分析數(shù)字化自動(dòng)化設(shè)備的可靠性

崔 峰

（哈爾濱博實(shí)自動(dòng)化股份有限公司制造分公司，哈爾濱 150001）

隨著時(shí)代的不斷發(fā)展，我國(guó)自動(dòng)化設(shè)備也在不斷推進(jìn)數(shù)字化進(jìn)程。數(shù)字技術(shù)和信息技術(shù)推動(dòng)著社會(huì)各個(gè)行業(yè)的迅速發(fā)展，這為自動(dòng)化設(shè)備的發(fā)展帶來(lái)了前所未有的契機(jī)。本文將針對(duì)數(shù)字化自動(dòng)化設(shè)備的可靠性進(jìn)詳細(xì)分析。

1 軟件技術(shù)進(jìn)步背景下自動(dòng)化設(shè)備的可靠性

20世紀(jì)60年代，我國(guó)信息化技術(shù)便已得到完善，模擬技術(shù)是我國(guó)信息化設(shè)備的主要推動(dòng)力。電子元器件以及自動(dòng)化設(shè)備都是通過(guò)電子硬件所構(gòu)成的。自動(dòng)化設(shè)備所涵蓋的內(nèi)容非常廣泛，例如，電動(dòng)單元組合式儀表、繼電器組合邏輯控制器等內(nèi)容，都是自動(dòng)化設(shè)備的組成部分。自動(dòng)化設(shè)備硬件的可靠性在一定程度上取決于實(shí)踐、環(huán)境以及機(jī)械電氣參數(shù)。傳統(tǒng)控制器一般都是利用機(jī)械聯(lián)動(dòng)、繼電器組合、硬接線、電子元件等形式控制算法，導(dǎo)致自動(dòng)化設(shè)備的可靠性，需要依靠每個(gè)外在環(huán)節(jié)共同作用。

隨著軟件技術(shù)的進(jìn)步，自動(dòng)化設(shè)備也在積極改革發(fā)展。其一，模擬技術(shù)控制器逐漸被處理技術(shù)控制器所取代。傳統(tǒng)的硬件原理控制算法也逐步被軟件算法所取代。軟件算法帶來(lái)的效用是無(wú)窮的，傳統(tǒng)硬件原理控制算法很難實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜功能，在數(shù)字化軟件系統(tǒng)中可以輕易實(shí)現(xiàn)[1]。不僅解決了傳統(tǒng)控制算法中無(wú)法解決的問(wèn)題，而且很大程度上增強(qiáng)了自動(dòng)化設(shè)備運(yùn)作的精準(zhǔn)度。與此同時(shí)，軟件技術(shù)最主要的優(yōu)勢(shì)是軟件控制功能，能夠有效規(guī)避傳統(tǒng)硬件原理算法中的生產(chǎn)制造差異，只要自動(dòng)化設(shè)備中的軟件程序正確，便可以保障自動(dòng)化設(shè)備運(yùn)行效率，且不受時(shí)間、環(huán)境等外在環(huán)節(jié)的影響。

例如，某家機(jī)械設(shè)計(jì)制造企業(yè)在運(yùn)用虛擬化技術(shù)生產(chǎn)時(shí)，運(yùn)用軟件技手段來(lái)檢測(cè)虛擬產(chǎn)品模型中可能存在的故障以及優(yōu)化方案，構(gòu)建故障模擬和問(wèn)題仿真軟件系統(tǒng)，并采取針對(duì)性的措施避免此種故障或問(wèn)題產(chǎn)生。于是，在實(shí)際生產(chǎn)設(shè)計(jì)過(guò)程中，就可以有效排除或降低故障產(chǎn)生的幾率和可能性。通過(guò)對(duì)自動(dòng)化設(shè)備中自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的傳感系統(tǒng)、程序系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等子系統(tǒng)構(gòu)建出完整的軟件檢測(cè)內(nèi)容，切實(shí)提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性，從而提高產(chǎn)品的核心競(jìng)爭(zhēng)力。其實(shí)際效益如圖1所示，運(yùn)用軟件自動(dòng)化系統(tǒng)后，現(xiàn)代制造企業(yè)樣品發(fā)生故障率是直線下降的，綜合效益與自動(dòng)檢測(cè)合格率不斷提升，切實(shí)為現(xiàn)代制造裝備企業(yè)帶來(lái)了實(shí)際經(jīng)濟(jì)效益。

2 軟件正確性與容錯(cuò)性背景下自動(dòng)化設(shè)備的可靠性

所謂系統(tǒng)性失效是由于軟件缺陷而造成的問(wèn)題，由于硬件缺陷所造成的問(wèn)題叫做隨機(jī)失效。系統(tǒng)性失效與隨機(jī)失效存在固然區(qū)別，針對(duì)系統(tǒng)性失效來(lái)說(shuō)，是一種特定運(yùn)行狀態(tài)下的失效，針對(duì)隨機(jī)失效而是一種頻率上的失效，其失效概率可以利用浴盆曲線進(jìn)行分析。

圖1 軟件技術(shù)應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)前后某企業(yè)效益變化情況

