GB/T 29545-2013
基本信息
标准号： GB/T 29545-2013
中文名称：机床数控系统 可靠性设计
标准类别：国家标准(GB)
标准状态：现行
出版语种：简体中文
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标准分类号
关联标准
出版信息
相关单位信息
标准简介
GB/T 29545-2013 机床数控系统 可靠性设计
GB/T29545-2013
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标准内容
ICS25.040.20
中华人民共和国国家标准
GB/T29545--2013
机床数控系统
可靠性设计
Numerical control system of machine tools-Reliability design2013-06-09发布
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会
2014-01-01实施
1范围
2规范性引用文件
3术语和定义
4可靠性设计
5可靠性设计评审
附录A（资料性附录）
附录B（规范性附录)
附录C（规范性附录）
阴录D（规范性附录）
附录E（资料性附录）
附录F（资料性附录）
附录G（资料性附录）
附录H(资料性附录)
参考文献
可靠性分配方法
可靠性设计方法
元器件的选择与筛选
可靠性框图
常用可靠性模型
故障判据
可靠性预计方法
可靠性设计评审表
GB/T29545—2013
本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。本标准由中国机械工业联合会提出。本标准由全国机床数控系统标准化技术委员会（SAC/TC367)归口。GB/T29545—-2013
本标准主要起草单位：武汉华中数控股份有限公司、广州数控设备有限公司、华中科技大学。本标准主要起草人：金健、张航军、张玉洁、郝柳、郑小年、解传宁、王义强、邵国安、戴怡、贺青川。m
GB/T 29545-2013
可靠性是机床数控系统的重要属性之一，本标准结合机床数控系统的结构及性能特点，给出了多种可靠性设计方法，规范了可靠性设计的基本流程以及可靠性评审内容和程序，通过标谁实施，将促进机床数控系统可靠性水平的不断提升，使之更好地满足市场和用户需求。1范围
机床数控系统
可靠性设计
GB/T29545—2013
本标准规定了机床数控系统可靠性设计的基本流程、方法以及评审内容和程序。本标准适用于机床数控系统（以下简称“数控系统”）。其他工业机械设备数控系统的可靠性设计可参照本标准
2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的，凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注口期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T7828-1987可靠性设计评审
GIB813—1990可靠性模型的建立和可靠性预计3术语和定义
下列术语和定义适月于本文件。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。注：改写GB/T2900.13—-2008，定义191-02-06。通常认为数控系统在时间区间的始端处于能完成要求的功能的状态。另外，可靠性的量值虽然在客观上是存在的，但实际上是未知的，只能利用有限的样本观测数据，经过一定的统计计算得到其估计值。可靠性的量值也称为可靠度。3.2
可靠性设计reliabilitydesigm
利用具体的设计方法来实现数控系统可靠性目标的做法或过程。3.3
Jmean operating time between failures;MTBF平均故障间工作时间
相邻放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问或平均故障间隔时间。注：改写GB/T2900.13—2008，定义191-12-093.4
寿命部面lifeprofile
数控系统从制造到寿命终结或退出使用这段时间内所经历的全部事件和环境的时序指述。数控系统经历的事件一般有研发、生产、检验、测试、包装、运输、贮存、组装（安装）、调试、运行（使用）、故障、停放、维修（维扩）、报废等。数控系统经历的环境可能有振动、冲击、电磁干扰、高温、低温、湿度（淋水）、沙尘（砂尘）、盐雾等。
任务剖面mission profile
数控系统在完成规定任务这段时间内所经历的事件和环境的时序描述。1
GB/T29545—2013
运行比operatingratio
数控系统的组成模块的工作时间与数控系统工作时间之比，常用工确定非全时间工作的模决的失效率的修正系数。
