GB∕T 32245-2015 机床数控系统 可靠性测试与评定

机床数控系统可靠性测试与评定2015-12-10发布IGB/T32245—2015 12术语和定义 13抽样 33.1抽样方案 33.2抽样要求 34测试方案 34.1概述 4.2定时测试方案 4.3序贯测试方案 5测试方式 5.1分类 95.2实际负载测试 95.3模拟负载测试 95.4测试方式选择 6测试条件 6.1概述 6.2实际负载测试条件 6.3模拟负载测试条件 6.4测试条件容差 6.5测试设施和仪器 7测试流程 8测试的加工程序 139状态监测与信息记录 139.1状态监测 9.2信息记录 10故障判据及故障处理 13 10.2关联故障 10.3非关联故障 1410.4有替换测试故障处理 11测试报告 附录A(资料性附录)可靠性测评简便方案 15附录B(资料性附录)定时及序贯测试方案点估计与单边下限估计 ⅡGB/T32245—2015附录C(规范性附录)序贯测试方案置信区间上下限系数 17附录D(资料性附录)可靠性测试记录表 附录E(资料性附录)可靠性测试故障记录表 27附录F(资料性附录)故障分析表 28附录G(资料性附录)可靠性测试结论表 29参考文献 Ⅲ1本标准规定了机床数控系统可靠性测试与评定的要求及方法。本标准适用于机床数控系统，类似的数控系统可参照本标准。2术语和定义下列术语和定义适用于本文件。机床数控系统numericalcontrolsystemofmachinetool采用数值控制方式控制机床加工功能的控制系统。注1:改写GB/T26220—2010,定义3.1。可靠性reliability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。平均故障间工作时间meanoperatingtimebetweenfailures;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。影响数控系统模块、元器件失效率的电、热、机械等负载。2MTBF的置信区间demonstratedMTBFinterval在测试条件下MTBF真值的可能范围，即在所规定的置信度下MTBF的区间估计值。6总测试时间与关联故障数的相对值。MTBF检验下限lowertestMTBF可接收的最低MTBF值。若设备的MTBF真值不大于检验下限θ₁,则设备被接收的概率至多为100β%。产品的MTBF检验下限取值等于产品MTBF的最低可接受值。若产品的MTBF真值不小于检验上限θ,则产品被接收的概率至少为100(1-a)%。[GJB899A—2009,定义3.4]用规定的可靠性预计方法确定的MTBF值。aMTBF真值不小于检验上限θ₀时，判定MTBF真值小于检验上限θ。的最大概率。βMTBF真值小于检验下限θ₁时，判定MTBF真值不小于检验下限θ₁的最大概率。dMTBF的检验上限θ与检验下限θ₁的比值。3机床数控系统可靠性测试的样本大小为批产品的10%,且一般不少于两台(套)、不超过20台(特d)检验上限θe)鉴别比d;测试方案的参数是统计MTBF测试值的必要信息。由于抽样测试只能在一定程度上反映批量产4定时测试方案包括9个小方案，内容如表1所示。d总测试时间Taβ12334526378293当总测试时间达到表1中选定统计方案所对应的测试时间时，若测试中出现的关联故障数不小于X²-crz(2r+2)--自由度为(2r+2)的X²分布的(1-C)/2上侧分位数，可5X²₁+c/z(2r)——自由度为2r的X²分布的(1+C)/2上侧分位数，可查X²分布表序贯测试方案包括8个小方案，具体如表2所示。其中r。和T。为最大关联故障数和最大总测试决策风险鉴别比d最大总测试时间aβa’β’1见表32见表333见表364见表35见表376见表337见表378见表33序贯测试方案判决依据如表3所示。在测试过程中，如果可以根据发生的关联故障数与对应的总测试时间做出判决，便可结束测试。