可靠性安全性設(shè)計(jì)

2.保證產(chǎn)品(或系統(tǒng))可靠性的方法有三種方法提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造質(zhì)量冗余技術(shù)診斷技術(shù)是最根本的方法．它的作用是消除故障或者降低故障率于發(fā)生之前。保證產(chǎn)品可靠性的一種重要方法，它可以在故障發(fā)生之后把故障造成的影響掩蔽起來(lái)，使產(chǎn)品在一定時(shí)間內(nèi)繼續(xù)保持工作能力。是一種暴露法，它可以把已經(jīng)出現(xiàn)的或即將出現(xiàn)的故障及時(shí)暴露出來(lái)，以便迅速修復(fù)。第一頁(yè)，共15頁(yè)。1)提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造質(zhì)量裕度法；對(duì)于關(guān)鍵性的產(chǎn)品，可以加大設(shè)計(jì)的安全系數(shù)，以保證一定的可取性儲(chǔ)備。

在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要進(jìn)行可靠性分析，估計(jì)系統(tǒng)和單元中各種引起失效的可能因素，采取必要的可靠性措施，以降低產(chǎn)品的故障率。這時(shí)可以采用可靠性預(yù)測(cè)的方法，對(duì)各種可取性指標(biāo)進(jìn)行估計(jì)。

制造階段中的原材料和制造工藝，都要保證完全達(dá)到各項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)。

可對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行可取性試驗(yàn)，以便確定實(shí)際產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)。對(duì)于可靠性要求特別高的產(chǎn)品，除采用冗余技術(shù)和診斷技術(shù)外．還可采用下述幾種方法。

自動(dòng)控制：在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，利用機(jī)電一體化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，使產(chǎn)品(或系統(tǒng))具有自適應(yīng)、自調(diào)整、自診斷甚至自修復(fù)的功能，可以大大提高產(chǎn)品的可靠性。第二頁(yè)，共15頁(yè)。

2)采用冗余技術(shù)冗余技術(shù)又稱儲(chǔ)備技術(shù)。它是利用系統(tǒng)的并聯(lián)模型來(lái)提高系統(tǒng)可靠性的一種手段。冗余有工作冗余和后備冗余兩類。

工作冗余；又稱工作儲(chǔ)備或掩蔽儲(chǔ)備，是兩個(gè)或兩個(gè)以上單元并行工作的并聯(lián)模型。平時(shí)，由各個(gè)單元平均負(fù)擔(dān)工作應(yīng)力，因此工作能力有冗余。只有當(dāng)所有的單元都失效時(shí)系統(tǒng)才失效，如果還有任何一個(gè)單元末失效，系統(tǒng)就能可靠地工作，不過(guò)這個(gè)單元要負(fù)擔(dān)額定的全部工作應(yīng)力。后備冗余：又稱非工作儲(chǔ)備或待機(jī)儲(chǔ)備。平時(shí)只需一個(gè)單元工作，另一個(gè)單元是冗余的，用于待機(jī)備用。這種系統(tǒng)必須設(shè)置失效檢測(cè)與轉(zhuǎn)換裝置，不斷檢測(cè)工作單元的工作狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)失效就啟動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置，用后備單元代替失效的工作單元。第三頁(yè)，共15頁(yè)。

3)采用診斷技術(shù)：診斷技術(shù)是用來(lái)取得有關(guān)產(chǎn)品中產(chǎn)生的失效(故障)類型和失效位置信息。它的任務(wù)有兩個(gè)；一是出現(xiàn)故障時(shí)，迅速確定故障的種類和位置，以便及時(shí)修復(fù)。二是在故障尚未發(fā)生時(shí)，確定產(chǎn)品中有關(guān)元器件距離極限狀態(tài)的程度，查明產(chǎn)品工作能力下降的原因，以便采取維護(hù)措施或進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，防止發(fā)生故障。診斷的過(guò)程是；首先對(duì)診斷對(duì)象進(jìn)行特定的測(cè)試，取得診斷信號(hào)(輸出參數(shù))，再?gòu)脑\斷信號(hào)中分離出能表征故障種類和位置的異常性信號(hào)，即癥兆；最后將癥兆與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)相比較，確定故障的種類和故障位置。測(cè)試；通常有兩種測(cè)試，一是在故障出現(xiàn)之后，為了迅速確定故障的種類和位置，對(duì)診斷對(duì)象進(jìn)行的試驗(yàn)性測(cè)試，這時(shí)診斷對(duì)象處于非工作狀態(tài)，這種情況稱為診斷測(cè)試；二是在故障發(fā)生之前，診斷對(duì)象處于工作狀態(tài)，為了預(yù)測(cè)故障或及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障而進(jìn)行的在線測(cè)試，這種情況稱為故障監(jiān)測(cè)。第四頁(yè)，共15頁(yè)。

