GB/T 42982-2023 工业机器人平均无故障工作时间计算方法

　　ICS 25 . 040 . 30 CCS L 66

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 42982—2023

　　工业机器人平均无故障工作时间

　　计算方法

　　Calculation method of mean time between failures for industrial robots

　　2023-09-07 发布 2024-04-01 实施

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　

　　发

　　

　　布

　　GB/T 42982—2023

　　目 次

　　前言 Ⅲ

　　1 范围 1

　　2 规范性引用文件 1

　　3 术语和定义 1

　　4 抽样 2

　　4 . 1 抽样方法 2

　　4 . 2 抽样数量 3

　　5 试验方式 3

　　5 . 1 试验方案 3

　　5 . 2 试验定时截尾时间 3

　　6 测试条件及可靠性修正系数 3

　　6 . 1 测试条件 3

　　6 . 2 可靠性修正系数 3

　　7 测试方法 4

　　7 . 1 通则 4

　　7 . 2 测试要求 4

　　7 . 3 测试流程 4

　　7 . 4 MTBF点估计计算 5

　　7 . 5 MTBF置信区间估计 5

　　7 . 6 平均修复时间 MTTR计算 6

　　8 状态监测与信息记录 7

　　8 . 1 状态监测 7

　　8 . 2 信息记录 7

　　9 故障判断及故障处理 7

　　9 . 1 原则 7

　　9 . 2 关联故障 8

　　9 . 3 非关联故障 8

　　10 测试报告 8

　　附录 A (规范性) 现场试验可靠性修正系数 k 查询表 9

　　附录 B (资料性) 可靠性测试故障报告表 10

　　附录 C (资料性) 故障分析纠正报告表 11

　　附录 D (资料性) 可靠性测试样本试验登记表 12

　　附录 E (资料性) 可靠性测试记录表 13

　　I

　　GB/T 42982—2023

　　附录 F (资料性) 可靠性测试性能检测报表 14

　　附录 G (资料性) 可靠性测试结论表 15

　　参考文献 16

　　Ⅱ

　　GB/T 42982—2023

　　前 言

　　本文件按照 GB/T 1 . 1—2020《标准化工作导则 第 1 部分:标准化文件的结构和起草规则》的规定起草 。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利 。本文件的发布机构不承担识别专利的责任 。

　　本文件由中国机械工业联合会提出 。

　　本文件由全国机器人标准化技术委员会(SAC/TC591)归口 。

　　本文件起草单位:河北工业大学 、重庆德新机器人检测中心有限公司 、芜湖赛宝机器人产业技术研究院有限公司 、北京机械工业自动化研究所有限公司 、常州铭赛机器人科技股份有限公司 、湖南大学 、南京埃斯顿机器人工程有限公司 、天津新松机器人自动化有限公司 、青岛明思为科技有限公司 、东莞市李群自动化技术有限公司 、电子科技大学 、湖南工程学院 、中国软件评测中心(工业和信息化部软件与集成电路促进中心) 、中国科学院合肥物质科学研究院 、安徽工程大学 、上海机器人产业技术研究院有限公司 、重庆凯瑞认证服务有限公司 、重庆智能机器人研究院 、天津旗领机电科技有限公司 。

　　本文件主要起草人:韩旭 、王嘉 、张露予 、段书用 、赵赢 、陶友瑞 、吕健 、涂志健 、姜潮 、吴锦辉 、李长峰 、左明健 、石金博 、王金涛 、张冶 、黄洪钟 、刘宇 、杨海滨 、杨书评 、李梦玮 、黄慧洁 、刘永明 、陈国强 、李彦锋 、米金华 、吕振玉 、高理富 、孙添飞 、黄鹏 、钱华明 。

