GB∕T 41392-2022 数字化车间可靠性通用要求.pdf
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1、IC S 25.040C C S N 10中华人民共和国家标准GB/T 413922022数字化车间可靠性通用要求General requirements for the reliability of digital workshop2022-04-15 发布2022-11-01 实施国家市场监督管理总局旨在 国家标准化管理委员会发布GB/ T 413922022目 次前言.V引言.VI1范围.12规范性引用文件.13术语和定义.14缩略语.25 一般要求.35.1 数字化车间可靠性要求.35.2 数字化车间可靠性信息要求.66数字化车间可靠性工作项目要求 .66.1 基本要求.66.2 可靠
2、性工作项目.66.3 数字化车间工作流程.77数字化车间可靠性管理要求 .87.1 基本要求.87.2 制定可靠性工作计划.87.3 对承建方与外协/外购方的监督和控制. 87,4 可靠性评审.87.5 故障管理.88数字化车间可靠性设计要求 .98.1 基本要求.98.2 可靠性相关功能设计.98*3可靠性设计方法选择.108.4 典型数字化车间各功能层次的可靠性设计要求.109数字化车间可靠性验证要求.119.1 基本要求.119.2 可靠性验证.1110 数字化车间运行可靠性要求 .1210.1 基本要求.1210.2 可靠性跟踪与评价.12附录A (资料性)数字化车间可靠性模型示例.1
3、3A.1数字化车间功能结构.13A.2数字化车间可靠性框图.14A.3数字化车间可靠性模型. 15附录B (资料性)数字化车间可靠性设计准则编制 .16IGB/ T 413922022B.1编制可靠性设计准则的步骤.16B.2某生产线可靠性设计准则(例).16附录C (资料性)数字化车间可靠性相关功能设计. 18C .1可靠性相关功能实现.18C .2可靠性相关功能设计. 18附录D (资料性)数字化车间对象可靠性属性模型.23D.1零部件.23D.2中间件(在制品).23D.3 产品. 24D.4数字化设备.24D.5数字化设备故障记录.24D.6数字化设备故障维修记录.25D.7数字化设备
4、故障模式模型. 25附录E (资料性)数字化车间设备状态监测系统和可靠性管理案例.26E.1 概述.26E.2机加工设备状态监测和可靠性管理需求分析. 26E.3机加工设备状态监测和可靠性管理系统设计与实现.27附录F (资料性)可靠性仿真试验.30参考文献.31图1本文件与其他智能制造相关基础标准的关系.IV图2数字化车间可靠性工作流程图.7图3数字化车间工序可靠性模型.9图A.1数字化车间体系结构图. 13图A.2数字化车间功能层次图.13图A.3数字化车间功能原理示例图.14图A.4数字化车间可靠性框图.14图A.5数字化车间生产管理系统可靠性框图.14图A.6数字化车间生产控制系统可靠
5、性框图.15图C .1数字化车间可靠性相关功能实现步骤.18图C .2典型数字化车间功能结构示意图.19图C .3数字化车间可靠性相关功能需求图.20图C .4数字化车间可靠性相关功能设计.22图E.1机加工设备状态监测和可靠性管理模型框图.26图E.2机加工设备状态监测与可靠性管理系统设计.28表1可靠性定性要求. 3表2可靠性特征量.表3运行可靠性定性要求.5表D.1 零部件可靠性属性.23表D.2中间件可靠性属性.23IIGB/ T 413922022表D.3产品可靠性属性.24表D.4数字化设备可靠性属性.24表D.5数字化设备故障记录属性.25表D.6数字化设备故障处理记录属性.25
6、表D.7数字化设备故障模式属性模.25GB/ T 413922022刖 百本文件按照GB/ T L I2020标准化工作导则 第1部分:标准化文件的结构和起草规则的规定 起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中国机械工业联合会提出.本文件由全国工业过程测量控制和自动化标准化技术委员会( SAC / TC 124)归口。本文件起草单位:机械工业仪器仪表综合技术经济研究所、舍弗勒(中国)有限公司、广东利元亨智 能装备股份有限公司、中国石油集团安全环保技术研究院有限公司、迈得医疗工业设备股份有限公司、 浙江中控技术股份有限公司、国能智深控制技术有限公
