盧二寶，閆麗媛，于志遠(yuǎn)，鄭再平

(北京精密機(jī)電控制設(shè)備研究所 研發(fā)中心，北京 100076)

航空航天機(jī)電伺服系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)綜述

盧二寶，閆麗媛，于志遠(yuǎn)，鄭再平

(北京精密機(jī)電控制設(shè)備研究所 研發(fā)中心，北京 100076)

針對(duì)航空航天機(jī)電伺服系統(tǒng)，進(jìn)行了簡(jiǎn)略的國(guó)內(nèi)外可靠性發(fā)展歷史和現(xiàn)狀的介紹；針對(duì)系統(tǒng)中伺服電機(jī)、伺服機(jī)構(gòu)和伺服驅(qū)動(dòng)器的可靠性分析方法、失效模式和可靠性設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了闡述，并對(duì)機(jī)電伺服系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)提出了冗余的設(shè)計(jì)思想；隨后根據(jù)國(guó)外最新的機(jī)電伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)提出了國(guó)內(nèi)的相關(guān)產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)；最后從設(shè)計(jì)、方法、試驗(yàn)、數(shù)據(jù)、人員等方面提出了我國(guó)機(jī)電伺服系統(tǒng)可靠性發(fā)展的不足。

機(jī)電伺服系統(tǒng)；可靠性技術(shù)；伺服機(jī)構(gòu)；伺服電機(jī)；伺服驅(qū)動(dòng)器

0 引言

隨著輕質(zhì)、精密、高速的機(jī)械機(jī)構(gòu)、高能量密度的永磁型電機(jī)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器技術(shù)的不斷進(jìn)步，它們被廣泛地應(yīng)用于航天飛行器、運(yùn)載火箭、雷達(dá)等各個(gè)領(lǐng)域，組成伺服系統(tǒng)，成為控制系統(tǒng)的重要分系統(tǒng)，其可靠性對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)起著至關(guān)重要的作用。

機(jī)電伺服系統(tǒng)是以伺服電機(jī)為控制對(duì)象，以伺服驅(qū)動(dòng)器為核心，以伺服機(jī)構(gòu)為動(dòng)力輸出的機(jī)電一體化集成伺服系統(tǒng)，如圖1所示。其工作原理為：伺服驅(qū)動(dòng)器接收伺服控制上位機(jī)的指令，通過(guò)與位于伺服機(jī)構(gòu)上的位移傳感器產(chǎn)生的的伺服系統(tǒng)位移反饋信號(hào)進(jìn)行比較，產(chǎn)生誤差信號(hào)；根據(jù)該誤差信號(hào)，通過(guò)控制算法運(yùn)算，生成控制信息，控制伺服驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部功率器件調(diào)制電源，控制輸入伺服電機(jī)的電能；位于伺服機(jī)構(gòu)上的伺服電機(jī)將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，并產(chǎn)生指定特性的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，消除反饋信號(hào)與指令的誤差值，以此實(shí)現(xiàn)伺服系統(tǒng)跟隨伺服控制上位機(jī)指令，達(dá)到對(duì)負(fù)載進(jìn)行伺服控制的功能要求[1-3]。

由于其使用領(lǐng)域的特殊性，結(jié)合特種裝備、航空、航天等應(yīng)用環(huán)境條件特點(diǎn)，對(duì)機(jī)電伺服系統(tǒng)的安全性及強(qiáng)環(huán)境適應(yīng)性有很高的要求，伺服系統(tǒng)的可靠性也引起越來(lái)越多的關(guān)注。本文針對(duì)機(jī)電伺服系統(tǒng)可靠性簡(jiǎn)略回顧國(guó)內(nèi)外的可靠性設(shè)計(jì)歷史和現(xiàn)狀；分析現(xiàn)階段機(jī)電伺服各單機(jī)及系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)的方法和技術(shù)，并提出了現(xiàn)階段機(jī)電伺服可靠性發(fā)展的不足。

