GB T 38195-2019 机床数控系统 可靠性管理.pdf

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1、书书书 犐犆犛 犑 G21G22G23G24G25G26G27G27G28G29G2A 犌犅 犜 G21G22G23G24G25G26 G27G28G29G2AG2B 犖狌犿犲狉犻犮犪犾犮狅狀狋狉狅犾狊 狔 狊狋犲犿狅犳犿犪犮犺犻狀犲狋狅狅犾 犚犲犾犻犪犫犻犾犻狋 狔 犿犪狀犪 犵 犲犿犲狀狋 G2CG2D G2EG2F G27G28G2BG2CG2DG2EG2FG30G31G32 G21G27G27G28G29G2AG33G2FG30G34G35G36 G2C G2D 目 次 前言 范围 规范性引用文件 术语和定义 可靠性管理 概述 内容 原则 规划 标准 数据 机构 全生命周期的可靠性管理

2、 概述 立项阶段 设计阶段 制造与试验阶段 使用与维护阶段 附录 （资料性附录） 数据 附录 （资料性附录） 元器件可靠性管理 参考文献 犌犅 犜 前 言 本标准按照 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（ ）归口。 本标准起草单位：华中科技大学、武汉华中数控股份有限公司、广州数控设备有限公司、北京航空航 天大学、沈阳高精数控智能技术股份有限公司、浙江中控研究院有限公司、北京航天数控系统有限公司、 长春禹衡光学有限公司、国家机床质量监督检验中心。 本标准起草人：张航军、金健、陈吉红、张玉洁、高连生、吴文江、邵志强、潘再生、张志云、马春玲、

3、 赵钦志、薛瑞娟。 犌犅 犜 机床数控系统 可靠性管理 范围 本标准规定了机床数控系统可靠性管理的内容、原则、规划、标准、数据、机构及机床数控系统产品 全生命周期可靠性管理的要求。 本标准适用于机床数控系统（以下简称数控系统或产品）。 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。 工业自动化系统与集成 机床数值控制 数控系统通用技术条件 机床数控系统 可靠性测试与评定 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 机床数控系统 狀狌犿犲狉犻犮犪犾犮狅狀狋狉狅犾狊狔狊狋犲

4、犿狅犳犿犪犮犺犻狀犲狋狅狅犾 采用数值控制方式控制机床加工功能的控制系统。 注 ：改写 ，定义 。 注 ：机床数控系统一般包含硬件装置和相应的软件。机床数控系统主要由数控装置（也称控制单元）、驱动装置 （电动机的驱动单元和电动机、传感器）等组成。数控装置是机床数控系统的主要部分，主要包括微处理器、运 动（位置）控制器、存储器、输入输出（ ）接口与通信、人机界面（显示与键盘）、操动按钮（按键）等硬件（和 或电路）以及他们相应的控制软件。 注 ：机床数控系统有多种分类方法。根据功能的不同，机床数控系统通常分为简易型、高性能型和普及型三种；根 据应用工艺的不同，可分为专用和通用数控系统两种；根据反馈

5、控制形式的不同，可分为开环控制和闭环控制 两种；根据加工控制方式的不同，可分为点位控制、直线控制和轮廓控制三种。 可靠性 狉犲犾犻犪犫犻犾犻狋狔 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 ：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。可靠性的量值虽然在客观上是存在的， 但实际上通常利用有限的样本观测数据，经过统计计算得到其估计值。可靠性的量值也称为可靠度。 注 ：改写 ，定义 。 可靠性管理 狉犲犾犻犪犫犻犾犻狋狔犿犪狀犪犵犲犿犲狀狋 为确定和达到要求的产品可靠性特性所需的各项管理活动的总称。 维修 犿犪犻狀狋犲狀犪狀犮犲 为保持或恢复产品处于能完成要求

