淺談電氣自動(dòng)化控制設(shè)備可靠性測試的方法

張偉林　宋修臣

摘要: 如何進(jìn)一步提高帶有半導(dǎo)體器件的電氣傳動(dòng)及自動(dòng)化控制設(shè)備的可靠性一直是生產(chǎn)廠和用戶十分關(guān)注的問題。對此，國家電控配電設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心結(jié)合我國現(xiàn)狀提出了電控及自動(dòng)化設(shè)備的可靠性測試方法，以指導(dǎo)設(shè)計(jì)和工藝的改進(jìn)。本文就此問題做以簡單討論。

關(guān)鍵詞:電氣自動(dòng)化控制設(shè)備可靠性測試

0 引言

如何進(jìn)一步提高帶有半導(dǎo)體器件的電氣傳動(dòng)及自動(dòng)化控制設(shè)備的可靠性一直是生產(chǎn)廠和用戶十分關(guān)注的問題。國家電控配電設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心為了評價(jià)我國生產(chǎn)的電控及自動(dòng)化設(shè)備的可靠性，致力于找出影響可靠性指標(biāo)的關(guān)鍵因素，以指導(dǎo)設(shè)計(jì)和工藝的改進(jìn)，結(jié)合我國現(xiàn)狀提出電控及自動(dòng)化設(shè)備的可靠性測定和可靠性試驗(yàn)方法，以對產(chǎn)品的可靠進(jìn)行研究。

1 可靠性測試的主要方法

要取得電控及自動(dòng)化設(shè)備的可靠性等征量定量地評價(jià)其水平，首先要決定一個(gè)測試方法，根據(jù)國家電控配電設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心提出的測試方法，當(dāng)前常用的可靠性測試方法主要有以下幾種。

1.1 試驗(yàn)室測試方法在試驗(yàn)室內(nèi)，用一種規(guī)定的可控的工作條件和環(huán)境條件，模擬現(xiàn)場的使用條件，使被測設(shè)備如同現(xiàn)場所遇到的環(huán)境應(yīng)力進(jìn)行試驗(yàn)，將累計(jì)的時(shí)間和累計(jì)失效數(shù)等其它數(shù)據(jù)通過數(shù)理統(tǒng)計(jì)得到可靠性指標(biāo)這是一種模擬可靠性試驗(yàn)，這種試驗(yàn)方法試驗(yàn)條件易于控制所得數(shù)據(jù)質(zhì)量高所得試驗(yàn)結(jié)果可以再現(xiàn)，可以分析，但受試驗(yàn)條件的限制很難得到與真實(shí)情況相對應(yīng)的數(shù)據(jù)，同時(shí)試驗(yàn)費(fèi)用昂貴，由于這種試驗(yàn)一般都需要較多的試品，所以還要考慮到被試產(chǎn)品的生產(chǎn)批量與成本因素，因此這種試驗(yàn)方法比較適用于大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品。

1.2 保證試驗(yàn)方法該方法是在產(chǎn)品出廠前將產(chǎn)品在規(guī)定條件下進(jìn)行無故障的工作試驗(yàn)，俗稱烤機(jī)，我們研究的電控設(shè)備通常由大量的元器件組成，它的故障模式是一種不以某幾種故障為主的，隨機(jī)的，多樣化的形式來顯現(xiàn)出來的，因此它的故障服從指數(shù)分布，也就是說它的失效率具有隨著時(shí)間變化的特性。我們在試驗(yàn)室內(nèi)對出廠前的產(chǎn)品進(jìn)行烤機(jī)，實(shí)際上就是對產(chǎn)品的早期失效進(jìn)行測試考核，通過對產(chǎn)品的改進(jìn)，使失效率達(dá)到某一項(xiàng)規(guī)定指標(biāo)后再出廠。這項(xiàng)試驗(yàn)主要是一種可靠性保證試驗(yàn)，而且所需的時(shí)間長，對大量生產(chǎn)的產(chǎn)品來說，它只能用于設(shè)備的樣本，對小量，大系統(tǒng)生產(chǎn)的產(chǎn)品來說，它可用于所有產(chǎn)品。這種試驗(yàn)方法對電路復(fù)雜，可靠性要求較高臺數(shù)又少的電控及自動(dòng)化設(shè)備比較適用。