圖1 機(jī)電伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成圖Fig.1 The scheme of EMA

1 可靠性歷史發(fā)展及現(xiàn)狀

1.1 國(guó)內(nèi)發(fā)展歷史及現(xiàn)狀

機(jī)電伺服系統(tǒng)是航空、航天器等裝備控制系統(tǒng)的主執(zhí)行機(jī)構(gòu)。航天工業(yè)的可靠性工作開始于20世紀(jì)60年代。

我國(guó)從50年代末60年代初開始涉足可靠性，電子工業(yè)領(lǐng)域開始建立可靠性與環(huán)境試驗(yàn)研究機(jī)構(gòu)。我國(guó)的可靠性工作的實(shí)質(zhì)開展是從70年代開始，以提高航天火箭和人造衛(wèi)星可靠性為目標(biāo)，發(fā)展“七?！彪娮赢a(chǎn)品。80年代以后，我國(guó)可靠性工作得到了迅速發(fā)展，電子工業(yè)以提高“三機(jī)”(電視機(jī)、錄音機(jī)、收音機(jī))可靠性為中心，大大促進(jìn)了電子產(chǎn)品可靠性的提高。航空工業(yè)以飛機(jī)的定壽延壽為中心，推動(dòng)了航空領(lǐng)域可靠性的發(fā)展。自80年代中期以來(lái)，隨著新一代導(dǎo)彈和應(yīng)用衛(wèi)星研制工作的展開，可靠性工程進(jìn)入全面發(fā)展階段，可靠性定量要求作為重要指標(biāo)列入產(chǎn)品研制任務(wù)書，各級(jí)人員的可靠性設(shè)計(jì)與研制意識(shí)有了很大提高，我國(guó)航天系統(tǒng)建立了行之有效的可靠性管理制度[4]。

1.2 國(guó)外發(fā)展歷史及現(xiàn)狀

可靠性最早起源于第二次世界大戰(zhàn)中軍事部門的需要?？傮w來(lái)看，國(guó)外可靠性發(fā)展可分為以下三個(gè)階段。

第一階段(20世紀(jì)40～50年代)可靠性萌芽階段。這一階段主要是由美國(guó)軍事部門最早提出可靠性并開始深入研究。1952年至1959年，美國(guó)國(guó)防部等相關(guān)部門陸續(xù)出版了《美國(guó)軍用電子設(shè)備可靠性報(bào)告》《彈道導(dǎo)彈的可靠性大綱》《宇航系統(tǒng)及設(shè)備的可靠性大綱》《電子設(shè)備可靠性大綱要求》等一系列可靠性資料，奠定了可靠性發(fā)展的技術(shù)基礎(chǔ)。

第二階段(20世紀(jì)60～70年代)可靠性快速發(fā)展與應(yīng)用階段。這一階段世界各個(gè)大國(guó)都陸續(xù)開始對(duì)可靠性進(jìn)行了更為全面的研究。第一顆人造衛(wèi)星的成功發(fā)射、阿波羅宇宙飛船成功載人登月等可靠性工程的成功典范，導(dǎo)致可靠性研究成為當(dāng)時(shí)最熱門的方向之一。20世紀(jì)60年代，蘇聯(lián)的專家學(xué)者釆取積極有效的措施推進(jìn)可靠性研究，成為繼美國(guó)之外又一個(gè)可靠性研究大國(guó)。法國(guó)可靠性工程重視元器件的制造和選材規(guī)范，由政府出資進(jìn)行元器件可靠性試驗(yàn)工作。日本的可靠性一開始全都照搬美國(guó)的經(jīng)驗(yàn)，借鑒美國(guó)的可靠性成果，并將可靠性廣泛應(yīng)用于本國(guó)的制造業(yè)企業(yè)和研究所[5-6]。