注：为了避免理解上的歧义，本标准用“模块”代替“分系统”或“子系统”，若干模块构成整个数控系统。模块是一个相对的概念。运行比有时也可指元器件的工作时间与其所构成的模块的工作时间之比。3.7
号reliabilitydata
可靠性数据
数控系统的元器件，模块等在可靠性属性方面的数据和信息（如失效率）。3.8
故障模式与影响分析faultmodesand effects analysis;FMEA研究数控系统每个组成模块或元器件可能存在的故障模式并确定各个故障模式对数控系统其他组成模块或元器件和对数控系统要求功能的影响的-种定性的可靠性分析方法。注：改写GB/T2900.13—2008，定义191-16-033.9
应力stress
影响数控系统模块、元器件失效率的电、热、机械等负载。注：改写CJB/Z35—1993，定义3.4。数控系统承受的应力通常有很多种，如电应力、得度应力、机械应力等：a）电应力：指元器件外加的电压/电流及功率等；h）温度应力：指元器件所处的工作环境的温度等c）机械应力：指元器件所承受的直接负荷、压力、冲击、振动、碰撞和跌落等；环境应力：指元器件所处工作环境条件下除温度外的其他外界因索，如灰牛、混度、气压、盐雾、腐蚀等：e）时间应力：指元器件承变应力时旬的长短（承受应力时间越长，越易老化或失效)。4可靠性设计
4.1概述
可靠性设计是数控系统可靠性工作的重要内容和关键环节，对于发现并剔除可靠性薄弱环节、收进可靠性缺陷及实现可靠性目标等具有重要意义，4.2可靠性设计基本流程
数控系统可靠性设计是一项系统工程，需要投入大量的人力、物力，同时需要采用必要的试验方法进行验证，过程中还会出现反复。为提高数控系统可靠性设计的工作效率，需要确定可靠性设计基木流程、设计各阶段工作的主要内容及任务重点。数控系统可靠性设计的基本流程如下（见图1)：a）确定产品定义，主要包括：
1）功能体系构成；
2）工作任务；
3）功能；
4）工作过程；
5）寿命剖面。
确定可靠性目标；
确定主要模块及硬件结构，主要包括：1）主要模块清单；
硬件总体设计技术背景：
硬件结构原理图；
4）功能框图。
进行可靠性分配；
采用具体的方法进行可靠性设计；模块及硬件结构的细化；
建立可靠性模型；
h）进行可靠性预计；
i）进行验证与评审。
确定产品定义
确定可靠性目标
确定主要模块及硬件结构
进行可靠性分配
可靠性设计
模块及硬件结构细化
建立可靠性模型
进行可靠性预计
验证及评审
GB/T29545—2013
注：本流程仅为数控系统可靠性设计的开展提供基本参考，不是可靠性设计的惟一流程。图中判定结果为“否”时，箭头转向的“确定可靠性目标”“确定主要模块及硬件结构\“进行可靠性分配\“可靠性设计\“模块及硬件结构细化”等环节是依次递进的。与转向“确定可靠性目标”环节对应的是“验证与评审”的结果为最坏的情况。即在当前的结果上，通过重新细化模块及硬件结构、改进可鼎性设计方法、重新进行可靠性分配、重新确定数控系统主要模块及硬件结构都无法通过验证与评审。工程中，转向的具体环节视实际情况确定。图1数控系统可靠性设计基本流程图3
GB/T 29545-2013
4.3可靠性设计要求
4.3.1产品定义
产品定义是数控系统可靠性设计初期的工作，对后续工作开展具有重要的决定作用。产品定义环节一般应满足下列要求：
该阶段工作通常与数控系统的功能设计同步进行；a)
b）功能体系的构成可用图、表和(或)文字的形式进行描述；c）工作任务包括主要任务和辅助任务：d）功能包括主要功能和辅助功能；e）下作过程可用图、表和（或)文字的形式进行描述；寿命剖面内的事件和坏境宜分别描述，可采用图、表和(或)文字等形式；示例：
某数控系统的寿命剖面如图2所示。研发生产
格验测试
4.3.2可靠性日标
4.3.2.1可靠性定性目标
包装运输
组装调试
运行使用
高温、低溢、凝度（淋水）、沙尘、盐雾等提动、冲击、电磁干扰等
图2某数控系统寿命剖面
可靠性定性目标通常是为保证产品可靠性而对产品设计提出技术要求和设计原则的描述。示例：
某数控系统可阜性定性目标：电路板应选用标准件，硬件结构采用化设计。4.3.2.2可靠性定量目标
可靠性定量目标是产品可靠性水平的度量，可靠性定量目标由可靠性参数及其指标两部分组成，可靠性参数分为使用参数和合向参数。使用参数是直接反映对产品的使用需求的可靠性参数，合同参数是合同研制任务书中对产品可靠性要求的参数。这两类参数的定义、关系和区别如表1所示。表1可靠性使用参数与合同参数
可挚性使用参数
直接反狭对产品的使用需求的可靠性参数描述产品在计划环境中使用时的可靠性永平4
可肇性合同参数
合同和研制任务书中对产品的可靠性要求，且是承制方在研制与生产过程中能够控制的参数用于度量和评价承制方的可靠性工作水平由使用需求导出
可靠性使用参数
表1(续）
