12，微觀侵入氣孔故障樹D13，將D20樹分割為較低溫度下的反應(yīng)析出氣孔故障樹D21，渣氣孔故障樹D22，微觀侵入氣孔故障樹D23-5，在這里稱原故障樹為總樹；D10，D20為為分割總樹，表3是以上各故障樹定性分析的統(tǒng)計結(jié)果．
為了便于分析不同溫度條件下各種皮下氣孔形成機理間的主次關(guān)系和表現(xiàn)形式，本研究定義了割集置信度K1，割集有效度Kz和模式可靠度K3，用以衡量3種典型皮下氣孔在不同溫度下出現(xiàn)的可能性．
設(shè)分割總樹的most小割集數(shù)為N，分樹most小割集為Ni，分樹most小害j集中與總樹相同者為Nn，GQ為分割總樹的頂事件概率，GQ為分樹頂事件概率，則定義：
分樹i的割集置信度表示分樹本身的置信程度，即k1=Nn/Ni；
分樹i的割集有效度描述分樹在總樹中的有效程度，即K2i=Nn/N,
分樹i的模式可靠度反映分樹模式相對于總樹的可靠程度，即K3i=GQt／GQ．
由表3的置信度可知，在鐵水溫度較高的條件下(表中D10～D13)，其置信度和有效度的大小順序為：反應(yīng)析出型>渣氣孔型>微觀侵人型．說明鐵水溫度較高時，球鐵皮下氣孔的主要表現(xiàn)形式是反應(yīng)析出型氣孔，其次是渣氣孔，微觀侵入型氣孔幾乎不會出現(xiàn)．這是因為鐵水溫度較高時，侵人的氣體由于鐵水溫度高而有較充分的逸出機會．
當鐵水溫度較低時，氣孔的表現(xiàn)形式為渣氣孔型>反應(yīng)析出型>微觀侵人型，即皮下氣孔主要表現(xiàn)形式為渣氣孔，其次是反應(yīng)析出型氣孔，再攻是微觀侵人型氣孔．這是因為，當澆注溫度較高時，砂型及型腔內(nèi)部氧化一熱分解反應(yīng)激烈，產(chǎn)生大量氣體而導致形成反應(yīng)析出型氣孔的機率增加；當澆注溫度較低時，由于鐵水粘度大，流動性下降，渣氣難以逸出并依附于各種熔渣形核長大，故渣氣孔為皮下氣孔的主要表現(xiàn)形式．同時，在鐵水溫度較低的條件下，反應(yīng)析出型氣孔和微觀侵人型氣孔出現(xiàn)的概率也比較大．
可見鐵水溫度是出現(xiàn)皮下氣孔的一個極為重要的工藝因素．以上分析結(jié)果與球鐵生產(chǎn)實際基本吻合．
表4是故障樹定量分析的部分結(jié)果，即頂事件發(fā)生概率和模式可靠度．
從表4中的模式可靠度可以看出，在較高溫度條件下反應(yīng)析出型氣孔的模式可靠度和在較低溫度下，渣氣孔的模式可靠度均與各自的分割總樹相近，從而又表明，鐵水溫度過高時，反應(yīng)析出氣孔是皮下氣孔的主要表現(xiàn)形式，鐵水溫度較低時，渣氣孔是皮下氣孔的主要表現(xiàn)形式，與定性分析結(jié)果一致．
本研究還計算了分割總樹D10，D20及各自的分樹的關(guān)鍵重要度．其結(jié)果表明，各基本事件關(guān)鍵重要度的大小順序有較太的差別．這說明溫度條件將明顯改變基本事件對皮下氣孔的影響程度，使皮下氣孔的表現(xiàn)形式發(fā)生變化，從而進一步證實，不同的澆注溫度，球鐵的皮下氣孔有不同的形成模式．
可見，在球鐵皮下氣孔缺陷分析中應(yīng)用FTA技術(shù)，不僅可以較準確地找到該缺陷的各種失效模式，還可以比較客觀地揭示出不同的鐵水溫度下皮下氣孔形成模式發(fā)生變化的規(guī)律性．為進一步研究球鐵皮下氣孔形成機理提供一種有效方法．
4結(jié)語
作者在FTA基礎(chǔ)理論研究的基礎(chǔ)上，已將FTA技術(shù)應(yīng)用于鑄造車間的設(shè)備設(shè)計、皮帶輸送機的故障分析、機械控制系統(tǒng)的故障分析和高臺金材料的研制中，均取得滿意的效果。
1)在鑄造生產(chǎn)中，尤其在各種鑄件缺陷分析、工藝設(shè)計改進、設(shè)備及控制系統(tǒng)的故障診斷和維修以及生產(chǎn)管理的改善等方面成功的應(yīng)用了FTA技術(shù)．
2)FTA應(yīng)用于鑄造，可以幫助鑄造技術(shù)人員拓寬和明晰解決技術(shù)問題的思路，獲得新的啟示和理論．
3)FTA簡單易行，這一套新的生產(chǎn)管理及缺陷分析方法在鑄造領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，將帶來較大的經(jīng)濟效益和社會效益．
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