具身智造机器人传感器与控制器性能可靠性技术要求征求意见稿及编制说明

1T/CAMETAxxxxxx—2025具身智造机器人传感器与控制器性能可靠性技术要求本标准规定了应用于测量定位、切割焊接、打磨喷涂、钻孔铆接、装配检测等制造工艺的具身智造机器人传感器与控制器可靠性技术设计的基本原则、技术要求、抽样、测定及验证、结果分析统计及故障判定、试验记录与报告等。本标准适用于航空航天、海洋船舰、轨道交通等典型制造场景中，涉及测量定位、切割焊接、打磨喷涂、钻孔铆接、装配检测等制造工艺的具身智造机器人传感器与控制器的产品科研设计、生产制造、试验考核、验收交付、现场使用等。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；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T2689.1恒定应力寿命试验和加速寿命试验方法总则GB/T2689.2寿命试验和加速寿命试验的图估计法(用于威布尔分布)GB/T2689.3寿命试验和加速寿命试验的简单线性无偏估计法(用于威布尔分布)GB/T2689.4寿命试验和加速寿命试验的最好线性无偏估计法(用于威布尔分布)GB/T5081电子产品现场工作可靠性、有效性和维修性数据收集指南GB/T5080.4设备可靠性试验可靠性测定试验的点估计和区间估计方法(指数分布)GB/T5080.7设备可靠性试验恒定失效率假设下的失效率与平均无故障时间的验证试验方案GB/T7288.1设备可靠性试验推荐的试验条件室内便携设备粗模拟GB/T7288.2设备可靠性试验推荐的试验条件固定使用在有气候防护场所设备精模拟GB/T39590.1机器人可靠性第1部分：通用导则T/CEEIA558工业机器人可靠性测试与评定T/GDEIIA3工业机器人可靠性通用要求T/GDEIIA4工业机器人可靠性指标评价方法T/FSAS23工业机器人可靠性评定CR-4-01机器人CR认证可靠性等级实施细则T/CEEIA机器人控制部件可靠性强化试验方法2T/CAMETAxxxxxx—2025T/GQDA00005机器人控制器加速试验与可靠性指标验证方法GB/T34986产品加速试验方法GB/T34071物联网总体技术智能传感器可靠性设计方法与评审GB/T37414.1工业机器人电气设备及系统第1部分：控制装置技术条件GB/T2828.1计数抽样检验程序第1部分：按接收质量限(AQL)检索的逐批检验抽样计划GJB-Z35元器件降额准则GB/T4208外壳防护等级(IP代码)3术语和定义3.1具身智造机器人embodiedintelligentrobot一种集成于制造业物理产线，通过高精度多模态感知实时理解制造环境与工件状态，并藉由自适应物理交互完成测量定位、切割焊接、打磨喷涂、钻孔铆接、装配检测等核心工艺，能够自主优化生产流程并实现工艺知识持续进化的智能系统。3.2机器人传感器robotsensor集成于机器人系统，用于获取机器人自身内部状态参数、外部作业环境信息或人机交互指令，并将这些物理量、化学量或生物量信息按照特定规律转换成可供机器人控制器处理的电信号或其他规定形式信号的装置、模块或系统。3.3机器人控制器robotcontroller依据预编程指令、预设算法、实时感知信息或自主学习模型，进行任务规划、行为决策、运动解算与协调控制，并向机器人各执行机构发出驱动指令，以使其按预期完成作业的装置。3.4传感器性能sensorperformance传感器性能是其对被测物理量进行准确、稳定、及时感知并输出有效信息的综合能力，一般来说包括灵敏度、量程、精度、响应速度、抗干扰能力、可靠性等指标。3.5控制器性能controllerperformance控制器性能是其对系统状态进行正确感知、精确决策并可靠执行控制指令的综合能力，一般来说包括控制精度、响应速度、稳定性、鲁棒性、实时性及可靠性等关键指标。