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在中國電器工業(yè)協(xié)會(huì)（CEEIA）標(biāo)準(zhǔn)化工作委員會(huì)的組織管理下，廣東科鑒檢測工程技術(shù)有限公司牽頭起草的團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《T/CEEIA 556-2021 機(jī)器人控制部件可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)方法》，于2021年12月20日發(fā)布并實(shí)施。
為幫助機(jī)器人企業(yè)更好的推廣應(yīng)用本標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)提升產(chǎn)品可靠性的目標(biāo)，科鑒可靠性從標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)必要性、標(biāo)準(zhǔn)方法可行性和有效性、先進(jìn)性、標(biāo)準(zhǔn)目次、標(biāo)準(zhǔn)核心內(nèi)容及標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)驗(yàn)證等六個(gè)方面進(jìn)行解讀，幫助大家更好的理解本標(biāo)準(zhǔn)。
一、標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)必要性
國內(nèi)外暫無機(jī)器人控制部件的可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)研表明，機(jī)器人控制部件存在故障率偏高的問題，這也是嚴(yán)重影響國產(chǎn)機(jī)器人可靠性的一個(gè)重要因素。
同時(shí)，機(jī)器人行業(yè)也面臨著一個(gè)共性問題——機(jī)器人的可靠性水平、穩(wěn)定性與國際同類先進(jìn)產(chǎn)品往往具有明顯差距，降低了用戶的使用體驗(yàn)和信任度，甚至嚴(yán)重影響到了市場競爭力。盡管一些企業(yè)或單位開展了不同程度的可靠性工作，取得了一定的進(jìn)步，但總體來說，質(zhì)量與可靠性專業(yè)人才隊(duì)伍缺乏、技術(shù)方法和手段缺失，很少有研發(fā)企業(yè)能夠較好自主地實(shí)施機(jī)器人可靠性工程。
可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)（民口通常叫做HALT/HASS試驗(yàn)）是國際公認(rèn)的最經(jīng)濟(jì)、最高效暴露樣機(jī)故障和缺陷的手段，在國際先進(jìn)制造企業(yè)和消費(fèi)電子領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛，該技術(shù)可以快速提高研制裝備的耐環(huán)境能力、技術(shù)成熟度和可靠性水平，還可縮短驗(yàn)證和研制周期，大幅提前提前改進(jìn)時(shí)機(jī)，降低改進(jìn)難度和成本。
可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)可作為機(jī)器人控制部件可靠性提升的重要手段之一，通過識(shí)別產(chǎn)品典型敏感應(yīng)力，逐步施加高于規(guī)范規(guī)定應(yīng)力，快速激發(fā)控制部件缺陷和暴露薄弱環(huán)節(jié)，探究控制部件的工作極限和破壞極限；同時(shí)，開展故障定位分析和失效機(jī)理分析，采取改進(jìn)措施，提高控制部件的工作極限和破壞極限，實(shí)現(xiàn)研制樣機(jī)耐環(huán)境能力、技術(shù)成熟度和可靠性水平的快速、顯著提高。
當(dāng)前，可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)具有類似的國家標(biāo)準(zhǔn)——《GB/T 29309-2012電工電子產(chǎn)品加速應(yīng)力試驗(yàn)規(guī)程 高加速壽命試驗(yàn)導(dǎo)則》、《DB44/T 1758-2015電動(dòng)汽車電子設(shè)備可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)方法》，具有一定的參考作用，但由于該標(biāo)準(zhǔn)僅僅基于HALT/ HASS試驗(yàn)系統(tǒng)方可開展該類試驗(yàn)，而HALT/HASS試驗(yàn)系統(tǒng)在國內(nèi)數(shù)量稀缺，使得大部分企業(yè)甚至檢測機(jī)構(gòu)沒有能力實(shí)施該項(xiàng)試驗(yàn)；同時(shí)，該標(biāo)準(zhǔn)提出的試驗(yàn)方法主要來源于美國軍用航空產(chǎn)品的試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn)，而機(jī)器人的使用場景和環(huán)境與軍用航空產(chǎn)品具有明顯的差異，因而適用性也有待加強(qiáng)。