例如某测试采用方案1,测试过程中在发生第10个关联故障时总测试时间为5θ₁,因此根据表3做出拒收判决，结束测试。如果发生第10个关联故障时总测试时间为6方案1(a=0.1,β=0.1,d=1.5)r判决时间r判决时间01234 56789方案2(a=0.1,β=0.1,d=2)r判决时间r判决时间09123456787表3(续)方案3(a=0.1,β=0.1,d=3)r判决时间r判决时间04152637 方案4(a=0.2,β=0.2,d=1.5)r判决时间r判决时间0123456789方案5(a=0.2,β=0.2,d=2)r判决时间r判决时间0516273848表3(续)方案6(a=0.2,β=0.2,d=3)r判决时间r判决时间拒收T≤T,接收T≥T,拒收T≤T,接收T≥T,0213方案7(a=0.3,β=0.3,d=1.5)r判决时间r判决时间拒收T≤T,接收T≥T,拒收T≤T,接收T≥T,04152 63方案8(a=0.3,β=0.3,d=2)r判决时间r判决时间T拒收T≤T,接收T≥T,拒收T≤T,接收T≥T,0213如根据表3做出接收判决，则MTBF置信度为C的置信区间按式(5)和式(6)计算： (5) (6)T.——置信区间置信度为C,关联故障为r时的置信下限系数，从附录C的表 置信区间置信度为C,关联故障为r时的置信上限系数，从附录C的表由于序贯测试过程中任何时刻发生的故障都可能导致拒收判决，因此拒收判决不一定在表3中判决时间T,发生。如做出拒收判决时总测试时间T介于表3中所用统计方案的判决时间T-1和T,(T,的下标r为表3中的关联故障数，T,-1只表示表3中在次序上紧跟在T,之前的上一个数值为9θ₁=θL(C,T)θ₁ (7)θu=θu(C,T)θ₁ (8)θπ(C,T)=θL(C,T-1)+[θ₁(C,T,)-θπ(C,T-)]·(T (9)θu(C,T)=θu(C,T-)+[θu(C,T,)-θu(C,T-)]·( 5测试方式测试各方可自行商定测试方式。6测试条件测试条件为机床数控系统产品可靠性测试的各种环境条件，包括但不限于下列内容：实际负载测试条件以机床数控系统的实际运行条件为依据。除测试各方另有约定外，实际负载测试条件应按以下优先顺序选择确定：a)机床数控系统产品标准或相关规范；b)机床数控系统实际负载测试条件参考值(见表4);c)其他相关规范。表4实际负载测试条件参考值条件类型0℃~40℃测试开始前施加，10%～95%(无凝露)交流输入电源额定电压测试开始前施加，交流输入电源额定电源电压波动范围(0.85～1.1)×标称值电源频率波动范围由测试各方商定振动方向坐标轴方向表4(续)条件类型由测试各方商定≤10次/轴电磁环境条件接触放电±4kV,空气放电士8kV。每次连续10下以上，每下中间隔不小于1s,总次数由测试各方自行约定由测试各方商定对下列端口/接口施加，每次持续1min以上，总次数测机电源线):2kV/5kHz;c)计算机信号端口/接口(RS232/485、USB、键盘线、雷击浪涌对下列端口/接口施加，每次间隔1min以上，总次数测合),2kV(线-地耦合);1kV(线-地耦合)电压暂降/短时中断自行约定；b)电压暂降：降幅不大于(交流电源电30%,持续时间不大于500ms,每次间隔时间不小于10s,次数由测试各方自行约定a)频率范围：80MHz～1000MHz;b)场强：10V/m;c)信号调幅80%;d)幅度调制AM(1kHz)a)频率范围：0.15MHz～80MHz;b)射频电压10V;c)信号调幅80%;d)幅度调制AM(1kHz)工频电磁场a)频率：50Hz;负载惯量由测试各方自行约定由测试各方商定负载转矩负载占空比由测试各方自行约定注：不同测试方式和被测样本情况下，可根据需要对测试条件的类型进行增减。模拟负载测试条件以机床数控系统实际运行条件为依据。具体测试条件的确定可参照6.2。应当a)其精度至少应为被测参数容差的三4)经过非质量修复后仍有2)或3)的情况。