電氣自動化控制設(shè)備的可靠性測試

趙靜 馮擁軍

摘要：對于生產(chǎn)廠家和廣大用戶來說，最關(guān)心的問題就是電氣自動化設(shè)備的可靠性。為了確保電氣自動化設(shè)備的可靠性，國家電控配電設(shè)備質(zhì)檢中心提出了測定電氣自動化設(shè)備可靠性的方法。文章首先對 3 種可靠性測試方法進(jìn)行了簡單介紹，之后論述了電氣自動化控制設(shè)備可靠性測試方法選擇方面的相關(guān)問題，最后對現(xiàn)場可靠性測試方法進(jìn)行重點分析。

關(guān)鍵詞：電氣自動化;可靠性測試;現(xiàn)場可靠性測試

1 電氣自動化控制設(shè)備可靠性測試方法及選擇

1.1 電氣自動化控制設(shè)備可靠性測試方法

確定一個最適當(dāng)?shù)碾姎庾詣踊刂圃O(shè)備可靠性測試方法是對電氣自動化控制設(shè)備可靠性做出客觀準(zhǔn)確評價的前提條件。國家電控配電設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心提供了對電氣自動化控制設(shè)備進(jìn)行可靠性測試的方法，在實踐中比較常用的主要有以下 3 種：（1）實驗室測試法。此種測試方法是通過可靠性模擬進(jìn)行測試，利用符合規(guī)定的可控工作條件及環(huán)境對設(shè)備運行現(xiàn)場使用條件進(jìn)行模擬，以便實現(xiàn)以最接近設(shè)備運行現(xiàn)場所遇到的環(huán)境應(yīng)力對設(shè)備進(jìn)行檢測，統(tǒng)計時間及失效總數(shù)等相關(guān)數(shù)據(jù)，從而得出被檢測設(shè)備可靠性指標(biāo)。此種可靠性測試方法的優(yōu)勢在于：實驗條件容易掌控、所獲取的試驗數(shù)據(jù)質(zhì)量較高、實驗結(jié)果可以再現(xiàn)等;不足之處主要體現(xiàn)在：進(jìn)行實驗室測試法所需要的實驗費用較高、實驗條件受到限制、需要試品數(shù)量大以及實驗結(jié)果受到產(chǎn)品批量及成本因素影響等。因此，此種測試方法更適用于生產(chǎn)批量較大的產(chǎn)品[1] 。（2）現(xiàn)場測試法。現(xiàn)場測試法的優(yōu)勢在于：測試環(huán)境與實際工作環(huán)境更加符合，測試所得到的數(shù)據(jù)可以對被檢測設(shè)備實際運行中的可靠性及維護(hù)性等相關(guān)參數(shù)做出更加真實的反映;進(jìn)行可靠性實驗所需要的設(shè)備較少，需要投入的測試費用相對少;在實施現(xiàn)場測試時被測試設(shè)備可以保持正常的運行狀態(tài)。電氣自動化控制設(shè)備可靠性現(xiàn)場測試法具體又包含 3 種類型：第一種是可靠性在線測試，即在被測試設(shè)備正常運行過程當(dāng)中進(jìn)行測試;第二種是停機測試，即在被測試設(shè)備停止運行時進(jìn)行測試;第三種是脫機測試，需要從設(shè)備運行現(xiàn)場將待檢測部件取出，安裝到專業(yè)檢測設(shè)備當(dāng)中進(jìn)行可靠性測試。。單純從測試技術(shù)方面分析，后 2 種測試方法相對簡單，但如果系統(tǒng)較為復(fù)雜一般只有設(shè)備保持運行狀態(tài)時才可以定位出現(xiàn)故障的準(zhǔn)確位置，故只能選擇在線測試[2] 。在實踐中，進(jìn)行現(xiàn)場測試時具體選擇哪種類型的測試，要看故障的具體情況以及是否可以實現(xiàn)立即停機。電氣自動化控制設(shè)備可靠性可靠性測試前提條件的確定現(xiàn)場測試法與實驗室測試法相比較，不同之處主要體現(xiàn)在以下 2 點：第一，現(xiàn)場測試法安裝及連接待測試設(shè)備的難度較大，主要原因在于，線路板已經(jīng)被封閉在機箱當(dāng)中，這就導(dǎo)致測試信號難以引進(jìn)，即便是在設(shè)備外殼處預(yù)留了測試插座，也需要較長的測試信號線，在進(jìn)行電氣自動化控制設(shè)備可靠性現(xiàn)場測試時，無法使用以往的在線仿真器;第二，由于進(jìn)行設(shè)備可靠性現(xiàn)場測試通常不具備實驗室的測試設(shè)備和儀器，這就給現(xiàn)場測試手段及方法提出更高要求。（3）保證實驗法。所謂保證實驗法，就是通常經(jīng)常談到的“烤機”，具體指的是在產(chǎn)品出廠前，在規(guī)定的條件下對產(chǎn)品所實施的無故障工作試驗。通常情況下，作為研究對象的電氣自動化控制設(shè)備都有著數(shù)量較多的元器件，其故障模式顯示方式并非以某幾類故障為主，而是具有一定的隨機性，并且故障表現(xiàn)形式多樣，所以，其故障服從于指數(shù)分布，換句話說，其失效率是隨著時間的變化而變化的。產(chǎn)品在出廠之前在實驗室所進(jìn)行的烤機，從本質(zhì)上講，就是測試和檢測產(chǎn)品早期失效情況，通過對產(chǎn)品進(jìn)行不斷的改進(jìn)和完善，以確保所出廠的產(chǎn)品的失效率均已符合相關(guān)指標(biāo)的要求。實施電氣自動化可靠性保證實驗所花費的時間較長，因此，如果產(chǎn)品是大批量生產(chǎn)，這種可靠性檢測方法只能應(yīng)用于產(chǎn)品的樣本，如果產(chǎn)品的生產(chǎn)量不大，則可以將此種保證實驗測試法應(yīng)用在所有產(chǎn)品上[3] 。電氣自動化設(shè)備可靠性保證實驗主要適用范圍是電路相對復(fù)雜、對可靠性要求較高并且數(shù)量不大的電氣自動化控制設(shè)備。