GB/T29545—2013
可靠性合同参数
根据使用可靠性参数转换得出
包括产品设计、制造、安装、质量、环境、使用、维修等的综合影响
只考虑产品设计与制造的影响
注：常用的可掌性使用参数有平均维护间隔时间等，常用的可靠性合同参数有平均故障间工作时问等。可靠性参数的量值称为可靠性指标。可靠性使用参数的量值称为可靠性使用指标，它可分为目标值和门限值。可靠性合同参数的量值称为可靠性合同指标，它可分为规定值和最低可接受值。具体如表2所示。
表2可靠性使用指标与合同指标
使用指标
目标值
期望产品达到的使用指标，
它既能满足产品的使用需
求，又能使产品达到最佳效
费比，是确定规定值的依据
示例：
门限值
产品应达到的使用指标，它
能满足产品的使用需求，是
确定最低可接受值的依据，
也是现场验证的依据
规定值
合同指标
最低可接受值
合同和研制任务书中规
合同和研制任务书中规定
的期望产品达到的合同指
标，它是承制方进行可靠性
设计的依据
某数控系统可靠性定量目标为：平均故障间工作时间(MTBF)规定值不小于10000h。4.3.2.3考虑的因素
确定数控系统可靠性目标时应重点考虑下列因素：a）行业同类产品可靠性现状；
b）当前可靠性技术水平；
c）历史产品的可靠性水平；
d）产品升级换代的预期要求等。4.3.3主要模块及硬件结构
数控系统主要模块及硬件结构的确定应满足下列要求：推荐从产品的功能出发确定主要模块清单；a）
硬件总体设计技术背景应包含对不同品牌相关产品技术的比较分析：b）
结构原理图应囊括已确定的所有主要模块；c）
功能框图的建立应以结构原理图为基础；d
确定各主要模块的可靠性权重；描述产品预期的工作条件（包括工况、环境等）。4.3.4
可靠性分配
4.3.4.1概述
定的、产品应达到的合同
指标，它是进行实验室鉴
定试验的依据
可靠性分配是对数控系统的可靠性定量目标而言的，把数控系统的可靠性定量目标按一定的原则5
GB/T29545--2013
分配到数控系统的各模块，变成各模块的可靠性目标。这是一个由整体到局部，由上到下的分解过程通过可靠性分配，把设计目标落实到相应层次的设计人员身上，使工作具体化。同时，通过可靠性分配暴露数控系统设计中的薄环节及关键部位，为指标监控和改进措施提供依据，为数控系统管理提供所需的人力、时间和资源等信息。可靠性分配（参见附录A分为基本可靠性分配和任务可靠性分配，基本可靠性分配有多种方法：如等分配法、比例组合分配法、评分分配法等。进行可靠性分配时，可根据需要采用不同的方法，或采用不同的方法的组合。对于任务可靠性分配，可以采取先进行基本可靠性分配，再进行任务可靠性核算的方式开展，以基本可靠性指标与任务可靠性指标同时得到满足为目标，形成最终可靠性分配方案的约束条件。
4.3.4.2基本原则
可靠性分配的基本原则如下：
a）对复杂度较高的模块，应分配较低的可靠性指标；b）对技术上不成熟的模块，应分配较低的可靠性指标；对在恶劣环境条件下工作的模块，应分配较低的可靠性指标；d)
当把可靠度作为分配参数时，对需要长期工作的模块应分配较低的可靠性指标；e)
对重要度较高的模块，应分配较高的可靠性指标：不易维修、不易更换的模块应分配较高的可靠性指标：g)
对故障频繁性高的模块，应分配较低的可靠性指标h)
对故障致命性高的模块，应分配较高的可靠性指标；对费用敏感度高的模块，应分配较低的可靠性指标；i）对已有可靠性指标或使用成熟的模块等，应不再进行可靠性分配。4.3.4.3要求
可靠性分配要求如下：
a）可靠性分配的要求值应是规定值；b）一般选择可靠度，失效率，平均故障间工作时间等参数进行可靠性量值分配；c）通常将可靠性分配与可靠性预计工作结合达行，根据各模块等能够达到的可靠性量值进行分配；
d）可靠性指标分配宣在产品研制的早期进行，以便使设计人员尽早明确设计要求，提出设计措施，同时为确定外购件及外协件可靠性指标提供依据，以及根据所分配的可靠性目标估算所需人力和资源等信息；
e）可靠性分配可按数控系统的功能框图进行，以使各模决的可靠性指标分配值随着研制任务同时下达，在获得较充分的信息后进行再分配；I）可靠性分配工作有时需反复多次进行；注：可靠性分配工作反复多次进行一般有下列几个原因：一在方案论证和初步设计工作中，分配是比较粗略的，经过粗路分配后，需要与经验数据达行比较、权衡；随着设计工作的不断深入，可靠性模型逐步细化，可靠性分配亦随之反复进行：一产品研制的进展和设计过程发生变动：—可靠性分配工作结京后没实现预期目标，—没计人员土观致力于改善分配结果。g）在产品设计初期，可靠性分配的结果应与经验数据进行比较，权衡，也可与可靠性预计结果相比较，来碗定分配的合埋性，并根据需要重新进行分配；6
GB/T29545—2013
h）为减少可靠性分配的重复次数并考虑到分配中存在忽略不计的其他因素项目，可在规定的可靠性指标基础上留出一定的余量，这也为在设计过程中增加新的模块留下余地。推荐余量为15%~20%