第三階段(20世紀(jì)80年代以后)是可靠性成熟階段，即全壽命周期可靠性保障階段，以可靠性為中心實(shí)行全方位的工程項(xiàng)目管理。日本將可靠性技術(shù)由軍用推行到民用領(lǐng)域，使得其國(guó)內(nèi)一大批制造業(yè)企業(yè)以其產(chǎn)品的高可靠性在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出。其他國(guó)家也逐漸認(rèn)識(shí)到可靠性帶來(lái)的巨大經(jīng)濟(jì)效益，把產(chǎn)品可靠性與產(chǎn)品的功能性看成產(chǎn)品的兩大核心競(jìng)爭(zhēng)力，并總結(jié)出版了一系列權(quán)威可靠性標(biāo)準(zhǔn)，使得可靠性整體呈多元化發(fā)展[15]。

2 機(jī)電伺服各組成單機(jī)及系統(tǒng)的可靠性

機(jī)電伺服系統(tǒng)，首先應(yīng)用于工業(yè)和民品領(lǐng)域，后經(jīng)過(guò)技術(shù)改進(jìn)，越來(lái)越多地在特種裝備和航空航天領(lǐng)域中應(yīng)用。機(jī)電伺服系統(tǒng)的可靠性研究，更多的是依托于工業(yè)產(chǎn)品可靠性數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以特種裝備的特殊工作條件為輸入展開研究。下文針對(duì)伺服單機(jī)和系統(tǒng)的可靠性逐一進(jìn)行分析。

2.1 伺服電機(jī)可靠性

伺服電機(jī)是在機(jī)電伺服系統(tǒng)中控制傳動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)，既是系統(tǒng)中的動(dòng)力部件，又是控制部件，是機(jī)電伺服系統(tǒng)的核心組成之一。常用的伺服電機(jī)有直流伺服電機(jī)、無(wú)刷直流伺服電機(jī)、永磁同步伺服電機(jī)、交流感應(yīng)電機(jī)、開關(guān)磁阻電機(jī)、直線電機(jī)等。

伺服電機(jī)的可靠性分析包含以下三種方法。

伺服電機(jī)故障模式及影響分析(FMECA)，故障模式是指故障的表現(xiàn)形式，例如電機(jī)繞組的開路、短路，電機(jī)軸零件斷裂，電機(jī)軸承磨損等。故障模式分析是在設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)對(duì)各單元潛在的各種故障模式及對(duì)電機(jī)功能的影響進(jìn)行分析，提出可以采取的預(yù)防改進(jìn)措施。伺服電機(jī)故障樹分析(FTA)，根據(jù)無(wú)刷直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)，以及試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)使用中收集到的失效數(shù)據(jù)分析，可得出伺服電機(jī)故障樹圖。伺服電機(jī)故障報(bào)告、糾錯(cuò)和糾正措施系統(tǒng)(FRACAS)，是為了確保研制過(guò)程中所有故障能及時(shí)報(bào)告，徹底查清，正確糾正，防止再現(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的可靠性增長(zhǎng)，以保證達(dá)到并保持產(chǎn)品的可靠性和可維修性。

伺服電機(jī)的可靠性設(shè)計(jì)包含伺服電機(jī)可靠性模型建立、可靠性指標(biāo)分配、可靠性預(yù)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、故障模式影響及危害性分析，故障樹分析和事件樹分析。

為增強(qiáng)伺服電機(jī)可靠性，還可以對(duì)其進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)。冗余設(shè)計(jì)技術(shù)又稱為余度設(shè)計(jì)技術(shù)，它是在伺服電機(jī)完成任務(wù)起關(guān)鍵作用的地方，如定子繞組，增加一套以上完成相同功能的定子繞組，當(dāng)原有定子繞組出現(xiàn)故障時(shí)，伺服電機(jī)仍能正常工作[7-8]。