6、功能的状态而进行的所有技术和管理活动的组合，包括监督 犌犅 犜 活动。 ，定义 全生命周期 犪犾犾犾犻犳犲犮狔犮犾犲 产品从设计、生产、储运、调试、使用、维护、维修到报废回收等的全过程。 失效 犳犪犻犾狌狉犲 产品完成要求的功能的能力的中断。 注 ：失效后产品处于故障状态。 注 ：“ （失效）”与“ （故障）”的区别在于，失效是一次事件，故障是一种状态。 注 ：这里定义的“失效”，不适用于仅由软件构成的产品。 ，定义 故障 犳犪狌犾狋 产品不能完成要求的功能的状态。预防性维修或其他计划的行动或因缺乏外部资源的情况除外。 注：故障通常是产品自身失效引起的，但即便失效未发生，故障也可能存在。 ，定

7、义 故障数据 犳犪狌犾狋犱犪狋犪 产品出现故障的相关信息。 注：包括时间、内容、现象、原因等。 平均故障间工作时间 犿犲犪狀狅狆犲狉犪狋犻狀犵狋犻犿犲犫犲狋狑犲犲狀犳犪犻犾狌狉犲狊 ； 犕犜犅犉 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 ，定义 。 可靠性增长 狉犲犾犻犪犫犻犾犻狋狔犵狉狅狑狋犺 通过不断地消除产品在设计或制造中的薄弱环节，使产品可靠性随时间而逐步提高的过程。 ，定义 可靠性管理 概述 可靠性管理是以系统方式为手段、充分利用技术、管理及相关资源，为产品可靠性提供保障的活动。 可靠性管理工作贯穿于产品的全生命周期过程中，其目的

8、是： ） 确定可靠性工作的目标和方向； ） 指导、规范产品全生命周期各阶段可靠性工作； ） 协调技术、人力、物力等资源，为可靠性工作提供保障； ） 评估、检验可靠性工作成效； ） 提升可靠性技术能力与产品可靠性水平。 内容 可靠性管理的主要内容有： 犌犅 犜 ） 编制可靠性规划； ） 建立可靠性管理制度； ） 制定可靠性标准（或规范）； ） 可靠性宣传与教育； ） 可靠性培训与考核； ） 可靠性信息管理； ） 可靠性增长管理； ） 可靠性数据管理； ） 可靠性监督与评审。 原则 可靠性管理的原则是： ） 优先利用已有经验； ） 考虑产品所处阶段、复杂和关键程度、使用（贮存）环境、新技术、费用、

9、进度以及产品数量等 因素； ） 考虑经济性、合理性、可检性及可操作性的协调； ） 对各项工作内容、过程及结果进行总结与反馈。 规划 可靠性管理规划是对未来可靠性（含产品层面和技术层面）整体性、长期性、基本性问题的考量，对 可靠性具有指导性和原则性作用。制定可靠性规划应重点考虑以下因素： ） 规划的阶段性（即时间跨度）； ） 行业、技术、产品、市场的现状与发展趋势； ） 规划目标的确定性、合理性与可行性； ） 未知的可能情况的预防措施。 标准 可靠性管理标准是可靠性工作的基础，是评价可靠性工作成效的依据。制定可靠性管理标准，应注 意以下因素： ） 与国家标准、行业标准等的相关性和协调性； ） 适

10、用范围与条件； ） 场地、设备、仪器等资源需求； ） 完整性与可操作性； ） 过程监控与记录； ） 结果处理与检验。 数据 可靠性管理数据是产品可靠性信息的载体，是开展可靠性管理工作的主要技术依据之一。可靠性 数据主要包括可靠性基础数据、可靠性测试数据、全生命周期各阶段可靠性数据等（参见附录 ）。可 靠性数据管理应符合以下要求： ） 采集、反馈可靠性数据； ） 对可靠性数据进行统计与分析； ） 可靠性数据统计与分析结果应及时反馈到各有关部门环节。 犌犅 犜 机构 可靠性管理机构是可靠性管理工作的规划、组织、执行、监督、检验机构，是开展可靠性管理工作的 基础和保证，可靠性机构主要有以下职责： ）