i）如不能保证可靠性分配结果的准确性，应突出各模块的相对可靠程度；i）可靠性分配应考虑接口、电缆管线等不直接参加分配部分的可靠性影响；k）进行可靠性指标分配时，应注重基本可靠性指标分配值与任务可靠性分配值的协调；1）可根据不同研制阶段的需求选择不同的分配方法。注：数控系统的可靠性分配的示例参见A.3.4。4.3.5可靠性设计及方法
可靠性设计的主要目的是实现预期的可靠性目标，保证或提高数控系统的可靠性水平。某些情况下，仅通过元器件的选择就可以实现预期目标，但多数情况下还需借助于具体的技术手段和方法，不同的场合采取的技术手段和方法各不相同，这些在可靠性设计流程中所采用的方法和措施均属于可靠性设计方法（见附录B）。4.3.6模块及硬件结构细化
模块及硬件结构细化是根据可靠性设计与可靠性分配的结果和要求，将模块及硬件结构进行细化的具体过程，该过程应符合以下要求：a）细化过程可根据需要分阶段进行；b）细化过程可能需要一次或多次的反复；c）细化的最终结果应确定具体的元器件；注：随着制造业集成化程度的提高，模块及硬件结构细化的最终结果可能只到板卡（级）或模块（级）d）元器件的选择应符合附录C的要求，板卡和模块的选择应符合相关标准或技术规范的规定。示例：
某数控装置硬件结构确定结果如表3所示。表3某数控装置硬件结构
模块划分
输人模块
CPU模块
功能模块
显示模块
总线模块
4.3.7可靠性模型www.bzxz.net
4.3.7.1概述
硬件组成
MCP键盘、功能键盘、NC键盘、前面板多功能CPU卡、存储卡接口、视额接口、主板、串口、局域网接口、键盘接口USB接口、RS232接口
手持单元
显示屏
总线接口硬件电路
元器件清单（路）
可靠性模型是对数控系统及其模块或元器件等之间的可靠性（或故障）逻辑关系的描述，建立可靠性模型的目的是用于定量分配、预计和评价产品的可靠性，建模方法应符合GJB813一1990中第4章的规定。
可靠性模型包括可靠性框图(见附录D)及其相应的数学模型：A
GB/T29545—2013
a）可靠性框图是由代表产品或功能的方框和连线组成，表示各模块或元器件的故障或它们的组合如何导致产品故障的逻辑图；b）数学模型用于表达可靠性框图中各方框的可靠性与模型整体可靠性之间的函数关系注：建立可靠性框图的基础是产品的原理图或功能框图。原理图或功能框图反映了产品各模块或元器件之间的物理上的连接与组合关系，以及功能原理等，而可靠性框图则是反映产品各模块或元器件之间的故障逻辑关系。4.3.7.2可靠性模型分类
4.3.7.2.1按性质不同，可靠性模型分为基本可靠性模型和任务可靠性模型：a）基本可靠性指产品在规定条件下无故障的持续时间或概率，它反映产品及其模块或元器件等故障所引起的维修及保障要求，因此可以作为度量维修保障人力与费用的一种模型，是一个全串联模型，即使存在穴余，也都按串联处理。基本可靠性模型不能用米估计任务可靠性，只有在无允余或替代工作模式时，基本可靠性模型与任务可靠性模型才一致。任务可靠性指产品在规定的任务剖面内，完成规定功能的能力，它反映的是产品及其模块或b)
元器件在工作过程中的有效性，是一个复杂的串联、并联、表决、桥联等多种模型的组合。任务可靠性模型应根据产品的任务剖面及任务故障判据建立，不同的任务剖面应确定各自的任务可靠性模型。同一任务剖面的各阶段，也可能需要建立各自的任务可靠性模型4.3.7.2.2按产品各模块或元器件之间可靠性逻辑关系的不同，可靠性模型分为串联模型、并联模型、表决模型、桥联模型和旁联模型(参见附录E)。4.3.7.3建立可靠性模型
4.3.7.3.1概述
在确定产品定义和模块及硬件结构细化的基础上，可靠性建模的程序还包括以下内容：a）确定故障判据(参见附录F)；b）确定各模块或元器件的运行比；建立可靠性框图：
d）建立相应的数学模型。
4.3.7.3.2建立可靠性模型要求
可靠性建模要求如下：
a）“故障判据”应结合数控系统的具体功能来确定；b）建立可靠性框图应先明确数控系统各模块或元器件的标志、建模任务及有关限制条件，然后再依照系统定义，采用框图的形式表示出所有模块或元器件之间的关系，并标识每个方框；可靠性框图可以由粗到细逐渐细化，以简化可靠性建模的难度；c)
d）在最终的可靠性框图中，通常一个方框应只对应一个模块或元器件；数控系统模块或元器件中的导线和连接装置在建模时应作为单独的方框或作为另一个方框的e)
一部分来处理，或根据具体情况的要求简化处理甚至忽略不计；对较为复杂的可靠性框图的各产品名称或功能标志可用代码进行标识，并在图后加专门的表f
格进行说明：
g）数控系统的任务可靠性框图与任务剖面相关，对系统的不同任务剖面，应分别绘制任务可靠性框图；
数学模型中各模块或元器件的可靠性数据应与其对应的任务阶段相匹配；h）
