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機(jī)器人MTBF值的評定方式

隨著機(jī)器人在制造、服務(wù)等行業(yè)的快速推廣與應(yīng)用，機(jī)器人產(chǎn)品的運(yùn)行可靠性水平，逐漸受到機(jī)器人研制方與使用方的關(guān)注。如何評價機(jī)器人的運(yùn)行可靠性水平，當(dāng)前業(yè)界普遍以MTBF來表征，如ABB機(jī)器人早年（2014年）公開材料中MTBF50，000hrs；KUKA新型KRQUANTEC機(jī)器人MTBF400，000個運(yùn)行小時。對于各型機(jī)器人MTBF值的評定方式較多，業(yè)界暫無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，下文將逐一揭曉。1、何為MTBFMTBF（MeanTImebetweenfailures平均故障間隔時間）其度量方法為：在規(guī)定的條件下和規(guī)定的期間內(nèi)，產(chǎn)品壽命單位總數(shù)與故障總次數(shù)之比。一般用來表征可修復(fù)產(chǎn)品。計算公式：式中，MTBF——該型/批次產(chǎn)品的平均故障間隔時間，h；T_i——第i臺產(chǎn)品的累計工作時間，h；r_n——參與統(tǒng)計的n臺該型/批次產(chǎn)品的工作時間內(nèi)的故障總數(shù)。2、MTBF工程邊界對于MTBF這個概念，可靠性領(lǐng)域在上個世紀(jì)50年代已開始用于預(yù)計相關(guān)軍用設(shè)備的可靠性水平，到現(xiàn)在近70年。當(dāng)然對于這個概念，在各行業(yè)產(chǎn)品的應(yīng)用，還存在些“非議”，如很多人將MTBF與一般意義壽命混為一談；MTBF達(dá)近百萬小時的芯片或者電子設(shè)備如何評定。為解決這些工程界困惑，我們還須引入可靠性領(lǐng)域另外一個概念“Bathtubcurve”。“浴盆曲線”定義最早出現(xiàn)在上個世紀(jì)60年代，它將失效率曲線在產(chǎn)品壽命周期內(nèi)分成三個階段：早期失效期（“Burn-in”Period）、偶然失效期（NormalOperaTIngPeriod）、耗損失效期（Wear-outPeriod）。失效率，工程上通常定義為：工作到某時刻尚未發(fā)生失效的產(chǎn)品，在該時刻后單位時間內(nèi)發(fā)生失效的概率，一般用下式進(jìn)行計算：式中，?r（t）為t時刻后，?t時間內(nèi)發(fā)生失效的產(chǎn)品數(shù)；?t為所取時間間隔；N_s（t）為在t時刻沒有發(fā)生失效的產(chǎn)品數(shù)。通過上述定義可知，在?t時間內(nèi)發(fā)生失效的產(chǎn)品比例較小時，工程上一般會簡化處理，將MTBF=1?λ，事實(shí)上MTBF略小于1?λ?；貧w到上圖浴盆曲線，可見MTBF表征的是縱坐標(biāo)相關(guān)的FailureRate，而非橫坐標(biāo)壽命（LifeExpectancy）。同時，鑒于偶然失效期的失效機(jī)理一致性高、失效率穩(wěn)定，工程上通常用MTBF表征此階段的產(chǎn)品可靠性水平。事實(shí)上，MTBF指標(biāo)的工程優(yōu)勢，在于它對產(chǎn)品使用方的工程價值，遠(yuǎn)高于產(chǎn)品研制方，因?yàn)楦奖氵\(yùn)用于管理設(shè)備運(yùn)行時間管理、維修及備件成本控制。3、機(jī)器人MTBF的評定問題事實(shí)上，可靠性工程中對于MTBF定量計算主要有2類工作：一是產(chǎn)品早期設(shè)計階段的可靠性（MTBF）預(yù)計，二是產(chǎn)品后期樣品階段的可靠性（MTBF）評定。（1）MTBF預(yù)計機(jī)器人MTBF預(yù)計，國內(nèi)在上個世紀(jì)90年代技術(shù)已較為成熟并開展行業(yè)應(yīng)用［5］。在可靠性領(lǐng)域目前亦有通用的權(quán)威性標(biāo)準(zhǔn)，像MIL-HDBK-217、GJB/Z299B、Bellcore等。我們知道MTBF預(yù)計工作由于其依賴于歷史數(shù)據(jù)、計算的影響因素條件與的條件存在偏差，工程上更多用于架構(gòu)方案間的對比以及產(chǎn)品基礎(chǔ)可靠性的預(yù)計，其預(yù)計值難以作為實(shí)際機(jī)器人的可靠性水平評定值。（2）MTBF評定機(jī)器人MTBF的評定工作，工程上還須依賴于產(chǎn)品實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)或者試驗(yàn)結(jié)果?；趯?shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)的MTBF評定，當(dāng)前在B2B商業(yè)行為中存在較多，往往是雙方技術(shù)互信度高，評定多為大型復(fù)雜裝備，難以形成標(biāo)準(zhǔn)。可靠性工程中更多的MTBF評定工作是基于可靠性試驗(yàn)的方式。我們知道針對基于可靠性試驗(yàn)的MTBF評定，關(guān)鍵之一是要明確試驗(yàn)剖面與條件，簡單說就是試驗(yàn)剖面條件與實(shí)際工作運(yùn)行條件之間的定量關(guān)系。軍用裝備的可靠性評定，全球各個大國均有獨(dú)立的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)方法，像我國的GJB899、美國的MIL-STD-781。由于軍用裝備的特殊性，這些可靠性評定標(biāo)準(zhǔn)亦已規(guī)定了產(chǎn)品的試驗(yàn)剖面與MTBF量化評定關(guān)系。但對于像機(jī)器人，這類大多數(shù)民用產(chǎn)品，很難形成統(tǒng)一用戶場景、使用條件、維修條件等。當(dāng)前我國有些器件級或模塊級產(chǎn)品，亦制定了MTBF評定標(biāo)準(zhǔn)，并包含了試驗(yàn)剖面，如GB/T29482.1-2013、GB/T32245-2015。機(jī)器人產(chǎn)品組成較為復(fù)雜，既包含了傳統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)件為主的機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)，也有電子電氣等驅(qū)動控制系統(tǒng)。我們知道可靠性工程對上述系統(tǒng)，包含了以偶發(fā)性失效為主的可靠性評定需求，也存在以耗損性失效為主的壽命評定需求。機(jī)器人行業(yè)當(dāng)前處于孕育與成長期，經(jīng)濟(jì)與時間成本都十分寶貴。對于當(dāng)前行業(yè)MTBF水平數(shù)萬小時的機(jī)器人產(chǎn)品，如何準(zhǔn)確與快速評定MTBF值是整個行業(yè)急需突破的技術(shù)困境。責(zé)任編輯人：CC

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