3.6制造任务剖面manufacturingmissionprofile指具身智造机器人在典型制造流程中，其传感器与控制器所经历的工作模式、负载、环境应力及时间顺序的综合描述。3.7可靠度reliability产品在规定的条件下和规定的时间内,完成规定功能的概率。3.8失效率failurerateT/CAMETAxxxxxx—20253工作到某时刻尚未失效的产品,在该时刻后单位时间内发生失效的概率。3.9平均无故障时间meantimebetweenfailures;MTBF从一次故障修复后恢复正常工作开始，到下一次故障发生之间，工业机器人传感器能够持续正常运行的平均时间。4总则4.1.1为具身智造机器人传感器与控制器的研发设计、生产制造、测试考核及验收应用等环节，确立一套统一的可靠性通用技术要求。4.1.2为具身智造机器人传感器与控制器的质量管控与可靠性提升，提供科学的技术依据。4.1.3为具身智造机器人传感器与控制器的可靠性描述、建模分析、指标预计、指标分配与系列划分、试验验证以及故障判定等工作，提供行业统一的指导性技术文件。4.2基本原则4.2.1普遍性原则为具身智造机器人传感器与控制器的产品科研设计、研制生产、试验考核、验收使用等各方提供一个统一的可靠性通用技术要求。4.2.2标准化与简化原则在机械结构与电路设计上应力求简化，严格控制元器件数量与种类，优先选用成熟的标准化模块与通用部件。采用新元器件时，必须对其可靠性水平进行充分评估与验证。设计应充分考虑制造现场的可维护性，便于快速更换与调试。4.2.3系列化原则实施系列化设计,在原有成熟产品基础上吸收新技术,提高产品的性能指标,逐步扩展构成系列。4.2.4冗余原则针对具身智造机器人传感器与控制器中影响整体可靠性的关键电路、功能单元或核心元器件，应在设计中适当采用冗余技术措施，以提升系统的故障容忍能力。4.2.5建模与预计先行原则在新产品设计阶段，应基于设计方案开展可靠性建模与指标预计工作，为技术决策和可靠性分配提供依据。预计时应基于典型制造任务剖面进行。T/CAMETAxxxxxx—202544.2.6制造场景适配性原则传感器与控制器的可靠性设计应充分考虑油污、粉尘、电磁干扰、连续高强度运行等制造现场的环境特点，并在试验剖面中予以体现。4.3可靠性描述方法4.3.1具身智造机器人传感器与控制器广义可靠性用有效度A来表示,按式(1)计算:A——平均可用度；MTBF——平均无故障时间，单位为小时(h)；MTTR——平均维修时间，单位为小时(h)。4.3.2狭义可靠性用以下可靠性特征量进行描述:a)平均无故障工作时间MTBF;b)可靠度R(t);5技术要求5.1设计程序及总体要求参见附录A6产品可靠性指标要求6.1可靠性指标选择原则6.1.1具身智造机器人用传感器与控制器的可靠性指标应依据GB/T39590.1-2020所规定的可靠性设计与评价通用原则选取，优先采用平均无故障时间（MTBF）作为核心指标，并结合产品特性选用可靠度R(t)、失效率入等辅助指标。平均无故障工作时间MTBF、失效率入和可靠度R(t)三者之间的关系见式(2)~式(4)：T/CAMETAxxxxxx—20255式中：——传感器或控制器工作时间；MTBF——平均无故障工作时间；入——失效率；R(t)——可靠度。6.1.2可靠性指标的选取应与产品的功能安全重要度、应用场景复杂度、不同制造工艺对传感器与控制器的负载差异以及预期使用环境相适应。对功能安全等级较高、连续运行时间长或运行环境复杂的传感器与控制器，应选取更高置信度的MTBF指标并配置相应的试验剖面。6.1.3可靠性指标应能通过试验或统计进行验证。MTBF指标验证应采用GB/T5080.7-1986所规定的恒定失效率假设下的失效率与平均无故障时间验证试验方案，或采用GB/T34986-2017中规定的加速试验方法进行缩时验证。6.1.4控制器类产品的可靠性指标应满足GB/T37414.1-2019的要求。传感器类产品的可靠性设计与评审可参照GB/T34071-2017的规定执行。