数控机床可靠制造新范式：由“功能上的可能”升级为“性能上的可靠”

doi:10.3901/JME.2025.12.293

机械工程学报 ›› 2025, Vol. 61 ›› Issue (12): 293-304.doi: 10.3901/JME.2025.12.293

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数控机床可靠制造新范式：由“功能上的可能”升级为“性能上的可靠”

刘志峰^1,2,3, 陈传海^1,2,3, 郭劲言^1,2,3, 黎志杰^1,2,3

1. 数控装备可靠性教育部重点实验室长春 130025;
2. 吉林省高端数控装备先进制造与智能技术重点实验室长春 130025;
3. 吉林大学机械与航空航天工程学院长春 130025

收稿日期:2025-01-20 修回日期:2025-04-30 出版日期:2025-06-20 发布日期:2025-08-07
作者简介:刘志峰，男，1973年出生，博士，教授，博士研究生导师。主要研究方向为高端数控装备可靠性、智能制造E-mail：lzfjlu@jlu.edu.cn;陈传海，男，1983年出生，博士，教授，博士研究生导师。主要研究方向为高端数控装备可靠性;Email：cchchina@foxmail.com;郭劲言(通信作者)，女，1993年出生，博士，副教授，博士研究生导师。主要研究方向为高端数控装备可靠性;Email：gjy_jlu@163.com;黎志杰，男，1998年出生，博士研究生。主要研究方向为高端数控装备可靠性E-mail：906140316@qq.com
基金资助:
国家自然科学基金资助项目(U23B20104)。

New Paradigm for Reliable Manufacturing of CNC Machine Tools：Upgrading from “Functional Possibilities” to “Performance Reliability”

LIU Zhifeng^1,2,3, CHEN Chuanhai^1,2,3, GUO Jinyan^1,2,3, LI Zhijie^1,2,3

1. Key Laboratory of CNC Equipment Reliability, Ministry of Education, Changchun 130025;
2. Jilin Provincial Key Laboratory of Advanced Manufacturing and Intelligent Technology for High-end CNC Equipment, Changchun 130025;
3. School of Mechanical and Aerospace Engineering, Jilin University, Changchun 130025

Received:2025-01-20 Revised:2025-04-30 Online:2025-06-20 Published:2025-08-07

摘要/Abstract

摘要： 数控机床作为高端制造的核心装备，其可靠制造是现代制造业发展的关键与基础。传统机床制造主要关注“功能上的可能”，即实现数控机床的基本功能。然而，随着智能制造和高端装备的迅速发展，单纯满足功能要求已无法应对复杂制造工况环境需求的挑战。因此，提出了一种全新的数控机床可靠制造范式，将关注重点从“功能上的可能”转向“性能上的可靠”。该范式基于可靠性正向设计、可靠性制造过程控制、可靠性试验体系优化、服役健康管理等全生命周期关键技术，通过建立多学科协同的创新机制，系统地提升机床的性能可靠性和稳定性,旨在为数控机床行业提供新的理论指导和技术路径，助力高端装备制造业的可持续发展。

关键词: 数控机床, 可靠制造, 全生命周期, 关键技术

Abstract: Numerical control machine tools, as the core equipment in high-end manufacturing, are crucial and fundamental to modern manufacturing development. Traditional machine tool manufacturing mainly focuses on the “functional possibility”, i.e., satisfying the basic functionalities of NC machine tools. However, with the rapid advancement of intelligent manufacturing and high-end equipment, simply meeting functional requirements can no longer address the challenges of increasingly complex manufacturing environments. Therefore, this paper proposes a novel paradigm for reliable manufacturing of NC machine tools, shifting the focus from “functional possibility” to “performance reliability”. Based on key life-cycle technologies, including forward reliability design, reliability process control, an optimized reliability testing system, and in-service health management, this paradigm establishes an innovative, multidisciplinary collaborative mechanism to systematically enhance the performance reliability and stability of machine tools. It aims to provide new theoretical guidance and technical pathways for the NC machine tool industry, thereby supporting the sustainable development of high-end equipment manufacturing.