　　Ⅲ

　　GB/T 42982—2023

　　工业机器人平均无故障工作时间

　　计算方法

　　1 范围

　　本文件规定了计算工业机器人平均无故障工作时间的抽样方法 、测试条件 、故障判定方法和测试报告 , 描述了试验场和现场的测试方法 。

　　本文件适用于工业机器人产品在进行可靠性验证 、测定 、评定时的平均无故障工作时间计算 。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款 。其中 , 注 日期的引用文件 , 仅该日期对应的版本适用于本文件;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/ T 7827 可靠性预计程序

　　GB/T 12642 工业机器人 性能规范及其试验方法

　　GB/T 23567 . 1—2009 数控机床可靠性评定 第 1 部分:总则

　　GB/T 32245 机床数控系统 可靠性测试与评定

　　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

　　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 : 通常认为工业机器人在时间区间内始终处于能完成要求功能的状态 。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 。

　　[来源: GB/T 2900 . 13—2008 , 191-02-06 , 有修改] 3.2

　　平均无故障工作时间 mean time between failures;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 。 [来源: GB/T 23567 . 1—2009 , 3 . 7 , 有修改]

　　3.3

　　工业机器人 industrial robot

　　自动控制的 、可重复编程 、多用途的操作机 , 可对三个或三个以上轴进行编程 。 它可以是固定式或移动式 , 在工业自动化中使用 。

　　[来源: GB/T 12643—2013 , 2 . 9] 3.4

　　MTBF的置信区间 demonstrated MTBF interval

　　(θ L, θ U )

　　在测试条件下 MTBF(3 . 2)真值的可能范围 , 即在规定的置信度下 MTBF(3 . 2)的区间估计值 。

　　1

　　GB/T 42982—2023

　　[来源: GB/T 23567 . 1—2009 , 3 . 9 , 有修改] 3.5

　　MTBF的点估计值 observed MTBF

　　-

　　θ

　　总测试时间与关联故障数的相对值 。

　　[来源: GB/T 23567 . 1—2009 , 3 . 8 , 有修改] 3.6

　　故障 fault

　　产品不能执行规定功能的状态 。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 , 但即使失效未发生 , 故障也可能存在 。

　　[来源: GB/T 2900 . 13—2008 , 191-05-01] 3.7

　　关联故障 relevant fault

　　在解释试验或运行结果或者计算可靠性量值时需要计入的故障 。

　　[来源: GB/T 23567 . 1—2009 , 3 . 2 , 有修改] 3.8

　　非关联故障 non-relevant fault

　　在解释试验或运行结果或者计算可靠性量值时如需要予以排除的故障 。

　　注 : 工业机器人未按规定条件使用 、存储 、运输等引起的故障 。

　　[来源: GB/T 23567 . 1—2009 , 3 . 3 , 有修改] 3.9

　　预防性维护 preventive maintenance

　　为降低产品失效概率或防止功能退化 , 按规定的时间间隔或时间准则实施的维护 。

　　[来源: GB/T 23567 . 1—2009 , 3 . 11]

　　3 . 10

　　平均修复时间 mean time to restoration;MTTR

　　从发现故障到恢复规定性能所需时间的平均值 。

　　[来源: GB/T 23567 . 1—2009 , 3 . 10]

　　3 . 1 1

　　现场试验 field test

　　在用户使用条件下进行的试验 。

　　[来源: GB/T 2900 . 99—2016 , 192-09-06]

　　4 抽样

　　4 . 1 抽样方法

　　宜从型号 、规格及配置均相同的同一批次工业机器人产品中抽样 , 以保证测试结果的可比性 。进行工业机器人可靠性测试时 , 应采用随机抽样的方式确定工业机器人测试样本(以下简称测试样本) , 应按GB/T 32245 规定执行抽样 , 测试样本应满足下列要求中的其中一项:

　　— 通过出厂检验且检验结论为合格 ;

　　— 已运送至用户地且通过调试可正常运行 ;