2.2 伺服機(jī)構(gòu)可靠性

在伺服系統(tǒng)中，伺服機(jī)構(gòu)失效主要模式為：結(jié)構(gòu)和機(jī)械故障。機(jī)電伺服系統(tǒng)的伺服機(jī)構(gòu)的主要類型有以下幾種：行星滾柱絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、滾珠絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、諧波齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等?？赡軐?dǎo)致機(jī)電伺服系統(tǒng)在航空、航天應(yīng)用中嚴(yán)苛條件下出現(xiàn)的故障，其主要原因是負(fù)載過(guò)重、環(huán)境因素、潤(rùn)滑問(wèn)題和制造缺陷。增強(qiáng)伺服機(jī)構(gòu)的可靠性，應(yīng)從以下幾個(gè)方面開展工作:

1)充分了解和分析伺服機(jī)構(gòu)工作的外界條件。如負(fù)載形式、溫度范圍、載荷譜、潤(rùn)滑條件、工作時(shí)間、貯存時(shí)間等。

2)在伺服機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中充分考慮其使用降額情況。如根據(jù)其負(fù)載情況、潤(rùn)滑條件等進(jìn)行適應(yīng)性設(shè)計(jì)和降額設(shè)計(jì)，提高伺服機(jī)構(gòu)可靠性。

3)通過(guò)開展伺服機(jī)構(gòu)可靠性試驗(yàn)，提升其本身可靠性能。提高作用載荷是目前各國(guó)研究加速可靠性試驗(yàn)的主要方法，其重要前提是必須保證被試件的破壞形式與實(shí)際使用時(shí)的一致。加速可靠性試驗(yàn)可分為恒定載荷加速可靠性試驗(yàn)、隨機(jī)載荷加速可靠性試驗(yàn)和方波載荷加速可靠性試[9]。

2.3 伺服驅(qū)動(dòng)器可靠性

對(duì)于伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，一般選取以下幾種失效模式進(jìn)行機(jī)理分析：過(guò)壓、欠壓、過(guò)流、過(guò)載、過(guò)溫、短路等。

伺服驅(qū)動(dòng)器中常見的故障包括逆變器中功率器件(IGBT或MOSFET)的開路和短路故障。過(guò)壓、過(guò)流及工作溫度過(guò)高都會(huì)損壞功率開關(guān)器件，造成功率開關(guān)管開路和擊穿短路兩種故障。傳統(tǒng)推挽結(jié)構(gòu)的功率模塊IGBT驅(qū)動(dòng)電路縮短開通、關(guān)斷時(shí)間和抑制開關(guān)過(guò)程中的電壓、電流應(yīng)力是一對(duì)矛盾，雖然減小驅(qū)動(dòng)電阻將導(dǎo)致開通、關(guān)斷時(shí)間的縮短，但同時(shí)也將導(dǎo)致開關(guān)過(guò)程中功率模塊IGBT電流、電壓熱應(yīng)力的增加，從而使功率模塊的可靠性降低。在產(chǎn)品研制中應(yīng)仔細(xì)平衡以上設(shè)計(jì)參數(shù)。

此外，在伺服驅(qū)動(dòng)器中設(shè)計(jì)完備的BIT功能，即循環(huán)檢測(cè)伺服驅(qū)動(dòng)器的故障碼和狀態(tài)信息。根據(jù)這些信息，控制伺服系統(tǒng)做出相應(yīng)的響應(yīng)，同時(shí)將信息顯示并上報(bào)，便于用戶快速判斷故障來(lái)源[10]。

2.4 伺服系統(tǒng)的可靠性

伺服系統(tǒng)是一個(gè)典型的由各個(gè)伺服單機(jī)串聯(lián)而成的可靠性模型，如圖2所示。

圖2 機(jī)電伺服系統(tǒng)串聯(lián)可靠性模型Fig.2 Series reliability model of EMA

伺服系統(tǒng)的每個(gè)單機(jī)的可靠性，都直接決定了整個(gè)伺服系統(tǒng)的可靠性。提高伺服系統(tǒng)的可靠性，除了提升系統(tǒng)中各單機(jī)的可靠性之外，還可以通過(guò)改變伺服系統(tǒng)架構(gòu)，將系統(tǒng)中可靠性相對(duì)較差的單機(jī)進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)，如將伺服系統(tǒng)的核心單機(jī)伺服單機(jī)進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)，如圖3所示。