6.1.5当产品按照机器人CR认证技术要求进行可靠性等级评价时，其MTBF指标的等级划分可参照CR-4-01:2022的相关规定执行，并保持与整机目标等级一致性。6.2有效期可靠性指标的有效期应与产品的设计使用寿命相协调。对于按本标准开展的可靠性试验，其评价结果的有效期不应超过产品的标称使用寿命。当产品按照CR-4-01:2022获得可靠性等级认证时，其可靠性指标有效期与认证证书有效期保持一致，通常为5年。有效期届满后，制造者应根据产品服役数据情况重新进行验证试验或抽样评价。当产品的设计、材料、工艺或关键部件发生变更时，应重新开展可靠性验证，其原有效期自动失效。6.3产品可靠性指标6.3.1概述产品可靠性指标包括连续工作模式和间歇工作模式的MTBF要求。制造者应根据测量定位、切割焊接、打磨喷涂、钻孔铆接、装配检测等不同工艺确定MTBF的制造任务时间定义并提供差异化的MTBF目标值建议，并在可靠性说明文件中明确说明。产品的MTBF指标应在规定的置信度（不低于90%）和规定的工作条件下获得。验证方法应符合GB/T5080.7-1986或GB/T34986-2017的要求；对于需要缩短试验周期的产品，可采用T/GQDA00005-2021所规定的加速试验与指标验证方法。当制造者声明更高等级的MTBF指标（如≥20000h、≥50000h）时，其验证方案应符合T/CEEIA556-2021T/CAMETAxxxxxx—20256和T/GQDA00005-2021的要求，并通过第三方可靠性试验机构确认。6.3.2连续工作的具身智造机器人传感器与控制器可靠性指标控制器具身智造机器人用控制器的MTBF指标应不低于10000h，对于连续运行的关键制造任务的控制器，其MTBF指标宜不低于20000h；当满足CR认证等级L4～L5要求时，其MTBF可参照CR-4-01:2022的等级指标（MTBF≥80000h～100000h）。传感器连续工作的具身智造机器人传感器的MTBF指标应与其功能重要度相匹配。对于连续运行的关键制造任务的传感器，其MTBF指标应不低于50000h。当传感器或控制器处于连续24h×7d在线运行模式下，制造者应提供可靠性预计分析报告，包括失效模式、失效机理、元器件可靠性分配以及实际制造环境应力剖面。对于整机按照CR-4-01:2022获得可靠性等级认证的具身智造机器人，传感器与控制器的MTBF指标应不低于整机目标MTBF要求的相应分配值。6.3.3间歇工作的具身智造机器人传感器与控制器可靠性指标间歇工作模式下的MTBF指标可按工作循环时间进行换算。其换算周期应包含上电、启动、运行、待机、关机等状态，并在可靠性文件中明确。控制器对于间歇工作的控制器，MTBF指标宜不低于制造者声明值，且应满足GB/T37414.1-2019的基本要求。在典型的任务执行型具身智造机器人中，间歇工作的控制器MTBF指标宜不低于连续工作控制器的0.6～0.8倍。传感器对于间歇工作的传感器，其MTBF指标宜通过实际制造任务剖面进行折算，并结合其长期存储可靠性和抗湿热性能进行评估。对于任务关键型间歇工作传感器，可参考连续工作型MTBF要求并适当降低。当产品存在频繁启停、重复加载/卸载或可更换部件（如模组化传感器、便携式交互传感器）时，应分别评估其循环寿命与MTBF的相关性，必要时应采用加速寿命试验验证。7抽样、检验与验证考核方法7.1适用范围T/CAMETAxxxxxx—20257本方法适用于航空航天、海洋船舰、轨道交通等典型制造场景等典型制造场景下具身智造机器人的各类传感器与控制器可靠指标的抽样、检验与验证，不适用于特殊极端制造环境。