标准《T/CEEIA 556-2021 机器人控制部件可靠性强化试验方法》解读

国内外暂无机器人控制部件的可靠性强化试验标准，调研表明，机器人控制部件存在故障率偏高的问题，这也是严重影响国产机器人可靠性的一个重要因素。

同时，机器人行业也面临着一个共性问题——机器人的可靠性水平、稳定性与国际同类先进产品往往具有明显差距，降低了用户的使用体验和信任度，甚至严重影响到了市场竞争力。尽管一些企业或单位开展了不同程度的可靠性工作，取得了一定的进步，但总体来说，质量与可靠性专业人才队伍缺乏、技术方法和手段缺失，很少有研发企业能够较好自主地实施机器人可靠性工程。

可靠性强化试验（民口通常叫做HALT/HASS试验）是国际公认的最经济、最高效暴露样机故障和缺陷的手段，在国际先进制造企业和消费电子领域应用最为广泛，该技术可以快速提高研制装备的耐环境能力、技术成熟度和可靠性水平，还可缩短验证和研制周期，大幅提前改进时机，降低改进难度和成本。

可靠性强化试验可作为机器人控制部件可靠性提升的重要手段之一，通过识别产品典型敏感应力，逐步施加高于规范规定应力，快速激发控制部件缺陷和暴露薄弱环节，探究控制部件的工作极限和破坏极限；同时，开展故障定位分析和失效机理分析，采取改进措施，提高控制部件的工作极限和破坏极限，实现研制样机耐环境能力、技术成熟度和可靠性水平的快速、显著提高。

当前，可靠性强化试验具有类似的国家标准——《GB/T 29309-2012电工电子产品加速应力试验规程 高加速寿命试验导则》、《DB44/T 1758-2015电动汽车电子设备可靠性强化试验方法》，具有一定的参考作用，但由于该标准仅仅基于HALT/ HASS试验系统方可开展该类试验，而HALT/HASS试验系统在国内数量稀缺，使得大部分企业甚至检测机构没有能力实施该项试验；同时，该标准提出的试验方法主要来源于美国军用航空产品的试验经验和标准，而机器人的使用场景和环境与军用航空产品具有明显的差异，因而适用性也有待加强。

正是由于上述多个因素，科鉴检测的工程师们发起并编制了本项标准。

本标准以机器人的控制部件为研究对象，依托科鉴检测积累的工程经验和掌握的工程技术，保障了本标准提出的可靠性强化试验方法的合理性。同时，本标准编写工作组成员包括国内机器人研发企业、国内多家检测机构、可靠性领域的研究院所，保障了本标准的可行性和操作性。

本标准方法已经在编制工作组成员单位深圳市智流形机器人技术有限公司的相关产品中进行了应用，以及在某型机器人控制器上进行验证，取得良好的效果，证明了本标准方法暴露产品故障与缺陷的高效性、充分性。

标准编写工作组单位

广东科鉴检测工程技术有限公司

上海机器人产业技术研究院有限公司

重庆智能机器人研究院

上海电器科学研究所（集团）有限公司

成都卡诺普机器人技术股份有限公司

深圳市智流形机器人技术有限公司

上海捷勃特机器人有限公司

纳博特南京科技有限公司

东莞市本末科技有限公司

必维欧亚电气技术咨询服务（上海）有限公司

北京极智嘉科技股份有限公司

伯朗特机器人股份有限公司

上海电器设备检测所有限公司

上海添唯认证技术有限公司

大连瑞翔机电设备有限公司

上海交通大学

上海电器科学研究院

机械工业科技发展中心

本标准规定了机器人控制部件（以下简称“控制部件”）开展可靠性强化试验的通用要求和试验方法等内容。本标准主要适用于机器人的控制部件，控制部件相关的电子部件和电路组件亦可参照使用。

在国内外可靠性有关的标准中，仅GB/T 29309-2012《电工电子电气系统加速应力试验规程 高加速寿命试验导则》和GB/T 34986-2017 《产品加速试验方法》（IDT IEC 62506）；以及国内外高加速试验、HALT/HASS、可靠性强化试验的文章和书籍中，均有相关内容。

同时，本标准相对涉及的上述标准、文章和书籍还是具有显著的不同，并具备以下优势：

1）本标准提出了广义的可靠性强化试验。如在腐蚀环境下使用的仪器，可对其金属材料在盐雾、腐蚀气体环境条件下开展强化试验，在光照老化环境下的仪器，可对其非金属材料在温度-光照环境条件下开展强化试验。

2）针对机器人的典型使用环境特点，本标准还增加B组试验，加强了机器人经常承受的湿热环境耐受能力考核和缺陷暴露。

3）本标准还增加了C组试验，主要考虑到可靠性强化试验应力强度大，但时间并不足考察全寿命周期耐受能力，可以较好地满足用户考核长期耐受能力的需要，甚至可以在采取C组试验的基础上，利用加速试验模型和统计方法，快速定量评价其使用寿命。

4）本标准提出了采用传统温湿度—电磁振动综合应力试验箱、快速温变—电磁振动综合应力试验箱开展可靠性强化试验的方法，标准中对于应力变化参数做了调整，使得更多研发单位和检测机构具备开展可靠性强化试验的能力。

注：附录D中提供了可供直接使用的记录表格（包括试验步骤与故障情况表，测试情况记录表，故障报告表，故障分析及纠正措施表），针对出现的故障，做分析、纠正、试验、验证的闭环处理，保障有效的记录可靠性强化试验。