正是由于上述多個(gè)因素，科鑒可靠性的工程師們發(fā)起并編制了本項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)。
二、標(biāo)準(zhǔn)方法可行性和有效性
本標(biāo)準(zhǔn)以機(jī)器人的控制部件為研究對(duì)象，依托科鑒可靠性積累的工程經(jīng)驗(yàn)和掌握的工程技術(shù)，保障了本標(biāo)準(zhǔn)提出的可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)方法的合理性。同時(shí)，本標(biāo)準(zhǔn)編寫工作組成員包括國內(nèi)機(jī)器人研發(fā)企業(yè)、國內(nèi)多家檢測機(jī)構(gòu)、可靠性領(lǐng)域的研究院所，保障了本標(biāo)準(zhǔn)的可行性和操作性。
本標(biāo)準(zhǔn)方法已經(jīng)在編制工作組成員單位深圳市智流形機(jī)器人技術(shù)有限公司的相關(guān)產(chǎn)品中進(jìn)行了應(yīng)用，以及在某型機(jī)器人控制器上進(jìn)行驗(yàn)證，取得良好的效果，證明了本標(biāo)準(zhǔn)方法暴露產(chǎn)品故障與缺陷的高效性、充分性。
標(biāo)準(zhǔn)編寫工作組單位
三、標(biāo)準(zhǔn)方法先進(jìn)性
本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了機(jī)器人控制部件（以下簡稱“控制部件”）開展可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)的通用要求和試驗(yàn)方法等內(nèi)容。本標(biāo)準(zhǔn)主要適用于機(jī)器人的控制部件，控制部件相關(guān)的電子部件和電路組件亦可參照使用。
在國內(nèi)外可靠性有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)中，僅GB/T 29309-2012《電工電子電氣系統(tǒng)加速應(yīng)力試驗(yàn)規(guī)程 高加速壽命試驗(yàn)導(dǎo)則》和GB/T 34986-2017 《產(chǎn)品加速試驗(yàn)方法》（IDT IEC 62506）；以及國內(nèi)外高加速試驗(yàn)、HALT/HASS、可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)的文章和書籍中，均有相關(guān)內(nèi)容。
同時(shí)，本標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)涉及的上述標(biāo)準(zhǔn)、文章和書籍還是具有顯著的不同：
1）本標(biāo)準(zhǔn)提出了廣義的可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)。如在腐蝕環(huán)境下使用的儀器，可對(duì)其金屬材料在鹽霧、腐蝕氣體環(huán)境條件下開展強(qiáng)化試驗(yàn)，在光照老化環(huán)境下的儀器，可對(duì)其非金屬材料在溫度-光照環(huán)境條件下開展強(qiáng)化試驗(yàn)。
2）針對(duì)機(jī)器人的典型使用環(huán)境特點(diǎn)，本標(biāo)準(zhǔn)還增加B組試驗(yàn)，加強(qiáng)了機(jī)器人經(jīng)常承受的濕熱環(huán)境耐受能力考核和缺陷暴露。
3）本標(biāo)準(zhǔn)還增加了C組試驗(yàn)，主要考慮到可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)應(yīng)力強(qiáng)度大，但時(shí)間并不足考察全壽命周期耐受能力，可以較好地滿足用戶考核長期耐受能力的需要，甚至可以在采取C組試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，利用加速試驗(yàn)?zāi)Ｐ秃徒y(tǒng)計(jì)方法，快速定量評(píng)價(jià)其使用壽命。
4）本標(biāo)準(zhǔn)提出了采用傳統(tǒng)溫濕度-電磁振動(dòng)綜合應(yīng)力試驗(yàn)箱、快速溫變-電磁振動(dòng)綜合應(yīng)力試驗(yàn)箱開展可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)的方法，標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于應(yīng)力變化參數(shù)做了調(diào)整，使得更多研發(fā)單位和檢測機(jī)構(gòu)具備開展可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)的能力。
四、標(biāo)準(zhǔn)目次