7.2抽样检验的基本原则a)随机性原则：从同一批次、同型号规格且经出厂检验合格的具身智造机器人传感器与控制器中随机抽取样品，抽样过程采用随机数表、随机数骰子等工具实现等概率抽取，确保样本代表性；b)公正性原则：抽样由2名及以上专业人员实施，现场勘验产品批次状态，明确抽样基数，抽样过程全程拍照留证，具身智造机器人传感器与控制器样品一经抽取立即封样，双方签字确认；c)科学性原则：抽样方案优先采用产品标准规定的方法，无明确规定时可结合批量规模、检验目的制定，样本量推荐为每批产品的10%且不超过20台，小批量生产可不少于1台；检验样品与备用样品分别封存，备用样品用于复检；d)适配性原则：生产领域抽样从成品仓库待销产品中抽取，流通领域（实体店、电商平台）抽样按对应渠道规范执行，确保抽样环境与产品存储条件一致。7.3产品可靠性的测定及验证试验7.3.1概述本条款基于指数分布假设（即产品失效率为常数），规定具身智造机器人传感器与控制器的可靠性测定及寿命验证方法，核心可靠性特征量为平均无故障时间（MTBF），同时涵盖失效前平均时间（MTTF）、失效率等相关指标的换算要求。试验应模拟产品实际使用工况，结合制造环境条件、工作负载等因素制定试验剖面，试验过程按规定记录累计试验时间、故障数及故障类型，试验结果用于产品可靠性水平评估及质量判定。本条款引用GB/T5080.7-1986《设备可靠性试验恒定失效率假设下的失效率与平均无故障时间的验证试验方案》、GB/T2828.1-2012《计数抽样检验程序第1部分：按接收质量限(AQL)检索的逐批检验抽样计划》的相关技术要求。7.3.2指数分布的可靠性测定试验试验试验要求a)样品要求：受试样品应与批量产品的设计、生产工艺、零部件配置完全一致，外观无损伤，性能参数符合产品技术文件要求，每台样品累计试验时间不低于全部样品平均试验时间的50%；b)试验条件：环境条件模拟实际使用场景，包括制造现场的温湿度变化、典型电磁干扰谱及机械振动特性。温度控制在15℃~55℃,湿度20%RH～80%，气压86kPa～106kPa；机械环境包含振动、冲击等应力，电磁环境符合EMC相关要求，具体参数可按产品使用场景调整；c)可靠性特征：以MTBF为核心测定指标，产品技术文件应明确MTBF最低可接受值，试验过程记录关联故障数，非关联故障（如人为操作失误导致的故障）不计入统计；d)故障判据：传感器出现信号漂移超差、响应延迟超标、数据丢失等情况，控制器出现指令执行错误、通讯中断、死机等情况，均判定为关联故障，按规定计算当量故障数。试验方法a)试验准备：按试验方案安装受试样品，连接数据采集设备，检查样品初始性能，确认试验环境参数符合要求，记录样品编号、初始状态数据；b)试验实施：采用定时截尾试验方式，按负载循环、制造任务切换等预设工况连续运行样品，持续T/CAMETAxxxxxx—20258监测并记录样品运行状态，每间隔固定时间记录性能参数，故障发生时详细记录故障现象、发生时间、故障原因；c)数据处理：按GB/T5080.7-1986中第4章的规定进行；d)试验终止：达到预设累计试验时间或完成规定制造任务循环后终止试验，若试验过程中故障数超出合理范围，可提前终止并分析原因。7.3.3指数分布的寿命抽样验证试验试验要求a)统计参数：明确生产方风险α（推荐取值10%～30%）、使用方风险β（推荐取值10%～30%）、鉴别比Dm=m0/m1（m0为可接受MTBF，m1为不可接受MTBF，推荐取值2.0～3.5），按上述参数选择对应的抽样试验方案；b)抽样方案：优先选用截尾序贯试验方案，也可根据试验成本、时间要求选择定时截尾或定数截尾试验方案，方案参数应符合GB/T5080.7第3章的相关规定；c)接收准则：试验过程中，累计相关试验时间达到接收判定时间且故障数≤接收数（Ac），判定该批次产品合格；故障数≥拒收数（Re），判定该批次产品不合格；d)试验记录：详细记录抽样信息、试验条件、累计试验时间、故障发生情况及处理过程，确保试验数据可追溯。试验方法a)抽样实施：按GB/T2828.1-2012第4章和7.2规定的抽样原则抽取受试样品，样本量按选定的试验方案确定，最少不低于2台，抽样后对样品进行封样标识，转运至试验场地；b)试验运行：按GB/T5080.7-1986中第4章的规定进行；c)结果输出：试验结束后出具验证报告，明确抽样方案、试验过程、数据结果及合格判定结论，不合格批次产品应提出整改要求。