針對(duì)隨機(jī)失效的狀態(tài)，應(yīng)從硬件層面進(jìn)行考量[2]。針對(duì)硬件的設(shè)計(jì)裕度、抗干擾措施、電路保護(hù)層面進(jìn)行分析。并且，在硬件試制階段，應(yīng)積極利用型式試驗(yàn)針對(duì)硬件的工藝以及效能進(jìn)行檢驗(yàn)。與此同時(shí)，還應(yīng)在硬件制作過(guò)程中，對(duì)質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格控制。嚴(yán)格開(kāi)展出廠檢驗(yàn)、工序檢驗(yàn)等各種形式的檢測(cè)，保障硬件的實(shí)效性。積極利用防老化手段，切實(shí)保障硬件工藝、使用過(guò)程、生產(chǎn)過(guò)程等各個(gè)極端的安全與質(zhì)量，確保交到用戶手中的產(chǎn)品質(zhì)量合格。

針對(duì)系統(tǒng)性實(shí)效來(lái)說(shuō)，需要全面把控針軟件設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。軟件設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)是占用時(shí)間最長(zhǎng)、占用資源最多的階段，更是保障自動(dòng)化設(shè)備高效運(yùn)行的重要階段。針對(duì)軟件設(shè)計(jì)階段應(yīng)注重自動(dòng)化設(shè)備工作的實(shí)際要求，且當(dāng)前很多軟件設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題的案例，是由于相對(duì)忽視了自動(dòng)化設(shè)備的實(shí)際需求。雖然，在一般情況下自動(dòng)化設(shè)備需求相對(duì)明確和簡(jiǎn)單，看似只有一個(gè)明確定義，但在實(shí)際設(shè)計(jì)中，軟件必須考量自動(dòng)化設(shè)備運(yùn)行的各個(gè)層面，包括人機(jī)界面、操作條件、操作步驟等各個(gè)環(huán)節(jié)。若一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題，便會(huì)牽連各個(gè)層面，甚至?xí)?dǎo)致運(yùn)行期間的設(shè)備實(shí)效。當(dāng)軟件設(shè)計(jì)完畢后，便需要進(jìn)入軟件測(cè)驗(yàn)階段[3]。軟件測(cè)驗(yàn)階段可以看做是軟件的反驗(yàn)證階段。其內(nèi)容是按照代碼針對(duì)軟件進(jìn)行測(cè)驗(yàn)，并開(kāi)展組合測(cè)驗(yàn)、系統(tǒng)測(cè)驗(yàn)等，在每個(gè)測(cè)試步驟都應(yīng)該開(kāi)展verification and validation。若在軟件檢測(cè)中任何一個(gè)步驟發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，都應(yīng)及時(shí)返回上一設(shè)計(jì)步驟針，對(duì)設(shè)計(jì)的內(nèi)容進(jìn)行修改，若修改后還存在設(shè)計(jì)問(wèn)題，就必須繼續(xù)上一步驟進(jìn)行回溯，直到問(wèn)題解決，必須嚴(yán)格保障軟件設(shè)計(jì)缺陷最小化。

3 網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)背景下自動(dòng)化設(shè)備的可靠性

除軟件技術(shù)對(duì)自動(dòng)化設(shè)備的影響較大外，網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)也對(duì)自動(dòng)化設(shè)備起到了重要影響。改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得到了迅猛發(fā)展，并且，在科技技術(shù)人員的不斷努力下，我國(guó)自動(dòng)化設(shè)備改頭換面。網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)能夠?qū)鹘y(tǒng)相對(duì)獨(dú)立的自動(dòng)化設(shè)備改造為一個(gè)相對(duì)統(tǒng)一、完整的信息化自動(dòng)系統(tǒng)，并且能夠針對(duì)自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一處理，在一定程度上提升了信息化設(shè)備的工作效率。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的覆蓋作用，對(duì)信息技術(shù)發(fā)展起到重要推動(dòng)作用，但也帶來(lái)了一定的風(fēng)險(xiǎn)，最明顯的安全問(wèn)題便是信息安全問(wèn)題。在自動(dòng)化設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，網(wǎng)絡(luò)通信信號(hào)直接影響自動(dòng)化設(shè)備的可靠性。這是由于在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，自動(dòng)化設(shè)備的可靠性不僅與網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的硬件有緊密聯(lián)系，還與網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的各個(gè)環(huán)節(jié)有不可分割的關(guān)聯(lián)。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，在科技技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷進(jìn)步的當(dāng)下，自動(dòng)化設(shè)備也在與時(shí)俱進(jìn)。但隨之帶來(lái)了是更多自動(dòng)化設(shè)備可靠性問(wèn)題。近年來(lái)，我國(guó)相關(guān)領(lǐng)域日漸將自動(dòng)化設(shè)備的可靠性問(wèn)題作為一個(gè)重要研究對(duì)象，并取得了一定的研究進(jìn)展。由于自動(dòng)化設(shè)備涉及的行業(yè)相對(duì)較為廣泛，使得自動(dòng)化設(shè)備在使用過(guò)程中，軟件設(shè)計(jì)的復(fù)雜性相對(duì)較高。那么，就需要高水平的自動(dòng)化設(shè)備專業(yè)人員，實(shí)行軟件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化和精準(zhǔn)性，及時(shí)把控網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)，最大程度保障網(wǎng)絡(luò)的安全性，為滿足人們?nèi)找姘l(fā)展的需求，必須積極針對(duì)自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新，切實(shí)增強(qiáng)自動(dòng)化設(shè)備的可靠性。