注：附錄D中提供了可供直接使用的記錄表格（包括試驗(yàn)步驟與故障情況表，測試情況記錄表，故障報(bào)告表，故障分析及糾正措施表），針對(duì)出現(xiàn)的故障，做分析、糾正、試驗(yàn)、驗(yàn)證的閉環(huán)處理，保障有效的記錄可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)。
五、標(biāo)準(zhǔn)核心內(nèi)容
標(biāo)準(zhǔn)第五章試驗(yàn)方法是本標(biāo)準(zhǔn)最重要的內(nèi)容，包括可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)選擇、流程、應(yīng)力設(shè)計(jì)和實(shí)施步驟。
通常，至少應(yīng)進(jìn)行A組強(qiáng)化試驗(yàn)，鼓勵(lì)進(jìn)行B組強(qiáng)化試驗(yàn)。
當(dāng)采用2臺(tái)（套）受試樣機(jī)試驗(yàn)時(shí)，可并行進(jìn)行A組試驗(yàn)和B組試驗(yàn)；當(dāng)受試樣機(jī)數(shù)量受限制時(shí)，可采用同一臺(tái)（套）受試樣機(jī)串行開展A組試驗(yàn)和B組試驗(yàn)。
當(dāng)考慮耐久壽命時(shí)，可結(jié)合產(chǎn)品實(shí)際使用環(huán)境，從C組中選擇1項(xiàng)耐久強(qiáng)化試驗(yàn)。
根據(jù)產(chǎn)品組成特點(diǎn)和試驗(yàn)設(shè)備能力，送檢方可選擇部分試驗(yàn)項(xiàng)目開展可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)，可調(diào)整試驗(yàn)項(xiàng)目中的試驗(yàn)條件參數(shù)，如應(yīng)力的最大極限值、溫變率、保持時(shí)間等，以使可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)方法得到更廣泛的應(yīng)用。
可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)實(shí)施流程和步驟見圖1。
圖1 可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)實(shí)施流程和步驟
注1：各試驗(yàn)是相互獨(dú)立的，有故障發(fā)生時(shí)，進(jìn)行分析、定位、糾正，失效分析。
注2：低溫步進(jìn)試驗(yàn)、高溫步進(jìn)試驗(yàn)分別得到低溫、高溫應(yīng)力極限信息，應(yīng)用到溫度變化試驗(yàn)中。
溫度變化試驗(yàn)、振動(dòng)步進(jìn)試驗(yàn)得到低溫、高溫、振動(dòng)應(yīng)力極限信息，應(yīng)用到溫度變化-振動(dòng)綜合試驗(yàn)中。
試驗(yàn)過程應(yīng)按試驗(yàn)要求施加試驗(yàn)應(yīng)力，對(duì)試驗(yàn)設(shè)備施加應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)測，對(duì)受試樣機(jī)進(jìn)行功能性能測試，對(duì)出現(xiàn)故障進(jìn)行定位并采取改進(jìn)措施，完成回歸驗(yàn)證，落實(shí)有效的改進(jìn)措施到技術(shù)文件和實(shí)物樣機(jī)中。
圖2 低溫步進(jìn)試驗(yàn)剖面（示例）
圖3 高溫步進(jìn)試驗(yàn)剖面（示例）
圖4 快速溫變試驗(yàn)剖面（示例）
5.2.4.1 三軸六自由度振動(dòng)步進(jìn)試驗(yàn)
圖5 三軸六自由度氣錘式振動(dòng)步進(jìn)試驗(yàn)剖面（示例）
5.2.4.2 隨機(jī)振動(dòng)步進(jìn)試驗(yàn)
圖6 單軸隨機(jī)振動(dòng)步進(jìn)試驗(yàn)剖面（示例）
5.2.5 溫度變化-振動(dòng)綜合應(yīng)力試驗(yàn)
圖7 綜合環(huán)境應(yīng)力試驗(yàn)剖面（示例）
采用高低溫濕熱試驗(yàn)箱、溫濕度綜合應(yīng)力箱均可開展?jié)駸釓?qiáng)化試驗(yàn)，恒定濕熱步進(jìn)可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)分成恒定濕熱步進(jìn)試驗(yàn)和恒定濕熱極限試驗(yàn)。
恒定濕熱步進(jìn)試驗(yàn)溫度應(yīng)力應(yīng)至少選擇40℃，以40℃為例說明。
圖8 恒定濕熱步進(jìn)試驗(yàn)剖面（示例）
恒定濕熱極限試驗(yàn)溫度應(yīng)力可根據(jù)受試樣機(jī)具體情況選擇，以85℃&85%RH為例說明。當(dāng)可接受或評(píng)估樣機(jī)可承受85℃&85%RH恒定濕熱試驗(yàn)時(shí)，在保持溫度85℃不變的條件下，可直接施加85%RH相對(duì)濕熱；試驗(yàn)24h，電應(yīng)力按照上限、下限調(diào)節(jié)變化，調(diào)節(jié)周期為12h。