8结果分析统计及故障判定8.1数据收集范围及方法产品可靠性数据收集,主要以专项试验(测定/验证)来获取原始数据(故障数及时间),尤以试验或验证数据以及现场使用可靠性数据为确定产品可靠性指标的基本依据。同时应参考与该产品相似或类同的产品历史数据,以及产品设计、制造、现场长期使用的有关可靠性数据,有关现场可靠性、有效性和维修性数据收集方法应符合GB/T5081等标准的有关规定。具身智造机器人传感器与控制器的可靠性数据收集，应主要通过专项可靠性测定试验或验证试验来获取原始数据，原始数据包括但不限于故障模式、故障数量及相关时间数据，其中，专项试验或验证数据以及现场实际应用场景下的可靠性数据，应作为确定传感器与控制器可靠性指标的基本依据。同时，应参考在功能、性能、技术方案及使用条件上与本产品相似或类同的产品的历史可靠性数据，以及本产品在设计、制造、现场长期运行过程中积累的相关可靠性信息。有关现场可靠性、可用性和维修性数据的具体收集方T/CAMETAxxxxxx—20259法，应符合GB/T5081等相关标准的有关规定。GB/T2689.1~2689.4、GB/T5080.4—1985和GB/T5080.7—1986及GB/T7288.1~7288.2等标准规定的有关产品寿命试验及加速寿命试验数据处理方法进行。8.2失效分析8.2.1分析方法具身智造机器人传感器与控制器性能的可靠性分析方法应采用GB/T7826推荐的“失效模式和效应分析”程序方法。8.2.2分析步骤具身智造机器人传感器与控制器性能可靠性分析应按以下步骤进行：a）明确界定被分析的传感器或控制器单元的功能、性能指标及最低工作要求；b）建立描述其功能逻辑与可靠性关联的功能框图、可靠性框图或相应数学模型；c）确定分析的基本原则和用于完成分析的相应文件；d）找出失效模式、原因和效应及其重要性和顺序；e）找出失效的检测、隔离措施和方法；f）找出设计和制造中的预防措施，以防止意外事件发生；g）评估并确定每个故障模式对应的危害度等级；h）估算特定故障模式的发生概率或产品的失效率；i）提出建议。注:对于上述分析基本步骤中的g）及h）,必要时可作简略。8.3失效统计8.3.1按失效的模式分类统计对于一些失效机理不太明确的产品，可根据失效的表现形式分类进行统计，如某一功能失效、某一性能失效、非责任性失效等。8.3.2按失效的机理分类统计对于失效机理非常明确的产品，可直接根据失效的内在物理、化学变化原因分类进行统计，如常见应计入寿命计算并属于独立性失效的就有：——感知部件或敏感元件的失效；——信号调理或转换电路的失效；T/CAMETAxxxxxx—2025——核心计算或控制单元的失效；——通信接口或总线单元的失效；——执行机构或驱动输出的失效；——内置诊断或自校准功能的失效；——系统固件或控制算法的缺陷；——供电或电源管理电路的失效。8.3.3失效统计规则可靠性试验的失效统计应遵循以下规则：a）试验中，受试产品出现试验方案或技术文件规定的任一项失效判据时，均计为一次失效；b）试验中若同时发生两个或两个以上的独立关联失效，应对其进行分别统计；c）试验中每确认一次关联责任失效，应计为一次失效；非关联责任失效不予计入；d）试验期间不得更换与失效无关部位的元器件，否则每次违规操作应计为一次失效；e）试验中出现反复失效时，须在采取有效纠正措施后方可继续试验，且反复出现的每一类失效应逐个统计；f）因施加超出规定的应力条件，或因安装、测试操作不当、误判等人为失误导致的失效，不应计入产品失效；g）在非连续性试验中，如无法确定失效发生的准确时刻，应推定该失效发生在上一次检测时刻。