1.2 電氣自動化控制設(shè)備可靠性測試方法的確定

確定電氣自動化控制設(shè)備可靠性測試方法，需要對實驗場所、實驗環(huán)境、待測驗產(chǎn)品以及具體的實驗程序等因素進(jìn)行全面的考察和分析。（1）實驗場地的確定。電氣自動化設(shè)備可靠性測試實驗場地的選擇，需要結(jié)合設(shè)備可靠性測試的具體目標(biāo)來進(jìn)行[4] 。如果待測試的電氣自動化控制設(shè)備的可靠性高于某一特定指標(biāo)，就需要選取最為嚴(yán)酷的實驗場所進(jìn)行可靠性測試;如果只是測試電氣自動化控制設(shè)備在正常使用狀況下的可靠性，就需要選取最具代表性的工作環(huán)境作為開展測試實驗的場所;如果進(jìn)行測試的目的只是為了獲取準(zhǔn)確的可比性數(shù)據(jù)資料，在進(jìn)行實驗場所選擇時需要重點考慮與設(shè)備實際運行相同或相近的場所。（2）實驗環(huán)境的選取。因為對于電氣自動化控制設(shè)備而言，不同的產(chǎn)品類型所對應(yīng)的工況也有所不同，所以，在進(jìn)行電氣自動化控制設(shè)備可靠性測試時，選取非惡劣實驗環(huán)境，這樣被測試的電氣自動化控制設(shè)備將處于一般性應(yīng)力之下，由此所得到的設(shè)備自控可靠性結(jié)果更加客觀和準(zhǔn)確。（3）實驗產(chǎn)品的選擇。在選擇電氣自動化控制設(shè)備可靠性測試實驗產(chǎn)品時，要注意挑選比較具有代表性、具有典型特點的產(chǎn)品。所涉及到的產(chǎn)品的種類比較多，例如造紙、化工、礦井以及紡織等方面的機械電控設(shè)備等。從實驗產(chǎn)品規(guī)模上分析，主要包括大型設(shè)備以及中小型設(shè)備;從實驗設(shè)備的工作運行狀況來分析，主要可以分為連續(xù)運行設(shè)備以及間斷運行設(shè)備。（4）實驗程序。開展電氣自動化控制設(shè)備可靠性實驗需要由專業(yè)的現(xiàn)場實驗技術(shù)人員嚴(yán)格按照統(tǒng)一實驗程序操作，主要涉及到測試實驗開始及結(jié)束時間、確定適當(dāng)?shù)臅r間間隔、收集實驗數(shù)據(jù)、記錄并確定自控設(shè)備可靠性相關(guān)指標(biāo)、相應(yīng)的保障措施以及出現(xiàn)意外狀況的應(yīng)對措施等方面的規(guī)范。只有嚴(yán)格依據(jù)規(guī)范進(jìn)行自控設(shè)備可靠性實驗操作，才可以確保通過實驗獲取的相關(guān)數(shù)據(jù)的可靠性及準(zhǔn)確性。（5）實驗組織工作。開展電氣自動化控制設(shè)備可靠性測試實驗最為重要的內(nèi)容就是實驗組織工作，必須組建一支高效、合理且嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶嶒灲M織機構(gòu)，主要負(fù)責(zé)確定實施自控設(shè)備可靠性實驗的主要參與人員，協(xié)調(diào)相關(guān)工作、對實驗場所進(jìn)行管理，組織相關(guān)實驗活動，收集并整理實驗數(shù)據(jù)，分析實驗結(jié)果，對實驗所得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行全面深入分析，并在此基礎(chǔ)上得出實驗結(jié)論。除此之外，實驗組織機構(gòu)還需要負(fù)責(zé)組織協(xié)調(diào)實驗現(xiàn)場工程師、設(shè)備制造工程師以及可靠性設(shè)計工程師相互之間的關(guān)系與工作。