7、司、北京航空航天大学、中国科学院沈阳自动化 研究所、惠州学院。本文件主要起草人:刘泳、李春彘、李祎文、史学玲、杜义贤、魏振强、裘坤、来晓、熊文泽、林军华、 田雨聪、孙文勇、孙秉才、徐皑冬、孟邹清、李建军、孔亮、朱杰、艾骏、闫炳均、黄剑锋、刘晓亮、王璐.VGB/ T 413922022引 言开展数字化车间可靠性工作的目标是保证其持续生产出满足要求的合格产品。如果数字化车间在 设计及工程部署过程中没有考虑有关可靠性问题,则可能导致数字化车间运行不可靠,生产出超过预期 的不良品,造成资源浪费;或系统运行出现故障,增加维修成本,严重时还会导致生产中断,带来大量的 经济损失。因此,在数字化车间的设计、工
8、程部署和运行过程中,明确提出数字化车间的可靠性要求,合 理规定可靠性工作项目,并综合运用可靠性设计、试验和管理等技术,开展相关的可靠性工作,以保证数 字化车间的可靠运行。数字化车间是智能制造的核心组成单元,提升数字化车间的整体运行可靠性,指导数字化车间的功 能安全建设和信息安全建设,亟需相关标准进行规范和指导。因此根据国家智能制造标准体系建设指 南要求,数字化车间可靠性通用要求、数字化车间功能安全要求和数字化车间信息安全要求等基础共性 标准都是智能制通标准体系框架中的一部分,如图1所示。图1本文件与其他智能制造相关基础标准的关系GB/ T 413922022数字化车间可靠性通用要求1范围本文件
9、规定了数字化车间的可靠性通用要求,包括可靠性一般要求、可靠性工作项目要求、可靠性 设计要求、可靠性管理要求和可靠性验证要求等0本文件适用于新建或改造升级的数字化车间。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文 件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注R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/ T 2422环境试验试验方法编写导则术语和定义GB/ T 373932019数字化车间通用技术要求3术语和定义GB/ T 2422界定的以及下列术语和定义适用于本文件.3.1软件可靠性 software reliabili
10、ty软件在给定条件下、给定时间区间内完成要求功能的能力。3.2设备综合效率 overall equipment effectiveness;OEE用来表现设备实际的生产能力相对于理论产能的比率。O EE=设备可用率(AF)X操作表现率(PF)X质量合格率(QF)3.3失效率 failure rate一个实体(单个元器件或系统)的可靠性参数uax,即衣力山表示该实体在o,h之间未发生失 效情况下,在,e+d订内发生失效的概率。注1:数学上,是每单位时间O,r+d上失效的条件概率,其与可靠性函数(即。内未发生失效的概率)密上切相关,可由公式表示:R(t) = expF- o反之可由可靠性函数表示:
11、A(?)= 一号2L J J 由 Ro注2:失效率及其不确定度可用传统的统计学由现场反馈数据估算,在使用寿命期间(即老化后至报废前)一个简 单项的失效率几乎等于常信,4(。三九T注3在给定区间0,71内入C)的平均值,九“(T) = |jA(T)dr /T,不是失效率,因为平均值不能用于计算注1 0 一中的R(f),但可解释为在这一期间失效的平均频率(即PFH, GB/T 20438.62017中附录B).注4:串联项的失效率是每一个项失效率的和.来源:GB/ T 20438.42017,3616,有修改GB/ T 4139220223.4数字化车间 digital factory (digi
12、tal workshop)以生产对象所要求的工艺和设备为基础,以信息技术、自动化、测控技术等为手段,用数据连接车间 生产运行过程不同单元,对生产运行过程进行规划、管理、诊断和优化的实施单元。注:在本文件中,数字化车间仅包括生产规划、生产工艺、生产执行阶段,不包括产品设计、服务和支持等阶段.来源:GB/ T 373932019,3.3b3.5数字化车间可靠性 digital workshop reliability数字化车间在规定条件下,规定时间内,完成规定生产任务的能力。注1:规定条件包括数字化车间的环境条件、产品生产工艺要求、潜在接口、人的相互作用、使用和维护条件等.注2:规定生产任务包括产