8.4失效判据8.4.1因下列原因所引起的误用性、偶然性、从属性或损耗性等非责任性失效,通常可判定为非关联失效,并不计入可靠性计算:a）由使用方提供或指定生产厂家提供的产品或部件(含重要元器件等)产生独立失效而引起的产品失效;b）由使用方提供的软件而引起的产品失效;c）由使用不当或误操作引起的产品失效;d）有规定寿命期限的产品,超过寿命期限后而引起的产品失效;e）失效原因明显并易于纠正的失效,经使用方同意,在本批产品中全部采取纠正措施后可作为非责任性失效处理。8.4.2因产品丧失规定功能或性能退化、参数漂移等引起的失效,属于间歇性、本质性、独立性或严重性责任性失效,通常可判定为关联失效,必须计入产品可靠性计算。8.5结果评估T/CAMETAxxxxxx—20258.5.1受试产品可靠性指标是否达到设计要求。8.5.2受试产品可靠性参数水平或试验数据统计,是否达到给定的点估计值或置信区间估计。8.5.3受试产品在规定的条件和使用期限内产生的责任性失效。8.5.4受试产品成功率的点估计和置信区间估计。8.6试验结果的判定8.6.1接收与拒收采用定时截尾试验方案时，若试验累计时间达到规定截尾时间，其发生的责任性失效总数不超过方案允许的接收失效数，则判定接收；若达到或超过拒收失效数，则判定拒收。若试验未达截尾时间，但责任性失效数已超出允许的拒收失效数，也应作出拒收判决。采用序贯截尾试验方案时，应依据判决图进行判定。在判决图中，按失效发生顺序绘制失效数与试验时间关系的阶梯曲线，当该曲线进入接收区或拒收区时，即相应作出接收或拒收判决。采用全数试验方案时，其判决方法通常与序贯截尾试验方案一致。当阶梯曲线触及判决边界后，应沿边界延伸处理，或采用具有相近统计特性的概率比序贯试验方案，以双线判决边界完成试验。8.6.2有条件接收当受试产品的失效机理明确，且改进措施被验证有效，其验证的可靠性水平与试验方案或合同要求差距不大时，可按下列情况予以有条件接收：a）改进设计与制造工艺；b）调整维护方式；c）优化操作使用规程。8.6.3现场实时拒收受试产品在初始检测或试验过程中，若出现可能危及操作维护人员安全或导致重大物资损失的失效，必须立即终止试验，且无论累计失效数是否达标，均作实时拒收处理。9实验记录与报告9.1要求可靠性试验结束后,应提供可靠性试验报告和具身智造机器人传感器与控制器现场使用故障统计表。9.2可靠性试验报告9.2.1实验类别及方法T/CAMETAxxxxxx—2025试验类别:填写可靠性鉴定(测定)试验或可靠性验收(验证)试验。试验方法:填写定时截尾、定数截尾或序贯截尾试验。9.2.2抽样方案根据不同检验类别,填写统计抽样样本基数、受试产品数或抽样方案。9.2.3试验条件根据产品的具体要求,填写产品的试验范围。9.2.4测试仪器测试仪器填写测试仪器和设备的名称、型号规格、精度级别、计量检定周期等。9.2.5失效判据填写失效数及判断依据。9.2.6数据分析填写各种失效的分类、分级评估。9.2.7可靠性指标计算填写计算或估计出的产品平均无故障工作时间MTBF或可靠度R。9.2.8试验结论判决产品的平均无故障工作时间MTBF或可靠度R的估计(及统计)结果,列出受试产品在试验中暴露出来的问题。T/CAMETAxxxxxx—2025(规范性附录)可靠性设计程序及设计要求A.1可靠性设计程序具身智造机器人传感器与控制器性能可靠性设计基本任务是在现有技术水平条件下，从总体方案、硬件与软件架构、元器件选用、机械结构与工艺、电路稳定性、算法与软件可靠性、维修性和安全性等方面综合采取措施，在性能、功能、安全、成本、周期、质量、体积、功耗等因素之间进行权衡，保证系统达到规定的可靠性指标和使用寿命要求。具身智造机器人系统中，传感器与控制器通常由环境感知/作业对象感知模块、本体状态与健康监测传感器模块、实时通信与总线接口模块、融合感知与状态估计控制器、任务规划与决策控制器、运动控制与执行控制器、机械结构与末端执行器、电源与能源管理模块等构成，并与制造任务需求及人机交互端、工业互联网/边缘云计算平台形成闭环，其典型功能结构关系见图A.1。该结构框图是后续建立可靠性模型和可靠性框图的基础。