癥兆：癥兆是有助于判斷故障種類和故障位置的異常性診斷信號(hào)，可分為直接癥兆和間接癥兆兩類。

直接癥兆是在檢測(cè)產(chǎn)品整機(jī)的輸出參數(shù)或可能出現(xiàn)故障的元部件的輸出參數(shù)時(shí)，取得的異常性診斷信號(hào)。

間接癥兆是從那些與產(chǎn)品工作能力存在函數(shù)關(guān)系的間接參數(shù)中取出的異常性診斷信號(hào)。

采用間接癥兆進(jìn)行診斷主要優(yōu)點(diǎn)：可以在產(chǎn)品處于工作狀態(tài)及不作任何拆卸的情況下，評(píng)價(jià)產(chǎn)品的工作能力。

缺點(diǎn)：間接癥兆與產(chǎn)品輸出信號(hào)之間往往存在某種隨機(jī)關(guān)系，此外，一些干擾因素也會(huì)影響間接癥兆的有效性。盡管如此，間接癥兆在診斷技術(shù)中還是得到了廣泛應(yīng)用。

第五頁(yè)，共15頁(yè)。診斷：診斷就是將測(cè)試取得的診斷信號(hào)與設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)相比較，或利用事先確定的癥兆與故障之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，來(lái)確定故障的種類與部位。標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)：根據(jù)產(chǎn)品或元部件輸出參數(shù)的極限值來(lái)設(shè)定的。癥兆與故障之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可根據(jù)理論分析或模擬仿真試驗(yàn)來(lái)建立，這種關(guān)系用列表形式來(lái)表示時(shí)，稱為故障診斷表，有時(shí)稱為故障字典。第六頁(yè)，共15頁(yè)。3.干擾和抗干擾措施1)干擾源。根據(jù)干擾進(jìn)入的渠道可分為兩大類型：一是傳導(dǎo)型，通過(guò)各種線路傳入控制器，包括供電干擾、強(qiáng)電干擾和接地干擾等；二是輻射型，通過(guò)空間感應(yīng)進(jìn)入控制器，包括電磁干擾和靜電干擾等。供電干擾：電壓波動(dòng)、斷電或瞬時(shí)斷電強(qiáng)電干擾：感性元件