圖9 85℃&85%RH恒定濕熱極限試驗(yàn)剖面（示例）
交變濕熱試驗(yàn)溫度應(yīng)力可根據(jù)受試樣機(jī)具體情況選擇，以30℃～60℃、95%RH為例。試驗(yàn)96小時(shí)，分4個(gè)周期開展。
注：除了在溫度下降期間相對(duì)濕度可以降至85%外，在其他所有時(shí)間內(nèi)相對(duì)濕度應(yīng)保持在95%±5%。
圖10 交變濕熱試驗(yàn)剖面（示例）
5.3.3 溫濕度-振動(dòng)綜合應(yīng)力試驗(yàn)
采用溫濕度-振動(dòng)綜合應(yīng)力箱可開展溫濕度-振動(dòng)綜合應(yīng)力強(qiáng)化試驗(yàn)。
圖11 溫濕度-振動(dòng)綜合試驗(yàn)試驗(yàn)剖面（示例）
當(dāng)考慮耐久壽命時(shí)，且受試樣機(jī)主要典型使用環(huán)境是濕熱環(huán)境時(shí)，可參見5.3.2部分在濕熱環(huán)境下進(jìn)行耐久濕熱強(qiáng)化試驗(yàn)，推薦環(huán)境應(yīng)力為30℃～60℃&95%RH；推薦時(shí)間為240h、480h、720h、960h、1200h。也可基于加速試驗(yàn)?zāi)Ｐ秃头椒?，確定對(duì)應(yīng)耐久壽命所需試驗(yàn)時(shí)間。
5.4.2 快速溫變-振動(dòng)綜合應(yīng)力耐久試驗(yàn)
當(dāng)考慮耐久壽命時(shí)，且受試樣機(jī)主要典型使用環(huán)境是溫度循環(huán)與振動(dòng)綜合應(yīng)力環(huán)境時(shí)，可參見5.2.5部分進(jìn)行溫度變化－振動(dòng)綜合應(yīng)力耐久強(qiáng)化試驗(yàn)，推薦時(shí)間為100循環(huán)、200循環(huán)、500循環(huán)、800循環(huán)、1000循環(huán)。也可基于加速試驗(yàn)?zāi)Ｐ秃头椒ǎ_定對(duì)應(yīng)耐久壽命所需試驗(yàn)時(shí)間。
5.4.3 溫濕度-振動(dòng)綜合應(yīng)力耐久試驗(yàn)
當(dāng)考慮耐久壽命時(shí)，且受試樣機(jī)主要典型使用環(huán)境是溫濕度與振動(dòng)綜合應(yīng)力環(huán)境時(shí)，可參見5.3.3部分進(jìn)行溫濕度－振動(dòng)綜合應(yīng)力耐久強(qiáng)化試驗(yàn)，推薦時(shí)間為25循環(huán)、50循環(huán)、75循環(huán)、100循環(huán)、125循環(huán)。也可基于加速試驗(yàn)?zāi)Ｐ秃头椒?，確定對(duì)應(yīng)耐久壽命所需試驗(yàn)時(shí)間。
六、標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)證
以某型工業(yè)機(jī)器人控制器為例，在科鑒可靠性實(shí)驗(yàn)室完成了可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)（A組-低溫步進(jìn)、高溫步進(jìn)、溫度變化、振動(dòng)步進(jìn)、溫度變化+振動(dòng)；B組-恒定濕熱，交變濕熱），部分試驗(yàn)經(jīng)過裁剪。
圖12 工業(yè)機(jī)器人控制器示意圖
圖12 工業(yè)機(jī)器人控制器示意圖
圖13 工業(yè)機(jī)器人控制器-功能性能測試聯(lián)機(jī)示意圖
圖14 可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)—振動(dòng)步進(jìn)試驗(yàn)示意圖
為保障被激發(fā)故障的快速檢測，篩選出7項(xiàng)功能性能檢測項(xiàng)目，詳見表1。
表1 某型控制器試驗(yàn)檢測項(xiàng)目與參數(shù)要求
提前有效的暴露了樣機(jī)的薄弱環(huán)節(jié)，共計(jì)7次故障（故障類型3類），主要集中在90℃&21.6V、0.06g2/Hz&24V和-40℃&0.04g2/Hz&24V應(yīng)力下。試驗(yàn)結(jié)果表明，該控制器的低溫工作極限是-40℃，高溫工作極限是90℃，振動(dòng)工作極限為0.05g2/Hz，可以比較直觀的評(píng)估控制器的工作情況。
標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)證表明，控制部件作為機(jī)器人的核心控制模塊，其可靠性水平可以通過這一試驗(yàn)方法得到改進(jìn)和提高，雖然試驗(yàn)會(huì)花費(fèi)一定研發(fā)成本，但是預(yù)期的經(jīng)濟(jì)效益在售后保障階段可以有所體現(xiàn)。
若國內(nèi)機(jī)器人研發(fā)企業(yè)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量與可靠性提升有需求，歡迎與科鑒可靠性的工程師探討；
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