ICS25.040.20 J50 中华人民共和国国家标准 GB/T29545—2013 机 床数控系统 可靠性设计 Numericalcontrolsystemofmachinetools—Reliabilitydesign 2013-06-09发布 2014-01-01实施 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 中国国家标准化管理委员会发布目 次 前言 Ⅲ ………………………………………………………………………………………………………… 引言 Ⅳ ………………………………………………………………………………………………………… 1 范围 1 ……………………………………………………………………………………………………… 2 规范性引用文件 1 ………………………………………………………………………………………… 3 术语和定义 1 ……………………………………………………………………………………………… 4 可靠性设计 2 ……………………………………………………………………………………………… 5 可靠性设计评审 11 ………………………………………………………………………………………… 附录A(资料性附录) 可靠性分配方法 14 ………………………………………………………………… 附录B(规范性附录) 可靠性设计方法 18 ………………………………………………………………… 附录C(规范性附录) 元器件的选择与筛选 29 …………………………………………………………… 附录D(规范性附录) 可靠性框图 31 ……………………………………………………………………… 附录E(资料性附录) 常用可靠性模型 33 ………………………………………………………………… 附录F(资料性附录) 故障判据 36 ………………………………………………………………………… 附录G(资料性附录) 可靠性预计方法 37 ………………………………………………………………… 附录H(资料性附录) 可靠性设计评审表 40 ……………………………………………………………… 参考文献 41 …………………………………………………………………………………………………… ⅠGB/T29545—2013 前 言 本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。 本标准由中国机械工业联合会提出。 本标准由全国机床数控系统标准化技术委员会(SAC/TC367)归口。 本标准主要起草单位:武汉华中数控股份有限公司、广州数控设备有限公司、华中科技大学。 本标准主要起草人:金健、张航军、张玉洁、郝柳、郑小年、解传宁、王义强、邵国安、戴怡、贺青川。 ⅢGB/T29545—2013 引 言 可靠性是机床数控系统的重要属性之一,本标准结合机床数控系统的结构及性能特点,给出了多种 可靠性设计方法,规范了可靠性设计的基本流程以及可靠性评审内容和程序。通过标准实施,将促进机 床数控系统可靠性水平的不断提升,使之更好地满足市场和用户需求。 ⅣGB/T29545—2013 机床数控系统 可靠性设计 1 范围 本标准规定了机床数控系统可靠性设计的基本流程、方法以及评审内容和程序。 本标准适用于机床数控系统(以下简称“数控系统”)。其他工业机械设备数控系统的可靠性设计可 参照本标准。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。 GB/T7828—1987 可靠性设计评审 GJB813—1990 可靠性模型的建立和可靠性预计 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 3.1 可靠性 reliability 数控系统在规定的条件下和规定的时间区间内完成规定功能的能力。 注:改写GB/T2900.13—2008,定义191-02-06。通常认为数控系统在时间区间的始端处于能完成要求的功能的状 态。另外,可靠性的量值虽然在客观上是存在的,但实际上是未知的,只能利用有限的样本观测数据,经过一定 的统计计算得到其估计值。可靠性的量值也称为可靠度。 3.2 可靠性设计 reliabilitydesign 利用具体的设计方法来实现数控系统可靠性目标的做法或过程。 3.3 平均故障间工作时间 meanoperatingtimebetweenfailures;MTBF 相邻故障间工作时间的数学期望,也指相邻两次故障之间的平均工作时间或平均故障间隔时间。 注:改写GB/T2900.13—2008,定义191-12-09。 3.4 寿命剖面 lifeprofile 数控系统从制造到寿命终结或退出使用这段时间内所经历的全部事件和环境的时序描述。