圖3 機(jī)電伺服系統(tǒng)冗余可靠性模型Fig.3 Redundant reliability model of EMA

通過(guò)伺服系統(tǒng)的系統(tǒng)級(jí)優(yōu)化設(shè)計(jì)，可大幅度提升系統(tǒng)可靠性。但是在提升系統(tǒng)可靠性的同時(shí)，系統(tǒng)的體積、重量和成本也同時(shí)在增加。故有效地平衡系統(tǒng)的成本、體積、重量和可靠性之間關(guān)系，是做好伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要工作目標(biāo)[11]。

非開行呼吁增強(qiáng)非洲農(nóng)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。5月21日，非洲開發(fā)銀行（AfDB）第53屆年會(huì)農(nóng)業(yè)領(lǐng)導(dǎo)力論壇指出，非洲需增強(qiáng)農(nóng)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，以創(chuàng)新技術(shù)帶動(dòng)農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型。非開行將繼續(xù)致力于把非洲農(nóng)業(yè)打造為價(jià)值1萬(wàn)億美元的產(chǎn)業(yè)，制定農(nóng)業(yè)發(fā)展對(duì)策，確保農(nóng)業(yè)增長(zhǎng)。論壇強(qiáng)調(diào)，非洲還需延伸產(chǎn)業(yè)鏈條，促進(jìn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增效，提高競(jìng)爭(zhēng)力以躋身世界前列。

3 國(guó)內(nèi)航空航天機(jī)電伺服系統(tǒng)可靠性發(fā)展前景

通過(guò)對(duì)機(jī)電伺服系統(tǒng)可靠性技術(shù)現(xiàn)狀的研究，在未來(lái)發(fā)展機(jī)電伺服系統(tǒng)的可靠性，其設(shè)計(jì)必須存在于產(chǎn)品的全壽命周期內(nèi)。提高伺服系統(tǒng)可靠性的設(shè)計(jì)措施有：

1)采用先進(jìn)的冗余技術(shù)

國(guó)內(nèi)外機(jī)電伺服產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)實(shí)踐表明，從改進(jìn)機(jī)電伺服系統(tǒng)各組成單元的結(jié)構(gòu)和制造工藝上進(jìn)一步提高可靠性，可挖掘的潛力有限，無(wú)法滿足載人航天大幅增長(zhǎng)的可靠度指標(biāo)要求。必須采用全新的設(shè)計(jì)理念，從設(shè)計(jì)源頭上采取措施，才能保證可靠性與安全性的大幅增長(zhǎng)成為可能。借鑒國(guó)外航空航天飛行器采用冗余技術(shù)提高可靠性的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)。

當(dāng)前世界上先進(jìn)的航空航天飛行器伺服系統(tǒng)都是采用余度技術(shù)來(lái)提高其可靠性。余度伺服技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了: 簡(jiǎn)單并聯(lián)余度方式→檢測(cè)糾正余度方式→多數(shù)表決余度方式→多數(shù)表決檢測(cè)糾正混合余度方式幾個(gè)階段。我國(guó)在余度技術(shù)方面的研究起步較晚，航空領(lǐng)域應(yīng)用余度技術(shù)相對(duì)早些，在我國(guó)航天領(lǐng)域采用何種余度機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)作為載人航天的機(jī)電伺服系統(tǒng)，存在著多方面的考慮。

從余度結(jié)構(gòu)配置上看，國(guó)外余度機(jī)電伺服系統(tǒng)大多采用四余度、三余度、雙余度，少數(shù)也有五余度或雙-三余度，其中四余度最為常見。余度數(shù)的選擇主要從可靠性要求、余度管理方式、工程實(shí)現(xiàn)難易程度、體積、重量、成本幾方面綜合考慮[12-13]。