应根据各模块或元器件的运行比，对可靠性模型加以修正；i）应注重可靠性建模工作的及时性。8
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中华人民共和国国家标准
GB/T29545--2013
机床数控系统
可靠性设计
Numerical control system of machine tools-Reliability design2013-06-09发布
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会
2014-01-01实施
1范围
2规范性引用文件
3术语和定义
4可靠性设计
5可靠性设计评审
附录A（资料性附录）
附录B（规范性附录)
附录C（规范性附录）
阴录D（规范性附录）
附录E（资料性附录）
附录F（资料性附录）
附录G（资料性附录）
附录H(资料性附录)
参考文献
可靠性分配方法
可靠性设计方法
元器件的选择与筛选
可靠性框图
常用可靠性模型
故障判据
可靠性预计方法
可靠性设计评审表
GB/T29545—2013
本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。本标准由中国机械工业联合会提出。本标准由全国机床数控系统标准化技术委员会（SAC/TC367)归口。GB/T29545—-2013
本标准主要起草单位：武汉华中数控股份有限公司、广州数控设备有限公司、华中科技大学。本标准主要起草人：金健、张航军、张玉洁、郝柳、郑小年、解传宁、王义强、邵国安、戴怡、贺青川。m
GB/T 29545-2013
可靠性是机床数控系统的重要属性之一，本标准结合机床数控系统的结构及性能特点，给出了多种可靠性设计方法，规范了可靠性设计的基本流程以及可靠性评审内容和程序，通过标谁实施，将促进机床数控系统可靠性水平的不断提升，使之更好地满足市场和用户需求。1范围
机床数控系统
可靠性设计
GB/T29545—2013
本标准规定了机床数控系统可靠性设计的基本流程、方法以及评审内容和程序。本标准适用于机床数控系统（以下简称“数控系统”）。其他工业机械设备数控系统的可靠性设计可参照本标准
2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的，凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注口期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T7828-1987可靠性设计评审
GIB813—1990可靠性模型的建立和可靠性预计3术语和定义
下列术语和定义适月于本文件。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。注：改写GB/T2900.13—-2008，定义191-02-06。通常认为数控系统在时间区间的始端处于能完成要求的功能的状态。另外，可靠性的量值虽然在客观上是存在的，但实际上是未知的，只能利用有限的样本观测数据，经过一定的统计计算得到其估计值。可靠性的量值也称为可靠度。3.2
可靠性设计reliabilitydesigm
利用具体的设计方法来实现数控系统可靠性目标的做法或过程。3.3
Jmean operating time between failures;MTBF平均故障间工作时间
相邻放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问或平均故障间隔时间。注：改写GB/T2900.13—2008，定义191-12-093.4
寿命部面lifeprofile
数控系统从制造到寿命终结或退出使用这段时间内所经历的全部事件和环境的时序指述。数控系统经历的事件一般有研发、生产、检验、测试、包装、运输、贮存、组装（安装）、调试、运行（使用）、故障、停放、维修（维扩）、报废等。数控系统经历的环境可能有振动、冲击、电磁干扰、高温、低温、湿度（淋水）、沙尘（砂尘）、盐雾等。
任务剖面mission profile
数控系统在完成规定任务这段时间内所经历的事件和环境的时序描述。1
GB/T29545—2013
运行比operatingratio
数控系统的组成模块的工作时间与数控系统工作时间之比，常用工确定非全时间工作的模决的失效率的修正系数。
注：为了避免理解上的歧义，本标准用“模块”代替“分系统”或“子系统”，若干模块构成整个数控系统。模块是一个相对的概念。运行比有时也可指元器件的工作时间与其所构成的模块的工作时间之比。3.7
号reliabilitydata
可靠性数据
数控系统的元器件，模块等在可靠性属性方面的数据和信息（如失效率）。3.8