标准第五章试验方法是本标准最重要的内容，包括可靠性强化试验选择、流程、应力设计和实施步骤。

5. 试验方法

5.1 试验选择与流程

5.1.1  选择

通常，至少应进行A组强化试验，鼓励进行B组强化试验。

当采用2台（套）受试样机试验时，可并行进行A组试验和B组试验；当受试样机数量受限制时，可采用同一台（套）受试样机串行开展A组试验和B组试验。

当考虑耐久寿命时，可结合产品实际使用环境，从C组中选择1项耐久强化试验。

根据产品组成特点和试验设备能力，送检方可选择部分试验项目开展可靠性强化试验，可调整试验项目中的试验条件参数，如应力的最大极限值、温变率、保持时间等，以使可靠性强化试验方法得到更广泛的应用。

5.1.2  流程

可靠性强化试验实施流程和步骤见图1。

图1 可靠性强化试验实施流程和步骤

注1：各试验是相互独立的，有故障发生时，进行分析、定位、纠正，失效分析。

注2：低温步进试验、高温步进试验分别得到低温、高温应力极限信息，应用到温度变化试验中。

温度变化试验、振动步进试验得到低温、高温、振动应力极限信息，应用到温度变化—振动综合试验中。

试验过程应按试验要求施加试验应力，对试验设备施加应力进行监测，对受试样机进行功能性能测试，对出现故障进行定位并采取改进措施，完成回归验证，落实有效的改进措施到技术文件和实物样机中。

5.2  A组强化试验

5.2.1  低温步进试验示意图

图2 低温步进试验剖面（示例）

5.2.2 高温步进试验示意图

图3 高温步进试验剖面（示例）

5.2.3  温度变化试验

图4 快速温变试验剖面（示例）

5.2.4 振动步进试验

5.2.4.1 三轴六自由度振动步进试验

图5 三轴六自由度气锤式振动步进试验剖面（示例）

5.2.4.2  随机振动步进试验

图6 单轴随机振动步进试验剖面（示例）

5.2.5 温度变化-振动综合应力试验

图7 综合环境应力试验剖面（示例）

5.3B组强化试验

5.3.1 恒定湿热试验

采用高低温湿热试验箱、温湿度综合应力箱均可开展湿热强化试验，恒定湿热步进可靠性强化试验分成恒定湿热步进试验和恒定湿热极限试验。

5.3.1.1 恒定湿热步进试验

恒定湿热步进试验温度应力应至少选择40℃，以40℃为例说明。

图8 恒定湿热步进试验剖面（示例）

5.3.1.2 恒定湿热极限试验

恒定湿热极限试验温度应力可根据受试样机具体情况选择，以85℃&85%RH为例说明。当可接受或评估样机可承受85℃&85%RH恒定湿热试验时，在保持温度85℃不变的条件下，可直接施加85%RH相对湿热；试验24h，电应力按照上限、下限调节变化，调节周期为12h。

图9 85℃&85%RH恒定湿热极限试验剖面（示例）

5.3.2 交变湿热试验

交变湿热试验温度应力可根据受试样机具体情况选择，以30℃～60℃、95%RH为例。试验96小时，分4个周期开展。

注：除了在温度下降期间相对湿度可以降至85%外，在其他所有时间内相对湿度应保持在95%±5%。

图10 交变湿热试验剖面（示例）

5.3.3 温湿度-振动综合应力试验

采用温湿度-振动综合应力箱可开展温湿度-振动综合应力强化试验。

图11 温湿度-振动综合试验试验剖面（示例）

5.4 C组强化试验

5.4.1 交变湿热耐久试验

当考虑耐久寿命时，且受试样机主要典型使用环境是湿热环境时，可参见5.3.2部分在湿热环境下进行耐久湿热强化试验，推荐环境应力为30℃～60℃&95%RH；推荐时间为240h、480h、720h、960h、1200h。也可基于加速试验模型和方法，确定对应耐久寿命所需试验时间。

5.4.2 快速温变-振动综合应力耐久试验

当考虑耐久寿命时，且受试样机主要典型使用环境是温度循环与振动综合应力环境时，可参见5.2.5部分进行温度变化－振动综合应力耐久强化试验，推荐时间为100循环、200循环、500循环、800循环、1000循环。也可基于加速试验模型和方法，确定对应耐久寿命所需试验时间。

5.4.3 温湿度-振动综合应力耐久试验

当考虑耐久寿命时，且受试样机主要典型使用环境是温湿度与振动综合应力环境时，可参见5.3.3部分进行温湿度－振动综合应力耐久强化试验，推荐时间为25循环、50循环、75循环、100循环、125循环。也可基于加速试验模型和方法，确定对应耐久寿命所需试验时间。

以某型工业机器人控制器为例，在科鉴可靠性实验室完成了可靠性强化试验（A组-低温步进、高温步进、温度变化、振动步进、温度变化+振动；B组-恒定湿热，交变湿热），部分试验经过裁剪。

图12 工业机器人控制器示意图

图13 工业机器人控制器——功能性能测试联机示意图

图14 可靠性强化试验—振动步进试验示意图

为保障被激发故障的快速检测，筛选出7项功能性能检测项目，详见表1。

表1 某型控制器试验检测项目与参数要求

提前有效的暴露了样机的薄弱环节，共计7次故障（故障类型3类），主要集中在90℃&21.6V、0.06g²/Hz&24V和-40℃&0.04g²/Hz&24V应力下。试验结果表明，该控制器的低温工作极限是-40℃，高温工作极限是90℃，振动工作极限为0.05g²/Hz，可以比较直观的评估控制器的工作情况。

标准验证表明，控制部件作为机器人的核心控制模块，其可靠性水平可以通过这一试验方法得到改进和提高，虽然试验会花费一定研发成本，但是预期的经济效益在售后保障阶段可以有所体现。

若国内机器人研发企业对产品质量与可靠性提升有需求，欢迎与科鉴检测的工程师探讨；若对标准内容感兴趣，欢迎来电咨询。

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