美國(guó)航天飛機(jī)主發(fā)動(dòng)機(jī)和固體火箭助推器推力矢量控制伺服機(jī)構(gòu)采用的四余度多數(shù)表決檢測(cè)糾正式機(jī)械反饋伺服作動(dòng)器成為首選的參考方案。因?yàn)樵摲桨复砹水?dāng)今世界最高水平，具有非常高的可靠性。當(dāng)然該方案的余度管理技術(shù)復(fù)雜，余度配置結(jié)構(gòu)也很復(fù)雜，研制成本高，對(duì)我國(guó)航天領(lǐng)域首次采用余度技術(shù)來(lái)講，設(shè)計(jì)上存在一定的難度。

2)充分繼承成熟技術(shù)

機(jī)電伺服產(chǎn)品新產(chǎn)品設(shè)計(jì)研發(fā)過(guò)程中，充分繼承成熟、可靠的技術(shù)成果。伺服系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)與同類產(chǎn)品基本相同；部分成熟元器件直接移植應(yīng)用或作適應(yīng)性改進(jìn)。這些結(jié)構(gòu)與元器件曾在多次地面試驗(yàn)及飛行試驗(yàn)中得到考核，其設(shè)計(jì)可靠性是值得信賴的。這些成熟技術(shù)的采用對(duì)保證伺服產(chǎn)品的可靠性，縮短研制周期起到了促進(jìn)作用[14]。

3)裕度設(shè)計(jì)

機(jī)電伺服產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、工作性能、承載能力、工作散熱都有一定的設(shè)計(jì)裕度。伺服機(jī)構(gòu)的工作性能，內(nèi)控指標(biāo)均嚴(yán)于控制系統(tǒng)任務(wù)書中提出的要求，留有余量。通過(guò)采用裕度設(shè)計(jì)，為進(jìn)一步航天機(jī)電伺服系統(tǒng)的可靠性奠定了基礎(chǔ)。

4)深度數(shù)字化設(shè)計(jì)

在一個(gè)子系統(tǒng)框架內(nèi)，下屬伺服驅(qū)動(dòng)器、伺服機(jī)構(gòu)，伺服電機(jī)等單機(jī)，采用總線通信、DSP或FPGA芯片計(jì)算，控制元件盡可能采用數(shù)字控制產(chǎn)品。

4 結(jié)論

目前國(guó)外可靠性工程技術(shù)已從定性走向定量，產(chǎn)生了大量的計(jì)算機(jī)輔助可靠性設(shè)計(jì)、分析與評(píng)估工具及高效的可靠性試驗(yàn)方法，實(shí)現(xiàn)了與裝備性能的一體化論證、設(shè)計(jì)、分析與試驗(yàn)?zāi)芰?，使得裝備的可靠性、維修性、測(cè)試性水平大幅度提高。

我國(guó)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)期積累，可靠性工程技術(shù)領(lǐng)域已形成了一大批創(chuàng)新性的技術(shù)成果。在新一代特種裝備發(fā)展中，這些技術(shù)成果的實(shí)用化將成為發(fā)展的重點(diǎn)，如高效可靠性試驗(yàn)與評(píng)估技術(shù)、自動(dòng)測(cè)試技術(shù)、綜合診斷技術(shù)、遠(yuǎn)程維修支持技術(shù)、裝備保障建模與仿真技術(shù)、故障預(yù)測(cè)與健康監(jiān)控技術(shù)等。但與美、日、俄等國(guó)家相比，目前還存在較大差距，主要表現(xiàn)在：

1)產(chǎn)品可靠性水平低。在重大試驗(yàn)中靠大量備份與服務(wù)，準(zhǔn)備時(shí)間長(zhǎng)，導(dǎo)致系統(tǒng)效能和費(fèi)用效益低，任務(wù)風(fēng)險(xiǎn)率高。

