摘要：介紹了采用元器件計數(shù)預(yù)計法的伺服驅(qū)動控制的平均故障間隔時間(MTBF)實用計算方法。通過引用
國內(nèi)外公布的常用元器件通用失效率，對一款伺服驅(qū)動控制器的MTFBF指標(biāo)進行計算。方法簡單方便，效果良好。
關(guān)鍵詞：平均故障間隔時間；伺服驅(qū)動控制器；元器件；計數(shù)預(yù)計法
中圖分類號：TM383．4 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1004—7018(2009)10—0022—02
0引 言
質(zhì)量是產(chǎn)品、過程或服務(wù)滿足規(guī)定或潛在要求的特性和特征的總和。產(chǎn)品的特性和特征包括性能、可靠性、維修性、安全性和經(jīng)濟性等。維修性、安全性和經(jīng)濟性又與可靠性密切相關(guān)。一個產(chǎn)品不論其性能指標(biāo)有多好，如果可靠性不高，那么既會增加售后服務(wù)費用，也會影響產(chǎn)品的信譽，其市場價值也會越來越小。因此，產(chǎn)品的可靠性越來越受到人們重視。為提高產(chǎn)品的可靠性，進行的資源投入也越來越大。描述產(chǎn)品的可靠性要求一般有以下4種基本方法：
(1)平均無故障工作時間，適用于長壽命系統(tǒng)；
(2)在規(guī)定時間內(nèi)的正常工作概率R；
(3)成功概率P(s)；
(4)失效率A。
近年來，越來越多的系統(tǒng)采用平均故障間隔時間(以下簡稱MTBF)描述系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)。
采用MTBF描述系統(tǒng)可靠性源自美國貝爾電話實驗室的德雷尼克于1960年發(fā)表的關(guān)于復(fù)雜設(shè)備
的故障定律(被稱為“德雷尼克定律”)，其內(nèi)容是：對于由多個部件構(gòu)成的可修復(fù)復(fù)雜設(shè)備，不管其故障件壽命分布類型如何，只要每次故障后及時更換故障件，則其故障率(A)隨著時間的增大而趨于常數(shù)，而其MTBF為A的倒數(shù)。這個定律我們可以理解為當(dāng)產(chǎn)品的壽命服從指數(shù)分布時，其故障率的倒數(shù)稱為平均故障間隔時間，即：TMTBF=λ分之一 一般認為電子產(chǎn)品在使用壽命期內(nèi)，能夠及時維護修理，其壽命滿足服從指數(shù)分布要求。
永磁交流伺服系統(tǒng)因其具有體積小、重量輕、效率高、出力大、控制精度高、壽命長等優(yōu)點，越來越多地用于工業(yè)與國防等領(lǐng)域中，用戶也越來越關(guān)注永磁交流伺服系統(tǒng)的可靠性問題。永磁交流伺服系統(tǒng)由永磁交流伺服電動機本體及其伺服驅(qū)動控制器構(gòu)成。電動機本體的可靠性指標(biāo)目前多以壽命(主要是軸承壽命)考核為主，伺服驅(qū)動控制器的可靠性指標(biāo)以MTBF居多。
本文結(jié)合現(xiàn)研制的一款伺服驅(qū)動控制器，給出了采用元器件計數(shù)預(yù)計法的伺服驅(qū)動控制的MTBF
實用計算方法。其中的常用元器件通用失效率來自國內(nèi)外文獻。本方法簡單方便，不僅適用于伺服驅(qū)動控制器，還可以用于逆變器、開關(guān)電源等產(chǎn)品的MTBF簡易計算。
l基于元器件計數(shù)預(yù)計法的MTBF實用計算
MTBF的可靠性預(yù)計的方法有元器件應(yīng)力分析可靠性預(yù)計法，元器件計數(shù)可靠性預(yù)計法等。本文
采用較為簡單的元器件計數(shù)預(yù)計法進行計算。
元器件計數(shù)預(yù)計法的計算公式可以用下式描述：