1.3 現(xiàn)場測試方法通過對設(shè)備在使用現(xiàn)場進(jìn)行的可靠性測試記錄各種可靠性數(shù)據(jù)，然后根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法得出設(shè)備可靠性指標(biāo)的一種方法。該方法的特點(diǎn)是試驗(yàn)需要的試驗(yàn)設(shè)備比較少，工作環(huán)境真實(shí)，其測試所得數(shù)據(jù)能真實(shí)反映產(chǎn)品，在實(shí)際使用情況下的可靠性，維護(hù)性等參數(shù)，且需要的直接費(fèi)用少，受試設(shè)備可以正常工作使用。不利之處是不能在受控的條件下進(jìn)行試驗(yàn)、外界影響因素繁雜，不可控，試驗(yàn)條件的再現(xiàn)性比試驗(yàn)室的再現(xiàn)性差。

現(xiàn)場測試分為三種情況:一種是在線測試，測試設(shè)備不停止運(yùn)行；一種是停機(jī)測試，被測試設(shè)備停止運(yùn)行；第三種為脫機(jī)測試，將被測部件從運(yùn)行現(xiàn)場取出，放到專用的測試裝備上進(jìn)行測試。從測試技術(shù)角度上說，后二者更容易進(jìn)行各種測試；對于復(fù)雜系統(tǒng)來說，往往故障和問題需要在設(shè)備運(yùn)行時(shí)才能發(fā)現(xiàn)和定位，必須進(jìn)行在線測試。究竟采取哪種方式進(jìn)行現(xiàn)場測試，取決于故障狀況和實(shí)際應(yīng)用是否允許立即停機(jī)。

現(xiàn)場測試和試驗(yàn)室測試的最大區(qū)別就是測試設(shè)備難以安裝和連接:線路板封閉在機(jī)箱中，測試信號線很難引入，即使設(shè)備外殼上留有測試插座，測試信號線也需要很長，傳統(tǒng)的在線仿真器在現(xiàn)場測試中無法使用。另一方面，現(xiàn)場往往沒有實(shí)驗(yàn)室里的各種測試儀器和設(shè)備，因此，必須有更好的方法和手段來完成測試。

2 可靠性測試方法的選擇

如何選擇可靠性測試方法，可以從試驗(yàn)場地、試驗(yàn)環(huán)境、試驗(yàn)產(chǎn)品、試驗(yàn)測試程序等幾個(gè)方面來推斷。

2.1 試驗(yàn)場地的選擇 對于場地的選擇還要遵循一定的原則，即如果要考核可靠性水平不低于某一指標(biāo)時(shí)應(yīng)選擇最嚴(yán)酷的試驗(yàn)場地，如果是為了測定正常使用條件下的可靠性水平，則應(yīng)選擇工作環(huán)境最為典型的試驗(yàn)場地，如果為了提供可靠的可比性資料，則應(yīng)選擇有著相同或近似的試驗(yàn)條件的場地。

2.2 試驗(yàn)環(huán)境的選擇 由于電控產(chǎn)品的工況差異很大，選擇了非惡劣的場地，設(shè)備工作在一般應(yīng)力下，以保證測試的客觀性。

2.3 試驗(yàn)產(chǎn)品的選擇 這方面的特點(diǎn)要有典型性。包含的品種也很多，造紙機(jī)電控設(shè)備、紡織機(jī)電控設(shè)備、礦井提升機(jī)電控設(shè)備。從性質(zhì)上講，產(chǎn)品屬性有大型設(shè)備、中小型設(shè)備。從工作運(yùn)行情況看，既有連續(xù)運(yùn)行設(shè)備又有間斷運(yùn)行設(shè)備。

2.4 試驗(yàn)的測試程序 要有一個(gè)統(tǒng)一的試驗(yàn)程序，并由現(xiàn)場試驗(yàn)人員嚴(yán)格執(zhí)行。如試驗(yàn)起始結(jié)束時(shí)間，時(shí)間間隔的確定，數(shù)據(jù)的采集，各種性能指標(biāo)的記錄，保障情況的汜錄，保障的排除等。都應(yīng)有嚴(yán)格規(guī)范，這樣才能保證測試的準(zhǔn)確性、可信性。