　　— 不满足以上要求但测试各方商定后均认可 。

　　2

　　GB/T 42982—2023

　　4 . 2 抽样数量

　　根据抽样原则 , 在产品中随机抽样。 抽样数量应按表 1 选取。

　　表 1 抽样数量表

　　试验方式

　　试验场试验

　　现场跟踪统计试验

　　抽样数量

　　>1 台

　　≥20 台

　　5 试验方式

　　5 . 1 试验方案

　　工业机器人可靠性测试包括试验场试验和现场跟踪统计试验两种方法 , 两者可组合执行。

　　— 试验场试验:由工业机器人生产厂家或第三方机构在试验场环境下进行 , 试验过程严格控制相关试验条件 , 监测并记录工业机器人功能表现情况和性能变化情况。

　　— 现场跟踪统计试验:由工业机器人使用厂家或第三方机构在实际工况下进行 , 试验过程应定时观测记录工业机器人功能表现情况。

　　试验场试验宜尽量模拟工业机器人的实际使用工况 , 并能充分暴露工业机器人的故障。

　　首次进行可靠性试验的机型应包含试验场试验。

　　5 . 2 试验定时截尾时间

　　工业机器人可靠性评定试验采用无替换的定时截尾试验方案。

　　— 采用试验场试验的每台样机累积相关试验时间 T≥500 h 。

　　— 采用现场跟踪统计试验的每台样机累积相关试验时间 T≥2 000 h 。

　　6 测试条件及可靠性修正系数

　　6 . 1 测试条件

　　除测试各方另有约定外 , 试验测试条件应符合工业机器人产品标准或相关规范 、工业机器人产品手册的规定。 GB/T 32245 给出了产品可靠性测试的各种环境条件 , 测试条件包括但不限于下列内容:

　　— 气候环境条件 , 如温度 、湿度 、气压强度 、粉尘浓度等 ;

　　— 机械环境条件 , 如振动 、冲击等 ;

　　— 电源环境条件 , 如输入电源的幅值 、波动范围 、相数等 ;

　　— 电磁环境条件 , 静电强度 、脉冲群 、工频射频磁场强度等 ;

　　— 作业工况条件 , 如运行速度 、负载大小 、负载占空比等。

　　6 . 2 可靠性修正系数

　　现场跟踪统计试验应根据实际运行负载情况 、速度情况合理选择可靠性修正系数 , 一般情况下可靠性修正系数 ≥1 。

　　可靠性修正系数应符合附录 A 的规定。

　　3

　　GB/T 42982—2023

　　7 测试方法

　　7 . 1 通则

　　定时截尾试验测试方案通过统计在规定时间范围内发生的关联故障数 , 以产品无故障工作时间符合指数分布的假设为基础 , 完成对工业机器人被测机型 MTBF评定 。

　　按照 GB/T 7827 给出的可靠性模型建立的步骤执行 。 在开展测试之前应根据工业机器人设计及实际需求确定 MTBF 目标值(θ T ) , 并计入相应可靠性分析报告中 。

　　定时截尾试验累计测试时长(TSum )应满足 TSum ≥θ T 。

　　由于抽样测试只能在一定程度上反映批量产品的可靠性信息 , 累计试验时长决定了测试结果的可信度水平 。

　　7 . 2 测试要求

　　工业机器人可靠性测试方法满足以下要求 。

　　— 按 GB/T 23567 . 1—2009 进行试验 , 试验过程中可按产品手册或相关标准规定程序对测试样本进行预防性维护(如维护手册规定的更换 、调整 、检修 、润滑等) 。

　　— 试验过程应定期对测试样本外观 、功能 、性能等进行检测 , 具体检测项 目依据产品手册及相关标准确定 , 应包含但不限于按 GB/T 12642 描述的位姿重复性 , 位置稳定时间 , 位置超调量等重要性能参数 、负载能力 、最大运行速度等重要性能参数 , 检测项 目应计入最终可靠性分析报告中 。

　　— 试验过程中功能 、性能检测时间间隔可根据试验实际情况自行设定;试验场试验要求单台测试样本检测次数不少于 5 次(包含首末次检测) , 检测项目依据机器人应用情况而定 , 但不应少于按 GB/T 12642 描述的位姿重复性和轨迹重复性 , 平均分布在整个测试过程中;现场跟踪统计试验根据现场工况自行设定是否进行性能检测 , 相关信息应记入可靠性报告中 。

