工业机器人可靠性标准化现状分析

□王清忠

21世纪的今天，工业机器人技术和产业的不断发展使其已经成为新的经济增长点。而作为智能制造的重要标志之一，工业机器人已经逐步渗透到人类生活的各个方面以及现代高新技术产业等各个领域。据统计，2008～2017年，我国工业机器人技术不断突破，销量不断攀升，已连续三年保持全球第一，并成为全球最大的工业机器人生产、消费市场[1]。然而，我国工业机器人发展起步较晚，积累不足，在产品性能方面与世界发达国家相比尚存在一定距离。本文就工业机器人可靠性性能进行阐述，着重介绍了工业机器人可靠性的标准化现状，并对其进行了分析。

一、可靠性对工业机器人的意义

可靠性是产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力[2]。可靠性的研究起源于武器系统，经过多年的发展，其领域已从最初的电子产品、硬件系统延伸到机械电气设备、软件系统，已形成一门独立的系统工程科学。

工业机器人综合了机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术，是一个多学科跨领域的复杂系统。其多自由度、结构复杂与柔性生产的特点，使其存在很大的危险性，如果某一部件发生失效，很可能造成不可预知的后果，酿成巨大的经济损失。目前，国内工业机器人可靠性质量参差不齐，与世界发达国家存在显著差距，统一工业机器人可靠性标准，促进可靠性提升，已成为迫切需求。

二、工业机器人可靠性标准化现状

(一)国际标准化现状。与工业机器人相关的国际化标准组织主要有ISO与IEC。ISO/TC 299工作范围包括除了军用和玩具之外的所有机器人，工作重心一直在机器人本体方面，工作重点在于安全与性能测试标准，而IEC主要涉及工业机器人的功能安全[3]。目前发布的国际标准都没有针对工业机器人可靠性指标的具体要求。

(二)国内标准化现状。全国自动化系统与集成标准化技术委员会机器人与机器人装备分技术委员会(SAC/TC 159/SC2)主要负责国际标准的转化工作，目前工业机器人相关国际标准已大部分转化为国家标准发布并实施。另外，国内工业机器人相关标委会在国际标准的基础上根据国内实际状况制定了相关的产品标准，主要标准如表1所示。

表1 工业机器人相关主要产品标准

在工业机器人产品标准中，均涉及到工业机器人可靠性指标，比如GB/T 37392-2019冲压机器人产品标准中要求“冲压机器人的可靠性用平均无故障时间和平均修复时间来衡量。平均无故障时间一般应不小于50,000h，平均修复时间不大于30min”，然而在测试方法上所有标准未给出具体的参考方法。

(三)国内外差异。国外可靠性研究最早起始于20世纪40年代，而国内要晚二十年左右，在可靠性积累方面存在较大的差距。目前国际上将可靠性作为一门系统性工程针对产品进行研究分析，国内可靠性测试主要应用于电子产品，对整机可靠性重视不足，造成工业机器人行业内可靠性标准缺失。

三、工业机器人可靠性分析

(一)工业机器人结构分析。工业机器人是一个包括机械、电子、电气以及液压气动、计算机等多种类型的元器件和控制软件在内的复杂系统，所以其可靠性的研究就比较复杂[4]。由于工业机器人的复杂性，国内研究工业机器人时一般将其划分为控制系统、控制系统外设、伺服驱动系统、本体等各个子系统进行研究，如图1所示。

图1 工业机器人结构组成

可靠性活动贯穿于工业机器人的设计、定型、制造及使用的各个阶段，为保证整机的可靠性，需预先根据工业机器人的结构建立数学模型，进行可靠性分配，但因为工业机器人的复杂性，国内制造企业缺少相应零部件的可靠性数据库，无疑对开展可靠性活动增加了巨大的难度。

(二)工业机器人可靠性参考标准。因缺失可靠性测试的统一标准，在研究工业机器人可靠性的时候，一般参考较为成熟的国家/军用标准及类似产品的机床可靠性标准，如图2所示。国家/军用品可靠性研究开展时间较早，标准已相对成熟，已形成一系列规范程序，是国内开展可靠性活动的主要依据。机床产品与工业机器人有一定程度的相似性，目前已制定不少可靠性测试标准，为工业机器人开展可靠性活动提供了参考依据。

图2 工业机器人可靠性参考标准

(三)工业机器人可靠性发展动态。随着工业机器人的普遍使用，其可靠性越来越引起重视，原参考国家/军用标准或机床标准开展可靠性活动，产品的针对性较差，无法保证测试的一致性。为促进工业机器人的安全发展，目前国家机器人标准化总体组正在起草针对机器人可靠性的标准，其中包括通用导则、可靠性指标体系、软件测试方法、可靠性评估方法、控制部件可靠性强化试验方法、电子零部件生产商质量能力要求、电子零部件物料选型评价规范、控制器生产可靠性评估方法等系列标准，该系列标准将填补国内机器人可靠性标准体系的空白，并在为机器人企业提供相关准则的同时提升产品的可靠性水平。

四、结语

目前，国内外工业机器人可靠性标准的缺失，造成了工业机器人可靠性良莠不齐，行业对工业机器人可靠性标准提出了迫切需求，以便提高产品可靠性水平，增强市场竞争力。

随着工业机器人的快速起量及多领域应用，可靠性越来越受到人们的重视，参与可靠性研究的人员逐年增多，国家层面也将积极制定相关标准，以指导机器人企业提升产品质量，相信不久之后，可靠性将成为工业机器人的重要质量指标之一。