Key words: CNC machine tools, reliable manufacturing, whole lifecycle, key technologies

中图分类号:

TG659

刘志峰, 陈传海, 郭劲言, 黎志杰. 数控机床可靠制造新范式：由“功能上的可能”升级为“性能上的可靠”[J]. 机械工程学报, 2025, 61(12): 293-304.

LIU Zhifeng, CHEN Chuanhai, GUO Jinyan, LI Zhijie. New Paradigm for Reliable Manufacturing of CNC Machine Tools：Upgrading from “Functional Possibilities” to “Performance Reliability”[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2025, 61(12): 293-304.

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参考文献

[1] 刘志峰，滕学政，刘炳业，等. 高端数控机床的现状和发展[J]. 机床与液压，2024，52(22)：1-7 LIU Zhifeng，TENG Xuezheng，LIU Bingye，et al. Current situation and development of high-end CNC machine tools[J]. Machine Tool & Hydraulics，2024，52(22)：1-7
[2] 胡晓波. 基于元动作单元的数控机床故障分析与维修决策研究[D]. 重庆：重庆大学，2020. HU Xiaobo. Research on failure analysis and repair decision making of CNC machine tools based on meta-action units[D]. Chongqing：Chongqing University，2020.
[3] 王先芝，芮执元，任丽娜. 基于三角模糊数TOPSIS法的数控机床危害性分析[J]. 机械设计，2017，34(3)：48-53. WANG Xianzhi，RUI Jiyuan，REN Lina. Hazard analysis of CNC machine tools based on triangular fuzzy number TOPSIS method[J]. Machine Design，2017，34(3)：48-53.
[4] 胡炜. 考虑多元因素影响的数控机床故障过程建模与评估方法[D]. 长春：吉林大学，2022. HU Wei. A method for modeling and evaluating the failure process of CNC machine tools considering the influence of multiple factors[D]. Changchun：Jilin University，2022.
[5] 康永博. 数控齿轮机床的可靠性分配与评估研究[D]. 北京：北京工业大学，2022. KANG Yongbo. Research on reliability assignment and evaluation of CNC gear machine tools[D]. Beijing：Beijing Institute of Technology，2022.
[6] 段佳瑞. 考虑故障相关性的数控机床可靠性分配方法研究[D]. 长春：吉林大学，2023. DUAN Jarui. Research on reliability allocation method of CNC machine tools considering fault correlation[D]. Changchun：Jilin University，2023.
[7] 钟源. 考虑多元因素影响的数控机床精细化可靠性分配方法研究[D]. 长春：吉林大学，2023. ZHONG Yuan. Research on refined reliability allocation method of CNC machine tools considering the influence of multiple factors[D]. Changchun：Jilin University，2023.
[8] 宋婷婷，赵子任，杜世昌，等. 基于马尔科夫模型的关联多工序装配系统装配质量分析[J]. 上海交通大学学报，2018，52(3)：324-331. SONG Tingting，ZHAO Ziren，DU Shichang，et al. Assembly quality analysis of associative multi-process assembly system based on Markov model[J]. Journal of Shanghai Jiao Tong University，2018，52(3)：324-331.
[9] 张根保，葛红玉，刘佳，等. 可靠性驱动的装配过程建模及预测方法[J]. 计算机集成制造系统，2012，18(2)：349-355. ZHANG Genbao，GE Hongyu，LIU Jia，et al. Reliability-driven assembly process modeling and prediction method[J]. Computer Integrated Manufacturing Systems，2012，18(2)：349-355.
[10] 吴军，邓超，邵新宇，等. 基于加工动力学模型的工艺可靠性仿真方法[J]. 系统工程理论与实践，2011，31(7)：1403-1408. WU Jun，DANG Chao，SHAO Xinyu，et al. A process reliability simulation method based on machining dynamics model[J]. Systems Engineering Theory and Practice，2011，31(7)：1403-1408.
[11] 孔繁森. 制造系统可靠性分析的框架与动力学机制[J].机械工程学报，2020，56(20)：223-236. KONG Fansen. A framework and dynamical mechanism for reliability analysis of manufacturing systems[J]. Journal of Mechanical Engineering，2020，56(20)：223-236.