　　— 测试过程要求每天记录测试样本运行信息 , 包括启动时间 、结束时间 、设备故障停机时间 、恢复使用时间 、预防性维护时间 、样机状态 、温度 、湿度 、外观 、噪声 、油气渗漏情况等 , 并对特殊情况进行备注 。

　　— 测试样本发现故障应如实填写可靠性测试故障报告表 , 格式见附录 B。 发现故障应及时联系生产厂家技术人员进行处理 , 故障纠正后应记录故障原因 、维修措施 、遗留问题 、维修时长等信息并填写故障分析纠正报告表 , 见附录 C。

　　7 . 3 测试流程

　　工业机器人可靠性测试按以下流程进行 。

　　a) 对测试设施和仪器进行检定 , 各测试设施和仪器应能保证产生和保持测试所需的测试条件 , 并按照有关规定进行定期核查和检定 。所有测试设施和仪器应满足下列要求:其精度至少应为被测参数容差的三分之一;其标定应能追溯到国家最高计量标准;能适应所测量的环境条件 。

　　b) 测试样本初检 。对测试样本规格 、型号 、外观 、功能 、性能等进行检测 。如某测试样本存在下列任何一种情况 , 则视为不通过初检 。有测试样本不通过初检时应按照第 4 章的要求再进行抽样 , 补充测试样本数量:

　　● 规格 、型号不符 ;

　　● 外观有缺损 、松动 、破裂等情况 ;

　　● 功能 、性能不符合产品标准或相关规范规定 ;

　　● 经过非质量修复后仍有以上情况 。

　　4

　　GB/T 42982—2023

　　c) 对通过初检的测试样本进行安装 、调试 。

　　d) 再次验证测试样本能否满足产品标准和相关规范 , 测试步骤见 b) 。测试合格填写可靠性测试样本试验登记表 , 见附录 D。

　　e) 试验场试验应按照第 6 章的要求施加测试条件;现场试验应根据产品标准或相关规范对现场工作环境进行检查并矫正 。

　　f) 启动测试样本 , 试验场试验根据第 7 章规定程序开始测试 , 现场试验根据现场工作要求开始工作 。

　　g) 测试过程要求每天记录运行信息 。记录格式见附录 E。

　　h) 状态监测 。监测的内容见第 8 章 。监控过程中如果发生故障(故障判据见第 9 章) , 应如实记录 , 记录格式见附录 B, 并对故障进行处理 , 同时填写故障处理分析报告 , 分析报告格式见附录 C。测试过程应定期对测试样本外观 、功能 、性能等进行检测 , 具体检测项 目依据产品手册及相关标准双方商定并计入最终可靠性分析报告中 , 并记录形成报表 , 记录格式见附录 F。

　　i) 完成设定测试时长后结束测试 , 关闭测试样本 , 切断电源 , 移除辅助仪器设施 。

　　j) 最终检测 。对测试样本的外观 、功能 、性能等进行检测 。最终检测环节发现的故障也应记录为可靠性测试的故障 。

　　7 . 4 MTBF点估计计算

　　定时截尾试验 MTBF点估计按式(1) 、式(2)及式(3)计算 。

　　TSum = k Ti Tj … … … … … … … … … …

　　r ri rj …………………………( 2 )

　　TSum /r …………………………( 3 )

　　式中:

　　θ(^) — 工业机器人平均无故障工作时间 MTBF点估计值 ;

　　n — 现场试验样本总数 ;

　　m — 试验场试验样本总数 ;

　　Ti — 现场试验第 i 台机器人累积工作时长 , 单位为小时(h) ;

　　Tj — 试验场试验第 j 台机器人累积工作时长 , 单位为小时(h) ;

　　ri — 现场试验第 i 台机器人累积故障数 ;

　　rj — 试验场试验第 j 台机器人累积故障数 ;