故障模式与影响分析faultmodesand effects analysis;FMEA研究数控系统每个组成模块或元器件可能存在的故障模式并确定各个故障模式对数控系统其他组成模块或元器件和对数控系统要求功能的影响的-种定性的可靠性分析方法。注：改写GB/T2900.13—2008，定义191-16-033.9
应力stress
影响数控系统模块、元器件失效率的电、热、机械等负载。注：改写CJB/Z35—1993，定义3.4。数控系统承受的应力通常有很多种，如电应力、得度应力、机械应力等：a）电应力：指元器件外加的电压/电流及功率等；h）温度应力：指元器件所处的工作环境的温度等c）机械应力：指元器件所承受的直接负荷、压力、冲击、振动、碰撞和跌落等；环境应力：指元器件所处工作环境条件下除温度外的其他外界因索，如灰牛、混度、气压、盐雾、腐蚀等：e）时间应力：指元器件承变应力时旬的长短（承受应力时间越长，越易老化或失效)。4可靠性设计
4.1概述
可靠性设计是数控系统可靠性工作的重要内容和关键环节，对于发现并剔除可靠性薄弱环节、收进可靠性缺陷及实现可靠性目标等具有重要意义，4.2可靠性设计基本流程
数控系统可靠性设计是一项系统工程，需要投入大量的人力、物力，同时需要采用必要的试验方法进行验证，过程中还会出现反复。为提高数控系统可靠性设计的工作效率，需要确定可靠性设计基木流程、设计各阶段工作的主要内容及任务重点。数控系统可靠性设计的基本流程如下（见图1)：a）确定产品定义，主要包括：
1）功能体系构成；
2）工作任务；
3）功能；
4）工作过程；
5）寿命剖面。
确定可靠性目标；
确定主要模块及硬件结构，主要包括：1）主要模块清单；
硬件总体设计技术背景：
硬件结构原理图；
4）功能框图。
进行可靠性分配；
采用具体的方法进行可靠性设计；模块及硬件结构的细化；
建立可靠性模型；
h）进行可靠性预计；
i）进行验证与评审。
确定产品定义
确定可靠性目标
确定主要模块及硬件结构
进行可靠性分配
可靠性设计
模块及硬件结构细化
建立可靠性模型
进行可靠性预计
验证及评审
GB/T29545—2013
注：本流程仅为数控系统可靠性设计的开展提供基本参考，不是可靠性设计的惟一流程。图中判定结果为“否”时，箭头转向的“确定可靠性目标”“确定主要模块及硬件结构\“进行可靠性分配\“可靠性设计\“模块及硬件结构细化”等环节是依次递进的。与转向“确定可靠性目标”环节对应的是“验证与评审”的结果为最坏的情况。即在当前的结果上，通过重新细化模块及硬件结构、改进可鼎性设计方法、重新进行可靠性分配、重新确定数控系统主要模块及硬件结构都无法通过验证与评审。工程中，转向的具体环节视实际情况确定。图1数控系统可靠性设计基本流程图3
GB/T 29545-2013
4.3可靠性设计要求
4.3.1产品定义
产品定义是数控系统可靠性设计初期的工作，对后续工作开展具有重要的决定作用。产品定义环节一般应满足下列要求：
该阶段工作通常与数控系统的功能设计同步进行；a)
b）功能体系的构成可用图、表和(或)文字的形式进行描述；c）工作任务包括主要任务和辅助任务：d）功能包括主要功能和辅助功能；e）下作过程可用图、表和（或)文字的形式进行描述；寿命剖面内的事件和坏境宜分别描述，可采用图、表和(或)文字等形式；示例：
某数控系统的寿命剖面如图2所示。研发生产
格验测试
4.3.2可靠性日标
4.3.2.1可靠性定性目标
包装运输
组装调试
运行使用
高温、低溢、凝度（淋水）、沙尘、盐雾等提动、冲击、电磁干扰等
图2某数控系统寿命剖面
可靠性定性目标通常是为保证产品可靠性而对产品设计提出技术要求和设计原则的描述。示例：
某数控系统可阜性定性目标：电路板应选用标准件，硬件结构采用化设计。4.3.2.2可靠性定量目标
可靠性定量目标是产品可靠性水平的度量，可靠性定量目标由可靠性参数及其指标两部分组成，可靠性参数分为使用参数和合向参数。使用参数是直接反映对产品的使用需求的可靠性参数，合同参数是合同研制任务书中对产品可靠性要求的参数。这两类参数的定义、关系和区别如表1所示。表1可靠性使用参数与合同参数
可挚性使用参数
直接反狭对产品的使用需求的可靠性参数描述产品在计划环境中使用时的可靠性永平4
可肇性合同参数
合同和研制任务书中对产品的可靠性要求，且是承制方在研制与生产过程中能够控制的参数用于度量和评价承制方的可靠性工作水平由使用需求导出
可靠性使用参数
表1(续）
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可靠性合同参数
根据使用可靠性参数转换得出
包括产品设计、制造、安装、质量、环境、使用、维修等的综合影响
只考虑产品设计与制造的影响
注：常用的可掌性使用参数有平均维护间隔时间等，常用的可靠性合同参数有平均故障间工作时问等。可靠性参数的量值称为可靠性指标。可靠性使用参数的量值称为可靠性使用指标，它可分为目标值和门限值。可靠性合同参数的量值称为可靠性合同指标，它可分为规定值和最低可接受值。具体如表2所示。