產(chǎn)生過(guò)電壓和電流沖擊。接地干擾：接地干擾是由于接地不當(dāng)、形成接地環(huán)路產(chǎn)生輻射干擾：磁場(chǎng)、電磁場(chǎng)、靜電場(chǎng)或電磁波輻射源第七頁(yè)，共15頁(yè)。2)抗干擾措施供電系統(tǒng)的抗干擾措（穩(wěn)壓、濾波、隔離）增加電子交流穩(wěn)壓器增加低通濾波器加入隔離變壓器在可靠性要求很高的地方，可采用不間斷電源(具有備用直流電源)，以解決瞬時(shí)停電或瞬時(shí)電壓降所造成的危害。接口電路的抗干擾措施采取吸收的方法抑制其產(chǎn)生采取隔離的方法，阻斷其傳導(dǎo)第八頁(yè)，共15頁(yè)。轉(zhuǎn)換接口的隔離對(duì)于近距離的，不需放大濾波：去掉高頻整形電路：改善脈沖的前沿對(duì)于遠(yuǎn)距離的，需放大第九頁(yè)，共15頁(yè)。接地系統(tǒng)的抗干擾措施主要方法是切斷接地環(huán)路單點(diǎn)接地并聯(lián)接地光電隔離第十頁(yè)，共15頁(yè)。(4)軟件的可靠性技術(shù)1)利用軟件來(lái)提高系統(tǒng)的可靠性其措施有；①增加系統(tǒng)信息管理的軟件，與硬件配合，對(duì)信息進(jìn)行保護(hù)。包括防止信息被破壞，在出現(xiàn)故障時(shí)保護(hù)信息，在故降排除后恢復(fù)信息等。②利用軟件冗余，防止信息的輸入/輸出過(guò)程及傳送過(guò)程中出錯(cuò)。如對(duì)關(guān)鍵數(shù)據(jù)采用重復(fù)校驗(yàn)方式，對(duì)信息采用重復(fù)傳送并進(jìn)行校驗(yàn)等。③編制診斷程序，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故降；找出故障的部位，以便縮短修理時(shí)間。④用軟件進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)度。這包括在發(fā)生故障時(shí)，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)、迅速將故障裝置切換成備用裝置；在過(guò)負(fù)荷或環(huán)境條件變化時(shí)，采取應(yīng)急措施；在排除故障后，使系統(tǒng)迅速恢復(fù)正常并投入運(yùn)行等。第十一頁(yè)，共15頁(yè)。方法：1、明確軟件的規(guī)格，使測(cè)試易于進(jìn)行。2、把測(cè)試手段作為軟件設(shè)計(jì)開發(fā)的一部分。3、程序結(jié)構(gòu)本身組合成便于測(cè)試的的形式。2)提高軟件本身的可靠性措施措施：①程序分段和層次結(jié)構(gòu)。②提高可測(cè)試性設(shè)計(jì)。③對(duì)軟件進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試按照下述步驟進(jìn)行：①單元測(cè)試。②局部或系統(tǒng)測(cè)試。③系統(tǒng)功能調(diào)試。④現(xiàn)場(chǎng)安裝、綜合驗(yàn)收。應(yīng)用軟件可靠性除了取決于設(shè)計(jì)時(shí)具有固有的特性外，還取決于使用條件。必須根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件，在實(shí)際系統(tǒng)中，按設(shè)計(jì)、使用雙方共同擬定的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行驗(yàn)收調(diào)試，直到滿足用戶要求達(dá)到驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)為止。第十二頁(yè)，共15頁(yè)。5.3.2安全性設(shè)計(jì)(1)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)生事故的原因A.淡化了安全觀念表現(xiàn)在：①對(duì)機(jī)器人較低的可靠性認(rèn)識(shí)不足；②自動(dòng)機(jī)械與人有密切聯(lián)系，盡管人的不安全動(dòng)作直接與事故有聯(lián)系，但在設(shè)計(jì)和使用上還沒充分認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)；③機(jī)器人的手臂是在三維空間運(yùn)動(dòng)的，沒有在整體上充分考慮安全保護(hù)措施。(2)工業(yè)機(jī)器人的安全措施1)設(shè)置安全柵。2)安裝警示燈。3)安裝監(jiān)視器。4)安裝防越程裝置。5)安裝緊急停止裝置。6)低速示教。對(duì)緊急停止裝置的要求是：①應(yīng)能盡快地停止：②電路應(yīng)是獨(dú)立的，以確保高可靠性；③除控制臺(tái)以外，在作業(yè)位置上也要安裝緊急停止按鈕；④緊急停止后不能自動(dòng)恢復(fù)工作。B.誤動(dòng)作；C.失控和示教上的錯(cuò)誤。第十三頁(yè)，共15頁(yè)。①機(jī)械設(shè)備的高度自動(dòng)化和大型化，控制的軟件化，從外觀上不可能了解自動(dòng)化機(jī)械的動(dòng)作，操作者處理異常情況比較困難；②許多自動(dòng)化機(jī)械與非自動(dòng)化機(jī)械的混合使用，因而事故較多，難以制定對(duì)策，以確保安全；③異常情況的處理是由人來(lái)完成的，而自動(dòng)化設(shè)備并末充分考慮人的存在，在排除故障過(guò)程中容易發(fā)生安全事故。機(jī)電一體化機(jī)械設(shè)備的自動(dòng)化還存在如下問(wèn)題：第十四頁(yè)，共15頁(yè)。課后習(xí)題1、機(jī)電一體化系統(tǒng)中干擾信號(hào)進(jìn)入控制器的主要渠道有：一是傳導(dǎo)型：供電干擾、強(qiáng)電干擾和

。二是輻射形：

和靜電干擾。2、機(jī)電一體化系統(tǒng)保證產(chǎn)品（或系統(tǒng)）可靠性的方法可以采用冗余技術(shù)，冗余技術(shù)又稱為儲(chǔ)備技術(shù)，分為