2)可靠性技術(shù)基礎(chǔ)薄弱，嚴(yán)重制約了產(chǎn)品可靠性水平和型號(hào)可靠性工程的發(fā)展。

a)缺省元器件、原材料、零部件使用和失效的全面數(shù)據(jù)。

b)進(jìn)行FMEA(CA)缺少各種典型設(shè)備和組件的失效模式及各種模式發(fā)生的概率；建立復(fù)雜系統(tǒng)的可靠性模型、進(jìn)行可靠性分析計(jì)算，缺少典型設(shè)備的壽命分布數(shù)據(jù)。

c)進(jìn)行復(fù)雜的可靠性設(shè)計(jì)、分析、計(jì)算，缺少必要的輔助工具。如計(jì)算機(jī)輔助工具、仿真工具、專家系統(tǒng)等，給工程應(yīng)用帶來(lái)一定困難。

d)國(guó)產(chǎn)元器件固有可靠性低，難以滿足型號(hào)高可靠要求。

e)一些重要的可靠性技術(shù)，由于缺少工程化應(yīng)用研究，難以在型號(hào)研制中有效應(yīng)用。如可靠性研制試驗(yàn)(篩選試驗(yàn)、老煉、增長(zhǎng)試驗(yàn)等)，盡管制定了一些標(biāo)準(zhǔn)，但在如何選擇合理的應(yīng)力與時(shí)間、順序，如何考慮試驗(yàn)綜合以降低成本等，都有待進(jìn)一步研究。

f)對(duì)諸如可靠性貯存技術(shù)、潛在通路分析技術(shù)、容錯(cuò)技術(shù)、以可靠性為中心的產(chǎn)品保證技術(shù)等尚未有效掌握。

g)軟件可靠性技術(shù)與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，還有不小的差距。

3)可靠性信息管理薄弱。

4)在可靠性標(biāo)準(zhǔn)化方面，我國(guó)雖在吸收國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上制定了一些可靠性標(biāo)準(zhǔn)。但因缺少技術(shù)預(yù)研，一些標(biāo)準(zhǔn)在使用中還缺少必要的技術(shù)支援，從而影響了其實(shí)用有效性。

5)在可靠性管理上，不少單位組織機(jī)構(gòu)不健全，職責(zé)分工不明確，缺少系統(tǒng)管理。

6)可靠性隊(duì)伍及人才不足。

綜上所述，與我國(guó)航空、航天、兵器等裝備的技術(shù)需求和領(lǐng)域的拓展，機(jī)電伺服系統(tǒng)可靠性研究工作的深入工作迫在眉睫，其專業(yè)建設(shè)、人才培養(yǎng)、數(shù)據(jù)積累、以及相關(guān)政策的扶持都需要大力開展。我國(guó)在發(fā)展機(jī)電伺服系統(tǒng)可靠性工作的道路上，任重而道遠(yuǎn)。

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Reviews of Aeronautics and Astronautics Electromechanical Actuator on Reliability Design

LU Er-bao, YAN Li-yuan, YU Zhi-yuan , ZHENG Zai-ping

(Beijing Research Institute of Mechatronics and Controls, Servo Technology R&D Center, Beijing 100076, China)

In this paper, based on the electromechanical actuator(EMA), we analyzed the development history and status quo at home and abroad. In view of the system of servomotor, servomechanism and servo driver reliability analysis, the main failure modes and the reliability design method are carried on the simple introduction. We put forward the reliability design of mechanical and electrical servo system redundancy design idea. Then according to the latest foreign mechanical and electrical servo system design technology, we put forward the development trend of domestic related products. Finally from the design, method, experiment, data, researchers, we put forward the lack of reliability of mechanical and electrical servo system development in our country.

Electromechanical Actuator(EMA); Reliability technology; Servomechanism; Servomotor; Servo driver

10.19306/j.cnki.2095-8110.2016.04.010

2016-03-31；

2016-04-18。

盧二寶(1985-)，男，碩士，工程師，主要從事機(jī)電伺服電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面的研究。E-mail:luerbao@gmail.com

V19

A

2095-8110(2016)04-0053-05