[12] 贾玉辉. 生产线可用性的指标体系及其建模[D]. 长春：吉林大学，2018. JIA Yuhui. Indicator system of production line availability and its modeling[D]. Changchun：Jilin University，2018.
[13] 柳剑. 制造系统运行可靠性分析与维修保障策略研究[D]. 重庆：重庆大学，2014. LIU Jian. Research on operation reliability analysis and maintenance assurance strategy of manufacturing system[D]. Chongqing：Chongqing University，2014.
[14] 李娟. 面向制造过程的质量与可靠性联合优化研究[D].重庆：重庆大学，2017. LI Juan. Research on joint optimization of quality and reliability for manufacturing process[D]. Chongqing：Chongqing University，2017.
[15] 池佳伟. M数控车床典型工况的载荷谱编制方法研究[D]. 长春：吉林大学，2022. CHI Jiawei. Research on the preparation method of load spectrum for typical working conditions of M CNC lathe[D]. Changchun：Jilin University，2022.
[16] 黄鑫. 数控车床切削力载荷谱的采集与编制[D]. 沈阳：东北大学，2018. HUANG Xin. Acquisition and preparation of cutting force load spectrum of CNC lathe[D]. Shenyang：Northeastern University，2018.
[17] 熊苗. 基于数控机床KPI的关键滚动功能部件载荷谱试验及应用研究[D]. 南京：南京理工大学，2020. XIONG Miao. Experimental and applied research on load spectrum of key rolling functional components based on KPI of CNC machine tools[D]. Nanjing：Nanjing University of Science and Technology，2020.
[18] 陈栋樑. 弧齿锥齿轮机床载荷谱编制研究[D]. 重庆：重庆理工大学，2021. CHEN Dongliang. Study on the load spectra of curved bevel gear machine tools[D]. Chongqing：Chongqing University of Technology，2021.
[19] 郭劲言. 模型不确定的电主轴加速退化试验多目标优化设计方法[D]. 长春：吉林大学，2021. GUO Jinyan. Multi-objective optimization design method for accelerated degradation test of electric spindles with model uncertainty[D]. Changchun：Jilin University，2021.
[20] 朱晓，冉琰，张根保，等. 数控机床的可靠性评估方法综述[J]. 兵器装备工程学报，2023，44(8)：88-97. ZHU Xiao，RAN Yan，ZHANG Genbao，et al. An overview of reliability assessment methods for CNC machine tools[J]. Journal of Engineering of Armament Equipment，2023，44(8)：88-97.
[21] 马晓琳. 面向离合器装配的质量监控及过程能力指数研究[D]. 天津：天津科技大学，2022. MA Xiaolin. Research on quality control and process capability index for clutch assembly[D]. Tianjin：Tianjin University of Science and Technology，2022.
[22] 杨恺霖. 制造数据与工艺知识库构建及应用技术研究[D]. 西安：西安电子科技大学，2022. YANG Kailin. Research on manufacturing data and process knowledge base construction and application technology[D]. Xi’an：Xi’an University of Electronic Science and Technology，2022.
[23] 朱本正. 卧式数控车床制造一致性分析与评价研究[D].长春：吉林大学，2024. ZHU Benzheng. Research on manufacturing consistency analysis and evaluation of horizontal CNC lathe[D]. Changchun：Jilin University，2024.
[24] JIN T，CHEN C，GUO J，et al. Double-classifier adversarial learning for fault diagnosis of rotating machinery considering cross domains[J]. Mechanical Systems and Signal Processing，2024，216：111490.
[25] LIN Z，LIU Z，YAN J，et al. Digital thread-driven cloud-fog-edge collaborative disturbance mitigation mechanism for adaptive production in digital twin discrete manufacturing workshop[J]. International Journal of Production Research，2024，1(1)：1-29.