d)根据产品标准或相关规范或第6章的要求施加测试条件。g)状态监测。监测的内容见第9章。监控过程中如果发生故障(故障判据见第10章),应如实记j)批准的测试程序中明确的其他非关联故障；(资料性附录)可靠性测评简便方案A.1方案内容可靠性测评简便方案是根据总测试时间及发生的关联故障数来判断测试样本的可靠性实测值与目标值(由测试各方在测试前给定)的关系。测试样本的可靠性实测值不小于目标值时，各变量之间的关系如式(A.1)所示。为了便于应用，将式(A.1)进行变换，如式(A.2)所示。即当测试样本可靠性目标值(MTBFo)和置信度(C)已知时，发生的关联故障数与最小的总测试时间是一一对应的。A.2方案应用示例已知MTBFo=20000h,置信度为0.9,测试样本为20台套，假定要求MTBFr≥20000h,试计算不发生关联故障每台测试样本的平均测试时间则为T/20≥46050h/2每台测试样本的平均测试时间则为T/20≥77800h/即在不发生故障的情况下，最小的总测试时间为77800h,折合单台样本平均测试时间3890h。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(B.2)计算：Ô=3T………………Xi-c(2r+2)——自由度为2r+2的X²分布的(1-C)上侧分位数，可查X²分布表获得；Xi-c(2r)——自由度为2r的X²分布的(1-C)上侧分位数，可查X²分布表获得；序贯测试方案置信区间上下限系数序贯测试接收判决情况下的置信区间系数见表C.1。表C.1序贯测试接收判决情况下的置信区间系数方案1(a=0.1,β=0.1,d=1.5)r判决时间r判决时间00 12233445566778899方案1(a=0.1,β=0.1,d=1.5)r判决时间r判决时间方案2(a=0.1,β=0.1,d=2)r判决时间r判决时间00112233445566778899表C.1(续)方案2(a=0.1,β=0.1,d=2)r判决时间r判决时间方案3(a=0.1,β=0.1,d=3)r判决时间r判决时间0011233445566方案4(a=0.2,β=0.2,d=1.5)r判决时间r判决时间01123344566778899表C.1(续)方案4(a=0.2,β=0.2,d=1.5)r判决时间r判决时间方案5(a=0.2,β=0.2,d=2)r判决时间r判决时间001223344556677方案6(a=0.2,β=0.2,d=3)r判决时间r判决时间001122方案7(a=0.3,β=0.3,d=1.5)r判决时间r判决时间01122334455表C.1(续)方案8(a=0.3,β=0.3,d=2)r判决时间r判决时间00122序贯测试拒收判决情况下的置信区间系数见表C.2。表C.2序贯测试拒收判决情况下的置信区间系数方案1(a=0.1,β=0.1,d=1.5)r判决时间r判决时间66778899表C.2(续)方案1(a=0.1,β=0.1,d=1.5)r判决时间r判决时间方案2(α=0.1,β=0.1,d=2)r判决时间r判决时间3344566667777方案2(a=0.1,β=0.1,d=2)r判决时间r判决时间889999方案3(a=0.1,β=0.1,d=3)r判决时间r判决时间22334444555566667777方案4(a=0.2,β=0.2,d=1.5)r判决时间r判决时间33445566778899方案5(a=0.2,β=0.2,d=2)r判决时间r判决时间2233444455556666表C.2(续)方案5(a=0.2,β=0.2,d=2)r判决时间r判决时间77778888方案6(a=0.2,β=0.2,d=3)r判决时间r判决时间22333333方案7(a=0.3,β=0.3,d=1.5)r判决时间r判决时间334455666666方案8(a=0.3,β=0.3,d=2)r判决时间r判决时间333333(资料性附录)可靠性测试记录表可靠性测试记录表如表D.1所