可靠性设计应贯穿项目全生命周期，在方案论证、总体设计、详细设计、样机试制、小批试产直至批量生产阶段持续开展，并通过可靠性分析、可靠性预计、可靠性试验和现场运行数据的闭环反馈不断改进。对具身智造机器人而言，传感器与控制器系统通常工作于复杂多变的制造环境，可靠性设计应特别关注环境应力、长期运行稳定性、现场可维护性以及安全相关功能的故障模式。A.1.2建立可靠性模型A.1.2.1基本要求为了对传感器与控制器系统的可靠性进行定量分配、预计与评价，并对设计方案进行可靠性分析，应在设计阶段建立可靠性模型，并在产品设计方案、技术指标、环境条件、工作模式或试验数据发生重大变更时适时修订模型。T/CAMETAxxxxxx—2025可靠性模型包括基本可靠性模型和任务可靠性模型两类。当系统不采用冗余和替代工作模式时，可采用基本可靠性模型，通常按串联系统建模。当存在冗余、旁路、降级运行或多台套设备构成更高层系统时，应在基本模型的基础上建立任务可靠性模型，对串并联系统和切换逻辑进行描述。可靠性模型应与系统功能架构、硬件架构、软件架构一致，所采用的失效分布假设及失效率、故障率参数应具有工程依据或来源于可靠性手册、历史现场数据或加速试验结果。A.1.2.2模型的内容具身智造机器人传感器与控制器系统的可靠性模型应至少包括：可靠性框图和与可靠性框图相对应的数学模型及参数，必要时，故障树模型、状态转移模型或失效模式与影响分析模型作为补充。可靠性框图用于从任务可靠性的角度表示传感器与控制器系统各单元之间的逻辑关系，体现系统在成功完成预定制造任务时，各单元之间的相互依赖关系。可靠性框图应清晰反映：a)感知链路：包括各类传感器、信号调理、电源模块、通信接口等；b)计算与控制链路：包括边缘计算单元、主控单元、运动控制器、安全控制器等；c)关键软件与固件功能块：包括操作系统、驱动、中间件、控制算法和安全保护逻辑；d)各单元对机器人执行制造任务成功的贡献及失效对制造任务的影响程度。可靠性框图应与系统功能结构框图、原理框图及控制软件架构图对应，其输入输出应与系统分析模型的输入输出保持一致。A.1.2.3建立可靠性框图的原则传感器与控制器系统可靠性框图的建立应满足以下原则：a)功能完备性：框图中的每一个方框均代表一个能够完成特定功能的功能块。根据系统复杂程度，功能块可以是整机控制柜、控制板卡、传感器模块、单元电路、关键元器件或机械部件。对系统级框图，一般划分至设备或模块级；对设备级框图，可细化到功能级，对特别关键的部件或元器件可以单独列出;b)故障独立性假设：除经分析确有相关性的特殊情况外，一般假定各方框的故障相互独立，即任一功能块的故障与其他功能块是否发生故障无关。对于存在共因失效的，应在模型中单独建模;c)逻辑关系为主：可靠性框图重点描述单元之间的可靠性逻辑关系，不直接体现各单元的复杂程度、制造环境严酷程度或工作时间长短等信息，这些因素通过加权因子、失效率参数及其他分析方法体现。d)与制造任务场景一致：对具身智造机器人，应考虑不同制造任务模式下传感器与控制器的启用状态和工作时间，对不同制造任务可分别建立任务可靠性模型。A.1.2.4传感器与控制器可靠性框图结构A.概述对单台具身智造机器人，其传感器与控制器系统的基本可靠性框图通常可近似为串联系统，即制造任务成功需要所有关键感知链路和控制链路均工作正常。对采用冗余或替代工作模式的系统，从任务可靠性角度看，其框图呈串并联混合结构，经数学简化后仍可等效为串联系统的综合可靠度。A.典型具身智造机器人传感器与控制器系统功能框图对单台机器人传感器与控制器系统，可按照典型功能链路划分，如图A.2所示：T/CAMETAxxxxxx—2025根据上述的功能框图,遵循建立可靠性框图的原则,典型的具身智造机器人传感器与控制器系统可靠性框图如图A.3所示：对应的纯串联系统可靠度可用式（A.1）表示：其中:Rs(t)—系统可靠度；Ri(t)—为第i个单元的可靠度。对与单台具身智造机器人传感器与控制器系统均可参照上述可靠性框图形式,进行更为恰当、合理、明确、具体的划分。