11、 制定可靠性工作方针、计划、规章制度等； ） 制定标准、规范、技术手册及其他可靠性管理文件； ） 指导、协调、监督、检验可靠性工作； ） 组织相关教育、交流、培训与考核等； ） 管理可靠性数据及其他相关资料。 全生命周期的可靠性管理 概述 全生命周期的阶段划分有多种方式，本文件将产品立项阶段、设计阶段、制造与试验阶段、使用与维 护阶段四部分确定为产品可靠性管理的主要工作。为有计划组织、协调、实施和检查可靠性工作，实现 和落实预期的可靠性目标或要求，宜在产品全生命周期开始阶段制定可靠性工作计划。 可靠性工作计划的主要内容包括（但不限于）： ） 目的和适用范围； ） 依据的文件； ） 可靠性预期要

12、求； ） 可靠性工作项目的确定； ） 可靠性工作项目的实施细则，如工作项目的目的、内容、范围、实施流程、所需的设备和仪器、完 成的形式、对完成结果的评价或验收方式； ） 可靠性工作与其他工作的协调说明； ） 实施计划所需资料的获取途径或传递方式与程序； ） 评审安排； ） 关键问题分析，如对可靠性工作的影响、解决方法或途径； ） 工作进度安排； ） 保证条件与资源。 立项阶段 立项阶段可靠性管理的目的是明确立项过程中的可靠性工作内容和注意事项。本阶段的管理要 求是： ） 明确产品的使用功能、性能参数、可靠性、使用寿命等要求； ） 明确产品的使用环境、应力等外界条件； ） 了解国内外同类产品的发

13、展现状和技术水平； ） 了解相似产品的现场使用情况和用户反映情况； ） 确定需要解决的关键技术和关键零部件； ） 应结合市场调查、用户需求和产品规划，确定产品的可靠性目标； ） 确定可靠性定性定量指标； ） 确定可靠性设计方案； ） 明确开发产品的约束条件（经费、时间、产品质量、尺寸等）； ） 确定为实现定性定量指标准备采取的主要措施（电路的、结构的、元器件的）； 犌犅 犜 ） 制定对关键技术和关键零件的预研计划； ） 进行可靠性指标的可行性预计； ） 进行可靠性指标的预分配； ） 进行费用的估计和分配； ） 明确开发设计计划的进度安排； ） 明确总体方案中可靠性内容的评审方案。 设计阶段 设

14、计阶段主要通过可靠性预计和分析工作，完成产品可靠性设计，并对设计样机进行可靠性试验、 分析和评价。本阶段的管理要求是： ） 遵循成熟设计优先原则，控制新技术在新设计产品中所占的比例； ） 综合考虑类似产品的可靠性特征； ） 明确产品（整体或部件）的可靠性指标； ） 与不同方案（包括硬件方案和软件方案）进行对比与分析； ） 确定设计阶段验收标准和要求； ） 进行可靠性预计； ） 综合利用不同可靠性设计方法； ） 分析在使用可靠性方面的缺陷并制定改进措施； ） 编制可靠性设计准则、设计检查表和设计评审方案； ） 样机试制过程控制； ） 进行样机（整机或部件）可靠性试验，其目的在于： ） 发现产品在

15、设计、元器件或工艺等方面的潜在缺陷； ） 根据试验结果预计后续的工作和费用； ） 证明是否已符合定量的可靠性指标； ） 进行可靠性设计评审； ） 进行设计验收。 制造与试验阶段 产品的设计可靠性在制造与试验阶段得以实现。本阶段的管理要求是： ） 控制元器件（包括原材料、外协件、外购件、自制件等）的质量及可靠性（可参见附录 ），折算后 的元器件（包括原材料、外协件、外购件、自制件等）可靠性水平应和通过验收的样机的可靠性 水平相当； ） 与不同制造工艺进行对比与分析； ） 确定制造与试验阶段验收标准和要求； ） 控制生产过程的一致性； ） 产品可靠性试验应符合 中 、 的有关规定； ） 应记录、收