　　TSum — 测试样本总试验时间 ;

　　r — 测试样本总故障数 ;

　　k — 现场试验可靠性修正系数 。

　　如测试结束时发生的关联故障数为 0 , 则 MTBF的点估计值按式(4)计算 。

　　θ(^) = 3TSum …………………………( 4 )

　　式中:

　　θ(^) — 工业机器人平均无故障工作时间 MTBF点估计值 ;

　　TSum — 测试样本总试验时间 。

　　7 . 5 MTBF置信区间估计

　　MTBF置信区间计算公式如式(5) 、式(6)所示 , 可靠性报告宜以单侧下限置信区间进行描述 。

　　θ L = θ(^)CL …………………………( 5 )

　　θ U = θ(^)CU …………………………( 6 )

　　5

　　GB/T 42982—2023

　　式中 :

　　θ L —MTBF的单侧置信下限 ;

　　θ U —MTBF的单侧置信上限 ;

　　θ(^) — 工业机器人平均无故障工作时间 MTBF点估计值 ;

　　CL — 定时截尾 MTBF的置信下限系数(见表 2) ;

　　CU— 定时截尾 MTBF的置信上限系数(见表 2) 。

　　表 2 定时截尾 MTBF的置信系数表

　　累积故障数r

　　置信区间

　　40%双侧

　　60%双侧

　　80%双侧

　　90%双侧

　　70%

　　单侧下限

　　70%

　　单侧上限

　　80%

　　单侧下限

　　80%

　　单侧上限

　　90%

　　单侧下限

　　90%

　　单侧上限

　　95%

　　单侧下限

　　95%

　　单侧下限

　　1

　　0 . 410

　　2 . 804

　　0 . 334

　　4 . 481

　　0 . 257

　　9 . 491

　　0 . 211

　　19 . 417

　　2

　　0 . 553

　　1 . 803

　　0 . 467

　　2 . 426

　　0 . 376

　　3 . 761

　　0 . 317

　　5 . 658

　　3

　　0 . 630

　　1 . 568

　　0 . 544

　　1 . 955

　　0 . 449

　　2 . 722

　　0 . 387

　　3 . 659

　　4

　　0 . 679

　　1 . 447

　　0 . 595

　　1 . 742

　　0 . 500

　　2 . 293

　　0 . 437

　　2 . 930

　　5

　　0 . 714

　　1 . 376

　　0 . 632

　　1 . 618

　　0 . 539

　　2 . 055

　　0 . 476

　　2 . 534

　　6

　　0 . 740

　　1 . 328

　　0 . 661

　　1 . 537

　　0 . 570

　　1 . 904

　　0 . 507

　　2 . 294

　　7

　　0 . 760

　　1 . 294

　　0 . 684

　　1 . 479

　　0 . 595

　　1 . 797

　　0 . 534

　　2 . 132

　　8

　　0 . 777

　　1 . 267

　　0 . 703

　　1 . 435

　　0 . 616

　　1 . 718

　　0 . 556

　　2 . 008

　　9

　　0 . 790

　　1 . 247

　　0 . 719

　　1 . 400

　　0 . 634

　　1 . 657

　　0 . 573

　　1 . 916

　　10

　　0 . 802

　　1 . 230

　　0 . 733

　　1 . 372

　　0 . 649

　　1 . 607

　　0 . 590

　　1 . 842

　　11

　　0 . 812

　　1 . 215

　　0 . 744

　　1 . 349

　　0 . 663

　　1 . 567

　　0 . 603

　　1 . 783

　　12

　　0 . 821

　　1 . 203

　　0 . 755

　　1 . 329

　　0 . 675

　　1 . 533

　　0 . 615

　　1 . 733

　　13

　　0 . 828

　　1 . 193

　　0 . 764

　　1 . 312

　　0 . 686

　　1 . 504

　　0 . 627

　　1 . 689

　　14

　　0 . 835

　　1 . 184

　　0 . 772

　　1 . 297