可靠性安全性設(shè)計

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，使產(chǎn)品在一定時間內(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)的故障及時暴露出來，以便迅速修復(fù)。第一頁，共15頁。1)提高產(chǎn)品的設(shè)計和制造質(zhì)量裕度法；對于關(guān)鍵性的產(chǎn)品，可以加大設(shè)計的安全系數(shù)，以保證一定的可取性儲備。

在設(shè)計過程中，要進行可靠性分析，估計系統(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。這時可以采用可靠性預(yù)測的方法，對各種可取性指標進行估計。

制造階段中的原材料和制造工藝，都要保證完全達到各項設(shè)計指標。

可對產(chǎn)品進行可取性試驗，以便確定實際產(chǎn)品的可靠性指標。對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。

自動控制：在產(chǎn)品設(shè)計中，利用機電一體化技術(shù)的優(yōu)勢，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，共15頁。

2)采用冗余技術(shù)冗余技術(shù)又稱儲備技術(shù)。它是利用系統(tǒng)的并聯(lián)模型來提高系統(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；又稱工作儲備或掩蔽儲備，是兩個或兩個以上單元并行工作的并聯(lián)模型。平時，由各個單元平均負擔(dān)工作應(yīng)力，因此工作能力有冗余。只有當所有的單元都失效時系統(tǒng)才失效，如果還有任何一個單元末失效，系統(tǒng)就能可靠地工作，不過這個單元要負擔(dān)額定的全部工作應(yīng)力。后備冗余：又稱非工作儲備或待機儲備。平時只需一個單元工作，另一個單元是冗余的，用于待機備用。這種系統(tǒng)必須設(shè)置失效檢測與轉(zhuǎn)換裝置，不斷檢測工作單元的工作狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)失效就啟動轉(zhuǎn)換裝置，用后備單元代替失效的工作單元。第三頁，共15頁。

3)采用診斷技術(shù)：診斷技術(shù)是用來取得有關(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；一是出現(xiàn)故障時，迅速確定故障的種類和位置，以便及時修復(fù)。二是在故障尚未發(fā)生時，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，以便采取維護措施或進行自動調(diào)整，防止發(fā)生故障。診斷的過程是；首先對診斷對象進行特定的測試，取得診斷信號(輸出參數(shù))，再從診斷信號中分離出能表征故障種類和位置的異常性信號，即癥兆；最后將癥兆與標準數(shù)據(jù)相比較，確定故障的種類和故障位置。測試；通常有兩種測試，一是在故障出現(xiàn)之后，為了迅速確定故障的種類和位置，對診斷對象進行的試驗性測試，這時診斷對象處于非工作狀態(tài)，這種情況稱為診斷測試；二是在故障發(fā)生之前，診斷對象處于工作狀態(tài)，為了預(yù)測故障或及時發(fā)現(xiàn)故障而進行的在線測試，這種情況稱為故障監(jiān)測。第四頁，共15頁。

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，可分為直接癥兆和間接癥兆兩類。

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

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。

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

缺點：間接癥兆與產(chǎn)品輸出信號之間往往存在某種隨機關(guān)系，此外，一些干擾因素也會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，共15頁。診斷：診斷就是將測試取得的診斷信號與設(shè)定的標準數(shù)據(jù)相比較，或利用事先確定的癥兆與故障之間的對應(yīng)關(guān)系，來確定故障的種類與部位。標準數(shù)據(jù)：根據(jù)產(chǎn)品或元部件輸出參數(shù)的極限值來設(shè)定的。癥兆與故障之間的對應(yīng)關(guān)系，可根據(jù)理論分析或模擬仿真試驗來建立，這種關(guān)系用列表形式來表示時，稱為故障診斷表，有時稱為故障字典。第六頁，共15頁。3.干擾和抗干擾措施1)干擾源。根據(jù)干擾進入的渠道可分為兩大類型：一是傳導(dǎo)型，通過各種線路傳入控制器，包括供電干擾、強電干擾和接地干擾等；二是輻射型，通過空間感應(yīng)進入控制器，包括電磁干擾和靜電干擾等。供電干擾：電壓波動、斷電或瞬時斷電強電干擾：感性元件