13、品类别及合格率要求、生产工艺流程要求等;为满足产品合格率要求,数字化车间应具 备生产过程可靠性的监控能力.3.6可靠性相关功能 digital workshop reliability related functions数字化车间为满足生产可靠性要求而提供的有关可靠性管理或控制的功能。4缩略语下列缩略语适用于本文件口AO I:自动光学检测( Automated O ptical Inspection)APP :应用程序(Application)AR:增强现实( Augmented Reality)BO M:物料清单( Bill of Material)C APP:计算机辅助工艺过程设计( C
14、omputer Aided Process Planning)C S:总和检验码( C hecksum)DNC:计算机数字控制机床( C omputer Numerical C ontrol)ERP:企业资源计划( Enterprise Resource Planning)F IT:菲特( F ailure in Time)F MEA:失效模式与影响分析( F ailure Mode and Effects Analysis)F ME( C )A:故障模式、影响和危害性分析( F ailure Mode, Effects and C riticality Analysis)F TA:故障树分析
15、( F ailure Tree Analysis)HR:人力资源( Human Resource)IC T:信息与通信技术( information and communications technology)I/ O:输入/输出( Input/ O utput)MES:制造执行系统( Manufacturing Execution System)MQTT:消息队列遥测传输( Message Queuing Telemetry Transport)MTBF:平均故障间隔时间( Mean Time Between F ailure)MTT瑾平均故障前时间( Mean Time To F ailu
16、re)MTTR:平均故障维修时间( Mean Time To Repair )O PC / UA:O PC 技术/统一架构( O L E for Process C ontrol/ Unified Architecture)PDA:掌上电脑( Personal Digital Assistant)PDM:产品数据管理( Product Data Management)PF H:危险失效平均频率hT( average frequency of a dangerous failure per hour)2GB/ T 413922022PL C:可编程序控制器( Programmable L ogi
17、c C ontroller)PL M:产品生命周期管理( Product L ifecycle Management)SC ADA:数据采集与监视控制系统( Supervisory C ontrol And Data Acquisition)SMT;表面贴装技术( Surface Mounted Technology)SO P:标准作业程序( Standard O perating Procedure)SPI:串行外设接口 ( Serial Peripheral Interface)TC P/ IP:传输控制协议/互联协议( Transmission C ontrol Protocol/ In
18、ternet Protocol)THT:穿孔插装技术( Through Hole Technology)5 一般要求5.1 数字化车间可靠性要求5.1,1 总则数字化车间的可靠性是确保数字化车间能够连续稳定运行的关键,本文件从定性、定量指标以及工 作流程等角度规定了数字化车间可靠性的通用要求.5.1.2 数字化车间设计可靠性要求5.1.2.1 概述数字化车间设计可靠性要求是指数字化车间设计和工程部署时需达到的可靠性要求,包括可靠性 定性要求和可靠性定量要求。数字化车间在设计之初宜考虑其可靠性要求及实现方法,并在其建设过 程中贯彻实施。数字化车间可靠性要求包括设计可靠性要求和运行可靠性要求。5.
19、1.2.2 数字化车间可靠性定性要求可靠性定性要求是为获得可靠的数字化车间,对其设计、工程部署及其他方面提出的非量化要求, 如简化、冗余和系统恢复等。可选用的数字化车间可靠性定性要求如表1所示,也可根据数字化车间不同生产线或关键数字化 设备提出特有的可靠性定性要求.表1可靠性定性要求序号名称主要内容1余度设计通过使软件、设备、零部件等运行在工作极限范围内并有一定余度,或选择质ft等级较 高的设备,或提高数字化车间产能设计余度等措施以提高数字化车间基本任务可靠性 和安全性2环境防护设计选择能抵消或影响环境作用(如温度、振动、静电、防尘等)的设计方案和设备,或提出能 改变环境的方案,把环境应力控制