16、集、分析和反馈试验过程中的故障数据，分析故障原因，为后续改进提供依据。 使用与维护阶段 使用与维护是影响数控系统产品可靠性的重要因素。本阶段的管理要求是： ） 制定数控系统连接调试、使用操作与维护维修规范，明确使用与维护要求； ） 对使用、维护主体进行培训、考核； ） 维护维修资源（维护维修人员、备件、消耗品等）应能满足维护需求； 犌犅 犜 ） 控制维护维修过程中引入新的故障或隐患的风险； ） 注重使用与维护信息的记录与反馈； ） 定期评估产品可靠性状态和发展趋势； ） 明确产品报废回收标准。 犌犅 犜 附 录 犃 （资料性附录） 数 据 犃 可靠性基础数据 可靠性基础数据通常指原材料、元器件

17、、外协件、外购件的可靠性数据；从形式上看，它们是组成产 品的底层部件，通常具有独立的功能。 除名称、型号、出厂编号、生产厂家、生产日期等信息外，可靠性基础数据一般包括以下内容： ） 平均失效率； ） 失效率等级； ） 平均寿命（或平均故障间工作时间）； ） 失效分布。 犃 可靠性设计数据 可靠性设计数据是可靠性设计阶段的相关数据，一般包括以下内容： ） 产品信息：产品名称、产品型号； ） 设计信息：设计版本（如有）、模块信息（名称、代码、编号）、寿命剖面、任务剖面、可靠性分配、可 靠性模型、可靠性预计； ） 评审信息：评审内容、评审流程、评审结论、主要指标； ） 设计人员信息； ） 评审单位信

18、息。 犃 可靠性试验数据 可靠性试验数据是与试验相关的可靠性数据，一般包括以下内容： ） 产品信息：名称、型号、制造厂商、出厂日期； ） 测试信息：测试名称、测试标准、测试条件（气候环境条件、机械环境条件、电源与电磁条件、工 况条件、其他条件）、测试起始时间； ） 故障信息：故障发生时间、故障部位、故障现象、累计故障数、累计修复时间； ） 试验单位人员信息。 犃 故障维修与分析数据 故障分析数据一般包括以下内容： ） 产品信息：名称、型号、制造厂商、出厂日期； ） 故障信息：初次投入使用时间、故障发生时间、故障现象、故障原因、故障性质、故障类型、故障 修复方法、处理措施、恢复时间、累计故障数、

19、累计修复时间； ） 使用单位信息； ） 操作人员监控人员信息； 犌犅 犜 ） 测试单位人员（如有）信息； ） 故障维修与分析人员信息。 犃 维护数据 维护数据一般包括维护的项目、维护的频率和维护消耗等。 犌犅 犜 附 录 犅 （资料性附录） 元器件可靠性管理 犅 一般原则 元器件是数控系统产品的组成部分，直接决定着数控系统产品的可靠性水平。元器件可靠性管理 应符合以下一般原则： ） 注重检测、试验、验收、筛选； ） 注重数据收集和统计分析； ） 注重失效分析与信息反馈； ） 明确性能、质量和可靠性要求： ） 性能参数指标及其均值、方差； ） 合格质量水平； ） 失效率等级； ） 环境条件； ） 参数的稳定性； ） 安全性； ） 可焊性（如有）； ） 耐机械应力（如有）； ） 外观、尺寸、标志； ） 其他。 犅 元器件优选手册 根据原材料、性能、可靠性等指标将元器件分门别类，人为赋予不同的选择等级，以此编制元器件优 选手册，能够更好控制产品的可靠性状态和分布。编制元器件优选手册，应注意以下几个方面： ） 了解元器件质量、可靠性信息及发展趋势； ） 根据实际使用情况及时增删元器件清单； ） 手册应包含元器件必要的数据和使用注意事项。 犌犅 犜 参 考 文 献 电工术语 可信性与服务质量 机床数控系统 可靠性设计 可靠性增长管理手册 犌犅 犜