產(chǎn)生過電壓和電流沖擊。接地干擾：接地干擾是由于接地不當、形成接地環(huán)路產(chǎn)生輻射干擾：磁場、電磁場、靜電場或電磁波輻射源第七頁，共15頁。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)，以解決瞬時停電或瞬時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，共15頁。轉(zhuǎn)換接口的隔離對于近距離的，不需放大濾波：去掉高頻整形電路：改善脈沖的前沿對于遠距離的，需放大第九頁，共15頁。接地系統(tǒng)的抗干擾措施主要方法是切斷接地環(huán)路單點接地并聯(lián)接地光電隔離第十頁，共15頁。(4)軟件的可靠性技術(shù)1)利用軟件來提高系統(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，對信息進行保護。包括防止信息被破壞，在出現(xiàn)故障時保護信息，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/輸出過程及傳送過程中出錯。如對關(guān)鍵數(shù)據(jù)采用重復(fù)校驗方式，對信息采用重復(fù)傳送并進行校驗等。③編制診斷程序，及時發(fā)現(xiàn)故降；找出故障的部位，以便縮短修理時間。④用軟件進行系統(tǒng)調(diào)度。這包括在發(fā)生故障時，進行現(xiàn)場保護、迅速將故障裝置切換成備用裝置；在過負荷或環(huán)境條件變化時，采取應(yīng)急措施；在排除故障后，使系統(tǒng)迅速恢復(fù)正常并投入運行等。第十一頁，共15頁。方法：1、明確軟件的規(guī)格，使測試易于進行。2、把測試手段作為軟件設(shè)計開發(fā)的一部分。3、程序結(jié)構(gòu)本身組合成便于測試的的形式。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提高可測試性設(shè)計。③對軟件進行測試。測試按照下述步驟進行：①單元測試。②局部或系統(tǒng)測試。③系統(tǒng)功能調(diào)試。④現(xiàn)場安裝、綜合驗收。應(yīng)用軟件可靠性除了取決于設(shè)計時具有固有的特性外，還取決于使用條件。必須根據(jù)現(xiàn)場條件，在實際系統(tǒng)中，按設(shè)計、使用雙方共同擬定的驗收標準進行驗收調(diào)試，直到滿足用戶要求達到驗收標準為止。第十二頁，共15頁。5.3.2安全性設(shè)計(1)工業(yè)機器人產(chǎn)生事故的原因A.淡化了安全觀念表現(xiàn)在：①對機器人較低的可靠性認識不足；②自動機械與人有密切聯(lián)系，盡管人的不安全動作直接與事故有聯(lián)系，但在設(shè)計和使用上還沒充分認識到這一點；③機器人的手臂是在三維空間運動的，沒有在整體上充分考慮安全保護措施。(2)工業(yè)機器人的安全措施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)是獨立的，以確保高可靠性；③除控制臺以外，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恢復(fù)工作。B.誤動作；C.失控和示教上的錯誤。第十三頁，共15頁。①機械設(shè)備的高度自動化和大型化，控制的軟件化，從外觀上不可能了解自動化機械的動作，操作者處理異常情況比較困難；②許多自動化機械與非自動化機械的混合使用，因而事故較多，難以制定對策，以確保安全；③異常情況的處理是由人來完成的，而自動化設(shè)備并末充分考慮人的存在，在排除故障過程中容易發(fā)生安全事故。機電一體化機械設(shè)備的自動化還存在如下問題：第十四頁，共15頁。課后習(xí)題1、機電一體化系統(tǒng)中干擾信號進入控制器的主要渠道有：一是傳導(dǎo)型：供電干擾、強電干擾和

。二是輻射形：

和靜電干擾。2、機電一體化系統(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)又稱為儲備技術(shù)，分為