数控系 统经历的事件一般有研发、生产、检验、测试、包装、运输、贮存、组装(安装)、调试、运行(使用)、故障、停 放、维修(维护)、报废等。数控系统经历的环境可能有振动、冲击、电磁干扰、高温、低温、湿度(淋水)、沙 尘(砂尘)、盐雾等。 3.5 任务剖面 missionprofile 数控系统在完成规定任务这段时间内所经历的事件和环境的时序描述。 1GB/T29545—2013 3.6 运行比 operatingratio 数控系统的组成模块的工作时间与数控系统工作时间之比,常用于确定非全时间工作的模块的失 效率的修正系数。 注:为了避免理解上的歧义,本标准用“模块”代替“分系统”或“子系统”。若干模块构成整个数控系统。模块是一 个相对的概念。运行比有时也可指元器件的工作时间与其所构成的模块的工作时间之比。 3.7 可靠性数据 reliabilitydata 数控系统的元器件、模块等在可靠性属性方面的数据和信息(如失效率)。 3.8 故障模式与影响分析 faultmodesandeffectsanalysis;FMEA 研究数控系统每个组成模块或元器件可能存在的故障模式并确定各个故障模式对数控系统其他组 成模块或元器件和对数控系统要求功能的影响的一种定性的可靠性分析方法。 注:改写GB/T2900.13—2008,定义191-16-03。 3.9 应力 stress 影响数控系统模块、元器件失效率的电、热、机械等负载。 注:改写GJB/Z35—1993,定义3.4。 数控系统承受的应力通常有很多种,如电应力、温度应力、机械应力等: a) 电应力:指元器件外加的电压/电流及功率等; b) 温度应力:指元器件所处的工作环境的温度等; c) 机械应力:指元器件所承受的直接负荷、压力、冲击、振动、碰撞和跌落等; d) 环境应力:指元器件所处工作环境条件下除温度外的其他外界因素,如灰尘、湿度、气压、盐雾、腐蚀等; e) 时间应力:指元器件承受应力时间的长短(承受应力时间越长,越易老化或失效)。 4 可靠性设计 4.1 概述 可靠性设计是数控系统可靠性工作的重要内容和关键环节,对于发现并剔除可靠性薄弱环节、改进 可靠性缺陷及实现可靠性目标等具有重要意义。 4.2 可靠性设计基本流程 数控系统可靠性设计是一项系统工程,需要投入大量的人力、物力,同时需要采用必要的试验方法 进行验证,过程中还会出现反复。为提高数控系统可靠性设计的工作效率,需要确定可靠性设计基本流 程、设计各阶段工作的主要内容及任务重点。 数控系统可靠性设计的基本流程如下(见图1): a) 确定产品定义,主要包括: 1) 功能体系构成; 2) 工作任务; 3) 功能; 4) 工作过程; 5) 寿命剖面。 b) 确定可靠性目标; c) 确定主要模块及硬件结构,主要包括: 1) 主要模块清单; 2GB/T29545—2013 2) 硬件总体设计技术背景; 3) 硬件结构原理图; 4) 功能框图。 d) 进行可靠性分配; e) 采用具体的方法进行可靠性设计; f) 模块及硬件结构的细化; g) 建立可靠性模型; h) 进行可靠性预计; i) 进行验证与评审。 注:本流程仅为数控系统可靠性设计的开展提供基本参考,不是可靠性设计的惟一流程。图中判定结果为“否”时, 箭头转向的“确定可靠性目标”“确定主要模块及硬件结构”“进行可靠性分配”“可靠性设计”“模块及硬件结构 细化”等环节是依次递进的。与转向“确定可靠性目标”环节对应的是“验证与评审”的结果为最坏的情况。即 在当前的结果上,通过重新细化模块及硬件结构、改进可靠性设计方法、重新进行可靠性分配、重新确定数控 系统主要模块及硬件结构都无法通过验证与评审。工程中,转向的具体环节视实际情况确定。 图1 数控系统可靠性设计基本流程图 3GB/T29545—2013 4.3 可靠性设计要求 4.3.1 产品定义 产品定义是数控系统可靠性设计初期的工作,对后续工作开展具有重要的决定作用。产品定义环 节一般应满足下列要求: a) 该阶段工作通常与数控系统的功能设计同步进行; b) 功能体系的构成可用图、表和(或)文字的形式进行描述; c) 工作任务包括主要任务和辅助任务; d) 功能包括主要功能和辅助功能; e) 工作过程可用图、表和(或)文字的形式进行描述; f) 寿命剖面内的事件和环境宜分别描述,可采用图、表和(或)文字等形式; 示例: 某数控系统的寿命剖面如图2所示。 图2 某数控系统寿命剖面 4.3.2 可靠性目标 4.3.2.1 可靠性定性目标 可靠性定性目标通常是为保证产品可靠性而对产品设计提出技术要求和设计原则的描述。 示例: 某数控系统可靠性定性目标:电路板应选用标准件,硬件结构采用简化设计。 4.3.2.2 可靠性定量目标 可靠性定量目标是产品可