2.5 試驗(yàn)的組織工作 這是試驗(yàn)工作中關(guān)鍵的一環(huán)，要有一個(gè)高效、嚴(yán)密的組織機(jī)構(gòu)，它肩負(fù)著對各分散試驗(yàn)場地的管理、組織工作。對試驗(yàn)數(shù)據(jù)的收集、整理工作。對試驗(yàn)人員的選定，試驗(yàn)工作的協(xié)調(diào)，試驗(yàn)報(bào)告的分析，及至最后試驗(yàn)結(jié)果的判定工作，還要通過這個(gè)組織把現(xiàn)場工程師、可靠性設(shè)計(jì)工程師、制造工程師聯(lián)系在一起。我們的工作開展就是由行業(yè)歸口牽頭，由科研管理人員、行業(yè)管理人員、試驗(yàn)人員共同組織了一個(gè)管理機(jī)構(gòu)，對現(xiàn)場的測試進(jìn)行全面管理，這樣會收到比較好的效果。

3 現(xiàn)場可靠性測試方法

現(xiàn)場可靠性測試方法是一種較為實(shí)用的測試方法，通過現(xiàn)場測試，可以收集數(shù)據(jù)，對收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)分析，可得出故障工作時(shí)間，并做評估和制定考核指標(biāo)的依據(jù)。

3.1 現(xiàn)場可靠性測試目的：①收集現(xiàn)場可靠性數(shù)據(jù)，進(jìn)行可靠性評估，為制定合理的可靠性考核指標(biāo)提供依據(jù)。②收集現(xiàn)場的可靠性數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)理統(tǒng)計(jì)后得到可靠性數(shù)據(jù)指標(biāo)。③收集設(shè)備上元器件的可靠性數(shù)據(jù)，為今后元器件的使用提出可靠性指標(biāo)。④對設(shè)備的壽命特性進(jìn)行考查，可幫助確定出廠時(shí)設(shè)備進(jìn)行的烤機(jī)時(shí)間。⑤收集現(xiàn)場的設(shè)備維修性數(shù)據(jù)，進(jìn)行維修性評估。

3.2 現(xiàn)場可靠性試驗(yàn)的條件:試驗(yàn)方法首先要求設(shè)備生產(chǎn)廠管理制度比較完善，工藝條件比較穩(wěn)定和成熟，元器件進(jìn)貨渠道比較正規(guī)，制造的產(chǎn)品有品質(zhì)保證，對于用戶工廠，被測試設(shè)備的使用廠，要求設(shè)備的工作條件符合產(chǎn)品的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，最好是用戶使用的電控及自動(dòng)化設(shè)備量比較多一些，以使統(tǒng)計(jì)數(shù)字更為可靠。

3.3 可靠性數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析：依據(jù)收集到的可靠性數(shù)據(jù)，按照電控設(shè)備可靠性指標(biāo)體系的要求，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，計(jì)算有關(guān)可靠性特征，根據(jù)收集的數(shù)據(jù)通過統(tǒng)計(jì)計(jì)算表明，典型的國產(chǎn)電控及自動(dòng)化設(shè)備的平均無故障工作時(shí)間。

4 結(jié)論

綜上所述，由于電控及自動(dòng)化設(shè)備特殊性，產(chǎn)量小，品種多，對其進(jìn)行試驗(yàn)室測試有一定的困難，所以采用現(xiàn)場測試比較實(shí)際，但現(xiàn)場測試也有缺點(diǎn)。因此，搞一些試驗(yàn)室測試并且通過對試驗(yàn)室測試所獲得的可靠性數(shù)據(jù)與現(xiàn)場可靠性測試所獲得數(shù)據(jù)進(jìn)行比較更準(zhǔn)確地判定設(shè)備的可靠性程度。總之，現(xiàn)場可靠性試驗(yàn)適合我國的國情。試驗(yàn)室試驗(yàn)是未來發(fā)展的方向。

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