表2可靠性使用指标与合同指标
使用指标
目标值
期望产品达到的使用指标，
它既能满足产品的使用需
求，又能使产品达到最佳效
费比，是确定规定值的依据
示例：
门限值
产品应达到的使用指标，它
能满足产品的使用需求，是
确定最低可接受值的依据，
也是现场验证的依据
规定值
合同指标
最低可接受值
合同和研制任务书中规
合同和研制任务书中规定
的期望产品达到的合同指
标，它是承制方进行可靠性
设计的依据
某数控系统可靠性定量目标为：平均故障间工作时间(MTBF)规定值不小于10000h。4.3.2.3考虑的因素
确定数控系统可靠性目标时应重点考虑下列因素：a）行业同类产品可靠性现状；
b）当前可靠性技术水平；
c）历史产品的可靠性水平；
d）产品升级换代的预期要求等。4.3.3主要模块及硬件结构
数控系统主要模块及硬件结构的确定应满足下列要求：推荐从产品的功能出发确定主要模块清单；a）
硬件总体设计技术背景应包含对不同品牌相关产品技术的比较分析：b）
结构原理图应囊括已确定的所有主要模块；c）
功能框图的建立应以结构原理图为基础；d
确定各主要模块的可靠性权重；描述产品预期的工作条件（包括工况、环境等）。4.3.4
可靠性分配
4.3.4.1概述
定的、产品应达到的合同
指标，它是进行实验室鉴
定试验的依据
可靠性分配是对数控系统的可靠性定量目标而言的，把数控系统的可靠性定量目标按一定的原则5
GB/T29545--2013
分配到数控系统的各模块，变成各模块的可靠性目标。这是一个由整体到局部，由上到下的分解过程通过可靠性分配，把设计目标落实到相应层次的设计人员身上，使工作具体化。同时，通过可靠性分配暴露数控系统设计中的薄环节及关键部位，为指标监控和改进措施提供依据，为数控系统管理提供所需的人力、时间和资源等信息。可靠性分配（参见附录A分为基本可靠性分配和任务可靠性分配，基本可靠性分配有多种方法：如等分配法、比例组合分配法、评分分配法等。进行可靠性分配时，可根据需要采用不同的方法，或采用不同的方法的组合。对于任务可靠性分配，可以采取先进行基本可靠性分配，再进行任务可靠性核算的方式开展，以基本可靠性指标与任务可靠性指标同时得到满足为目标，形成最终可靠性分配方案的约束条件。
4.3.4.2基本原则
可靠性分配的基本原则如下：
a）对复杂度较高的模块，应分配较低的可靠性指标；b）对技术上不成熟的模块，应分配较低的可靠性指标；对在恶劣环境条件下工作的模块，应分配较低的可靠性指标；d)
当把可靠度作为分配参数时，对需要长期工作的模块应分配较低的可靠性指标；e)
对重要度较高的模块，应分配较高的可靠性指标：不易维修、不易更换的模块应分配较高的可靠性指标：g)
对故障频繁性高的模块，应分配较低的可靠性指标h)
对故障致命性高的模块，应分配较高的可靠性指标；对费用敏感度高的模块，应分配较低的可靠性指标；i）对已有可靠性指标或使用成熟的模块等，应不再进行可靠性分配。4.3.4.3要求
可靠性分配要求如下：
a）可靠性分配的要求值应是规定值；b）一般选择可靠度，失效率，平均故障间工作时间等参数进行可靠性量值分配；c）通常将可靠性分配与可靠性预计工作结合达行，根据各模块等能够达到的可靠性量值进行分配；
d）可靠性指标分配宣在产品研制的早期进行，以便使设计人员尽早明确设计要求，提出设计措施，同时为确定外购件及外协件可靠性指标提供依据，以及根据所分配的可靠性目标估算所需人力和资源等信息；
e）可靠性分配可按数控系统的功能框图进行，以使各模决的可靠性指标分配值随着研制任务同时下达，在获得较充分的信息后进行再分配；I）可靠性分配工作有时需反复多次进行；注：可靠性分配工作反复多次进行一般有下列几个原因：一在方案论证和初步设计工作中，分配是比较粗略的，经过粗路分配后，需要与经验数据达行比较、权衡；随着设计工作的不断深入，可靠性模型逐步细化，可靠性分配亦随之反复进行：一产品研制的进展和设计过程发生变动：—可靠性分配工作结京后没实现预期目标，—没计人员土观致力于改善分配结果。g）在产品设计初期，可靠性分配的结果应与经验数据进行比较，权衡，也可与可靠性预计结果相比较，来碗定分配的合埋性，并根据需要重新进行分配；6
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h）为减少可靠性分配的重复次数并考虑到分配中存在忽略不计的其他因素项目，可在规定的可靠性指标基础上留出一定的余量，这也为在设计过程中增加新的模块留下余地。推荐余量为15%~20%
i）如不能保证可靠性分配结果的准确性，应突出各模块的相对可靠程度；i）可靠性分配应考虑接口、电缆管线等不直接参加分配部分的可靠性影响；k）进行可靠性指标分配时，应注重基本可靠性指标分配值与任务可靠性分配值的协调；1）可根据不同研制阶段的需求选择不同的分配方法。注：数控系统的可靠性分配的示例参见A.3.4。4.3.5可靠性设计及方法