2 現(xiàn)場可靠性測試方法相關(guān)問題

2.1 實施設(shè)備可靠性現(xiàn)場測試的目的

對電氣自動化控制設(shè)備實施現(xiàn)場可靠性測試的目的主要有以下 5 點：①獲取電氣自動化控制設(shè)備運行現(xiàn)場的可靠性數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行可靠性評估，確定科學(xué)合理的設(shè)備可靠性考核指標(biāo);②對收集到的電氣自動化控制設(shè)備運行現(xiàn)場的可靠性數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計，進(jìn)而得到可靠性數(shù)據(jù)指標(biāo);③獲取電氣自動化控制設(shè)備元器件可靠性數(shù)據(jù)資料，在此基礎(chǔ)上確定元器件使用可靠性指標(biāo);④考察設(shè)備壽命特性，進(jìn)而確定設(shè)備在出廠前烤機時長;⑤對電氣自動化控制設(shè)備相關(guān)的維修數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和分析，在此基礎(chǔ)上評估設(shè)備的維修性。

2.2 實施設(shè)備可靠性現(xiàn)場測試的條件

進(jìn)行電氣自動化控制設(shè)備可靠性現(xiàn)場測試需要具備以下幾方面的條件：①具備較為完善的電氣自動化控制設(shè)備生產(chǎn)管理機制和相關(guān)制度;②具有成熟且穩(wěn)定的電氣自動化控制生產(chǎn)工藝和條件;③確保從正規(guī)渠道獲取設(shè)備相關(guān)器件;④相關(guān)電氣自動化控制設(shè)備的實際使用條件要符合相應(yīng)的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn);⑤盡可能多地對用戶使用的電氣自動化控制設(shè)備進(jìn)行測試，以確保所獲取的數(shù)據(jù)更加可靠。

2.3 對電氣自動化控制設(shè)備可靠性數(shù)據(jù)的統(tǒng)計及分析

依據(jù)電氣自動化控制設(shè)備可靠性指標(biāo)體系的具體要求，對所收集到的可靠性數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計和分析，進(jìn)而提取出自控設(shè)備可靠性特征，之后在所獲取的數(shù)據(jù)資料的基礎(chǔ)之上，在針對具有代表性的電氣自動化控制設(shè)備無故障作業(yè)時間的平均值進(jìn)行相應(yīng)的統(tǒng)計分析和計算。

3 結(jié)語

通過上文的闡述可知，電氣自動化控制與自動化設(shè)備具有一定的特殊性，種類多，產(chǎn)量低。因此，開展電氣自動化控制設(shè)備可靠性測試，采用實驗室測試的方法難度較大，相比較而言，現(xiàn)場測試方法更加實用，但是，現(xiàn)場測試方法也存在一定的不足。鑒于此，將 2 種可靠性測試方法有機結(jié)合起來可以取得更好的效果，即通過進(jìn)行部分實驗室測試實驗得到一些電氣自動化控制可靠性數(shù)據(jù)，將其與通過進(jìn)行現(xiàn)場可靠性測試所得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，這樣，對電氣自動化控制可靠性程度做出判定的準(zhǔn)確性將會大大提高。總之，在電氣自動化可靠性測試方面，現(xiàn)場可靠性測試更加符合我國現(xiàn)實國情，而實驗室測試代表未來發(fā)展方向。

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