20、在可接受范围内,提高生产可靠性3信息保护与诊断技术通过利用物理隔离、数据备份与恢复、检错码、自校验、监视定时器、一致校验与权限校 验等技术,使正在处理、传输或存储的信息不被破坏和泄露,提高数字化车间信息可靠性4软件可靠性设计通过贯彻软件工程规范、采用软件避错和容错技术、N版本编程法、模块化法设计等手 段,提高数字化车间软件可靠性GB/ T 413922022表1可靠性定性要求(续)序号名称主要内容5人因工程设计根据人因要素及作业习惯,通过合理的生产工艺布局和物流设计,以及防错、避错、纠 错、可观测、可维修等工艺方法,使数字化车间便于操作和维修保养,提高运行可靠性6简化设计通过减少数字化车间物流
21、环节、规范信息流程、简化管理要素等手段,以及提高工艺通 用化、设备互换性等要求,提高数字化车间基本可靠性7确定关键子系统与 设备根据子系统或设备的重要性和复杂性,确定关键子系统或设备的可靠性要求,并将有限 资源用于提高关键子系统或设备的可靠性,以提存数字化车间的费效比8关键子系统或设备状 态监控及故瞭预测通过对数字化车间关键子系统或设备健康管理,实现故障监测、预警、报警等管理功能, 并视情采取应急处理预案,提高数字化车间运行可靠性9系统重组与恢复技术在检测、诊断出故障后,用后援备份模块替换失效模块,或者切除失效模块,改变拓扑结 梅,实现系统重组;用重试、检测点、记日志、恢友块等技术实现系统恢复
22、,提高数字化车 间运行可靠性10冗余技术用多于一种的途径来完成规定的功能,以提高数字化车间的任务可靠性和安全性,如硬 件冗余、软件冗余、信息冗余、时间冗余等,提高数字化车间运行可靠性11制定和实施外购软件 或设备可靠性管理 大纲对关键外购、外协软件或设备进行可靠性控制与管理,降低保障费用,提高数字化车间 设计可靠性12制定和贯彻可靠性设 计准则将可靠性要求及使用中的约束条件转换为设计边界,给设计人员规定专门的技术要求 和设计原则,以提高数字化车间设计可靠性13设备系统软件和资料 管控对设备控制器软件和操作系统等进行在线备份,对设备资料如图纸等进行电子化存储 和查阅.以便在设备故障时能快速准确的
23、获取系统备份数据和设备资料,快速解决设 备故障5.1.2.3 数字化车间可靠性定量要求可靠性定量要求是数字化车间应具备的可靠性水平。可选用的可靠性指标如表2所示。表2可靠性特征量系统层次可靠性定信要求指标系统 子系统MTTF、平均致命故障间隔时间、误操作率、平均维修间隔射间、平均修复时间、平均不能工作时间、维修 度、平均连续无故障时间、可用度设备MTBF、可那度、MTTR或A、MTTF、任务准备时间、任务可靠度、平均致命故障间隔时间、误操作率、平 均维修间隔时间、平均修复时间、平均不能工作时间,维修度、设备使用率、平均替换间隔时间、设备综 合效率由软件失效密度、失效解决率、故障密度、潜在故障率
24、、故障排除率、测试覆盖率、测试通过率、平均失效间隔时 间、有效服务时间差、累计有效服务时间、避免宕机率、避免失效率、抵御误操作率、平均宕机时间、平均 恢复时间、易修复性、修复有效率部件MTBF、可笔度、MTTR或A元件A注;MTBF;平均故障间隔时间;A:可用度爪:故障率;MTTF:平均故障前时间;MTTR:平均故障维修时间;产;维修率。4GB/ T 413922022数字化车间可靠性定量要求应符合如下内容。a)对新建数字化车间应分析各生产要素(人机料法环测)对可靠性的影响,如工艺流程、设备精 度、人员技术水平、物料使用要求等;对于数字化车间的升级改造,考虑先对现有系统进行可靠 性评估。b)在
25、选择可靠性参数时,应分析数字化车间及生产任务特点、复杂程度及参数是否能且便于度量 等因素。c)在满足数字化车间运行任务成功性和加工精度要求的前提下,选择的可靠性参数数量应最少 且参数之间相互协调。d)在确定可靠性要求时,应同时明确故障判据和验证方法。e)在确定数字化车间可靠性要求时,可单独提出各子系统或关键设备的可靠性要求,包括设备综 合效率等(数字化车间软件系统可靠性要求及验证方法可参考GB/ T 29832.1 ,GB/ T 29832.2);没 有明确规定子系统或设备可靠性要求时,可通过可靠性分配的方法确定。5.1.2.4 数字化车间可靠性要求的验证在确定数字化车间可靠性要求时,应同时明
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