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[1]	柯庆镝, 张振, 薛冰, 李自生. 基于人员动态特征的绿色设计知识主动推送方法[J]. 机械工程学报, 2026, 62(7): 343-362.
[2]	唐首臣, 钟祾充, 郭彩玲, 王智, 刘辉, 刘喜平, 王德伦. 真实机构运动分析综合与机床精度测评理论基础[J]. 机械工程学报, 2025, 61(21): 75-99.
[3]	孙光明, 韩冰, 张大卫, 田文杰, 郭鑫, 赵坚, 何改云, 高卫国, 苏喆. 面向误差补偿的数控机床空间误差建模与辨识方法研究进展[J]. 机械工程学报, 2025, 61(19): 202-228.
[4]	陶永, 万嘉昊, 王田苗, 熊友军, 王柏村, 张文博, 邓昌义, 陶雨, 杨赓, 魏洪兴. 构建具身智能新范式：人形机器人技术现状及发展趋势综述[J]. 机械工程学报, 2025, 61(15): 121-147.
[5]	赵泽田, 胡炳涛, 冯毅雄, 宋秀菊, 谭建荣. 复杂产品全生命周期价值链协同：理论、进展与趋势[J]. 机械工程学报, 2025, 61(13): 96-119.
[6]	石照耀, 俞志勇, 程慧明, 于渤, 左广祥. 精密减速器试验台的精度性能评价体系[J]. 机械工程学报, 2024, 60(16): 62-72.
[7]	吴秀丽, 马隆洲, 向东, 唐英. 面向退役机电产品全生命周期的知识图谱统一建模方法研究[J]. 机械工程学报, 2023, 59(7): 52-67.
[8]	佀传瑞, 成金鑫, 陈志同, 张云, 朱正清, 陈明升. 基于椭圆拓扑变换的叶片二维叶型参数化方法[J]. 机械工程学报, 2023, 59(7): 81-91.
[9]	冉琰, 田轲, 窦一凡, 金传喜, 张根保, 慕宗燚. 数控机床元动作链运动误差传递及综合精度建模[J]. 机械工程学报, 2023, 59(23): 211-220.
[10]	王天鸶, 郭城志, 吴宝坤, 裴磊. 适用于全生命周期容量损失机制诊断的锂离子电池OCV老化模型研究[J]. 机械工程学报, 2023, 59(22): 124-139.
[11]	杨兆军, 何佳龙, 刘志峰, 李国发, 陈传海. 数控机床可靠性技术新进展[J]. 机械工程学报, 2023, 59(19): 152-163.
[12]	陶飞, 张辰源, 刘蔚然, 张贺, 马昕, 高鹏飞, 张建康. 数字工程及十个领域应用展望[J]. 机械工程学报, 2023, 59(13): 193-215.
[13]	黄祖广, 王舒辉, 王金江, 张凤丽. 基于RAMS的数控机床综合评价方法研究[J]. 机械工程学报, 2022, 58(9): 218-230.
[14]	张建涛, 刘志峰, 李彦生, 姜凯, 杨聪彬, 张彩霞. 基于相似理论的重型数控机床-基础系统位移变形研究[J]. 机械工程学报, 2022, 58(7): 309-316.
[15]	来鑫, 陈权威, 顾黄辉, 韩雪冰, 郑岳久. 面向“双碳”战略目标的锂离子电池生命周期评价：框架、方法与进展[J]. 机械工程学报, 2022, 58(22): 3-18.