從上述公式可以看出，為了計算MTBF值，不僅需要明確所用元件個數(shù)以及該元器件的通用失效
率，還需要了解每種元器件的質(zhì)量系數(shù)。另外，使用環(huán)境也影響著MTBF的計算結(jié)果，所以需要根據(jù)具體的使用環(huán)境來選擇元件的通用失效率。
伺服驅(qū)動控制器中采用的元器件數(shù)量多達數(shù)百個。而在同一臺驅(qū)動控制器中，即使是同一種元器
件，也由于使用溫度等周邊環(huán)境條件以及工況的不同而導(dǎo)致采用不同的通用失效率數(shù)值。這就造成統(tǒng)計過程和計算過程非常的繁雜。而MTBF指標(biāo)本身就是一個統(tǒng)計估算值，因此，探討快速進MTBF計算的實用方法十分必要。
下面，以我們開發(fā)的一臺永磁交流伺服驅(qū)動控制器為例，探討MTBF計算的實用方法。
驅(qū)動控制器主要結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括整流電路、開關(guān)電源、功率驅(qū)動單元、保護電路和控制單元：所采用的元器件中，數(shù)量大的有電阻、電容、二極管、繼電器、功率器件、集成電路等。
為了算出MTBF需要知道各個元器件的通用失效率，根據(jù)式(1)我們首先列出了對MTBF影響較大(故障率高)的大部分元器件如表1所示：
其次，根據(jù)需要查找元器件對應(yīng)的通用失效率．具體數(shù)據(jù)可參考文獻[1-2】
根據(jù)式(1)，最后我們還需要知道元器件的通用質(zhì)量系數(shù)，數(shù)據(jù)可參考文獻[1]。當(dāng)電子元器件
產(chǎn)品滿足sJ331標(biāo)準(zhǔn)時，質(zhì)量系數(shù)都是1。我們采用的電子元器件都在sJ331標(biāo)準(zhǔn)以上，因此將產(chǎn)品的質(zhì)量系數(shù)設(shè)為1 0。通過以上的準(zhǔn)備工作后，即可由式(1)計算出產(chǎn)品的總失效率。
分類計算的各類元器件的故障率總合計算值如表2所示。
2 MrBF計算值與產(chǎn)品壽命的關(guān)系
MTBF與產(chǎn)品壽命是兩個不同的概念，但兩者之間有一定的關(guān)系。產(chǎn)品的壽命規(guī)定了產(chǎn)品的儲存
或使用的最長年限，而MTBF表征的是在該壽命時間內(nèi)的發(fā)生的平均故障時間間隔。
產(chǎn)品的壽命一般由產(chǎn)品中壽命較短的元器件壽命來決定。，在伺服控制器中，電解電容器的使用壽命時間比其他產(chǎn)品一般較短，其壽命往往決定了該產(chǎn)品的壽命：而電動機的壽命往往取決于其軸承的壽命．
3結(jié)語
本文介紹了采用元器件計數(shù)預(yù)計法的伺服驅(qū)動控制的MTBF實用計算方法，省略了對驅(qū)動控制器n內(nèi)部每個元器件環(huán)境條件的查找，采用了引用國內(nèi)外公布的常用元器件通用失效率的方法驚醒簡單的使用計算。由于MTBF數(shù)據(jù)對于所采用元器件的故障率數(shù)據(jù)依存較大，而近年來，國內(nèi)伺服驅(qū)動類產(chǎn)品多采用國外廠家的電子元器件。因此，應(yīng)用國內(nèi)外公布的常用元器件通用失效率具唄一定得呃合理性和技術(shù)通用性。本方法不需要專用軟件，可以快速估計產(chǎn)品的MTBF指標(biāo)，有較好的使用價值 。在實際應(yīng)用中，需要通過產(chǎn)品的返修過程，對其時間MTBF進行統(tǒng)計，以修正計算值并改進薄弱環(huán)節(jié)，提高產(chǎn)品的可靠性。
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