可靠性设计的主要目的是实现预期的可靠性目标，保证或提高数控系统的可靠性水平。某些情况下，仅通过元器件的选择就可以实现预期目标，但多数情况下还需借助于具体的技术手段和方法，不同的场合采取的技术手段和方法各不相同，这些在可靠性设计流程中所采用的方法和措施均属于可靠性设计方法（见附录B）。4.3.6模块及硬件结构细化
模块及硬件结构细化是根据可靠性设计与可靠性分配的结果和要求，将模块及硬件结构进行细化的具体过程，该过程应符合以下要求：a）细化过程可根据需要分阶段进行；b）细化过程可能需要一次或多次的反复；c）细化的最终结果应确定具体的元器件；注：随着制造业集成化程度的提高，模块及硬件结构细化的最终结果可能只到板卡（级）或模块（级）d）元器件的选择应符合附录C的要求，板卡和模块的选择应符合相关标准或技术规范的规定。示例：
某数控装置硬件结构确定结果如表3所示。表3某数控装置硬件结构
模块划分
输人模块
CPU模块
功能模块
显示模块
总线模块
4.3.7可靠性模型www.bzxz.net
4.3.7.1概述
硬件组成
MCP键盘、功能键盘、NC键盘、前面板多功能CPU卡、存储卡接口、视额接口、主板、串口、局域网接口、键盘接口USB接口、RS232接口
手持单元
显示屏
总线接口硬件电路
元器件清单（路）
可靠性模型是对数控系统及其模块或元器件等之间的可靠性（或故障）逻辑关系的描述，建立可靠性模型的目的是用于定量分配、预计和评价产品的可靠性，建模方法应符合GJB813一1990中第4章的规定。
可靠性模型包括可靠性框图(见附录D)及其相应的数学模型：A
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a）可靠性框图是由代表产品或功能的方框和连线组成，表示各模块或元器件的故障或它们的组合如何导致产品故障的逻辑图；b）数学模型用于表达可靠性框图中各方框的可靠性与模型整体可靠性之间的函数关系注：建立可靠性框图的基础是产品的原理图或功能框图。原理图或功能框图反映了产品各模块或元器件之间的物理上的连接与组合关系，以及功能原理等，而可靠性框图则是反映产品各模块或元器件之间的故障逻辑关系。4.3.7.2可靠性模型分类
4.3.7.2.1按性质不同，可靠性模型分为基本可靠性模型和任务可靠性模型：a）基本可靠性指产品在规定条件下无故障的持续时间或概率，它反映产品及其模块或元器件等故障所引起的维修及保障要求，因此可以作为度量维修保障人力与费用的一种模型，是一个全串联模型，即使存在穴余，也都按串联处理。基本可靠性模型不能用米估计任务可靠性，只有在无允余或替代工作模式时，基本可靠性模型与任务可靠性模型才一致。任务可靠性指产品在规定的任务剖面内，完成规定功能的能力，它反映的是产品及其模块或b)
元器件在工作过程中的有效性，是一个复杂的串联、并联、表决、桥联等多种模型的组合。任务可靠性模型应根据产品的任务剖面及任务故障判据建立，不同的任务剖面应确定各自的任务可靠性模型。同一任务剖面的各阶段，也可能需要建立各自的任务可靠性模型4.3.7.2.2按产品各模块或元器件之间可靠性逻辑关系的不同，可靠性模型分为串联模型、并联模型、表决模型、桥联模型和旁联模型(参见附录E)。4.3.7.3建立可靠性模型
4.3.7.3.1概述
在确定产品定义和模块及硬件结构细化的基础上，可靠性建模的程序还包括以下内容：a）确定故障判据(参见附录F)；b）确定各模块或元器件的运行比；建立可靠性框图：
d）建立相应的数学模型。
4.3.7.3.2建立可靠性模型要求
可靠性建模要求如下：
a）“故障判据”应结合数控系统的具体功能来确定；b）建立可靠性框图应先明确数控系统各模块或元器件的标志、建模任务及有关限制条件，然后再依照系统定义，采用框图的形式表示出所有模块或元器件之间的关系，并标识每个方框；可靠性框图可以由粗到细逐渐细化，以简化可靠性建模的难度；c)
d）在最终的可靠性框图中，通常一个方框应只对应一个模块或元器件；数控系统模块或元器件中的导线和连接装置在建模时应作为单独的方框或作为另一个方框的e)
一部分来处理，或根据具体情况的要求简化处理甚至忽略不计；对较为复杂的可靠性框图的各产品名称或功能标志可用代码进行标识，并在图后加专门的表f
格进行说明：
g）数控系统的任务可靠性框图与任务剖面相关，对系统的不同任务剖面，应分别绘制任务可靠性框图；
数学模型中各模块或元器件的可靠性数据应与其对应的任务阶段相匹配；h）
应根据各模块或元器件的运行比，对可靠性模型加以修正；i）应注重可靠性建模工作的及时性。8
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