对若干机器人传感器与控制器系统组成的复杂系统,可划分致单台,同样组成串联系统可靠性框图。A.串并联混合系统可靠性框图的简化系统可靠性框图及数学模型如下:a)纯并联系统可靠度框图如图A.4所示：其数学模型可用式（A.2）表示：T/CAMETAxxxxxx—2025b)串并联系统可靠性框图如图A.5所示:其数学模型可用式（A.3）表示：c)并串联系统可靠性框图如图A.6所示：其数学模型可用式（A.4）表示：A.1.3可靠性分配与预计可靠性分配是指根据系统的总体可靠性指标，将可靠性定量指标分配到各层级单元，使各单元的可靠性目标与系统结构及技术经济条件相协调。对传感器与控制器系统的可靠性分配，应综合考虑系统结构、各单元的重要性、使用环境、维修性、技术成熟度、改进潜力以及成本等因素，可使用加权因子法、比例分配法或综合因子评定法等。A.1.3.2加权因子在满足下列假设条件时，可采用加权因子法进行失效率分配：a)各单元故障相互独立；b)各单元在任务周期内失效率近似为常数；c)系统失效率在任务周期内近似为常数，且可表示为各单元失效率的加权和。由此,对由n(n≥1)个单元组成串联系统而言,按式(A.5)计算:T/CAMETAxxxxxx—2025式中：T—任务周期；λs—系统应具有失效率指标；n—设备或功能块数目；ti—第i个设备或功能块在任务周期内的工作时间；λi—分配给第i个设备或功能块的失效率。为了科学合理地将总失效率指标分配到各设备或功能块,有必要引入加权因子Ci,且有:0≤Ci≤1;ΣCi≡1;则可求得失效率分配方程,见式(A.6):式中：Ci—加权因子。若ti=T，则式(A.6)可简化为式(A.7)：一旦确定加权因子Ci，即可根据系统总失效率计算各单元的失效率指标。A.1.3.3比例分配法求加权因子在具备下列条件之一时，可采用比例分配法计算加权因子：a)系统结构相对简单且成熟，各功能块已有可靠性预计结果或有充分经验数据；b)存在相似老产品，且具有一定的现场历史失效率记录；c)系统主要部分由外购件构成，且外购件具有较完整的可靠性资料。以下是利用应用比例分配法来求解加权因子的推算过程，令：式中：Ki—比例系数。则失效率分配方程为：式中：λi、λs—可靠性预测值。若各功能块已经进行了可靠性预计，得到预计值，则可根据式（A.10）计算比例系数：T/CAMETAxxxxxx—2025若具有相似老产品的历史失效率记录λi,old，λs,old，则可取：式中：λi,old、λs,old—历史失效记录。从而求得相应的加权因子和分配失效率。A.1.3.4综合因子评定法求加权因子在下列情形之一时，宜采用综合因子评定法：a)系统由多台设备或多层级传感器/控制器单元组成，需要在系统层面进行可靠性指标分配；b)技术方案复杂，工作条件严酷，或大量采用新技术、新器件、新算法时；c)无相似产品的可靠性历史数据可供直接参考。综合因子评定法综合考虑以下因素（可根据具体项目增减）：—结构复杂程度；—使用环境严酷程度（温湿度、振动冲击、电磁环境等）；—功能重要程度（对制造任务或安全的影响）；—可维修性（平均修复时间、可达性、模块化程度等）；—技术成熟度（方案、器件和工艺的成熟度）；—可靠性改进潜力与设计裕量（包括器件降额、冗余设计等）。对每个评价因素j赋予一个定量评价系数Kij（如取1～10间的整数或分级系数），则单元i的综合评定值见式（A.12）：式中：Kij（i=1,2,…,n;j=1,2,…,p）—第i个单元的第j个评价系数记作Kij（i=1,2,…,n;j=1,2,…,p）。系统的综合评定值：加权因子Ci定义见式（A.14）：综合因子评定法中，单元i在第j个评价项目上的评价系数Kij可从下列方面进行确定。各评价项目可采用3～5级评分，并换算为相应系数。123123123T/CAMETAxxxxxx—2025123A.1.4可靠性分析具身智造机器人传感器与控制器系统的可靠性分析应贯穿整个设计过程，典型步骤包括：a)绘制系统功能逻辑框图和可靠性框图，明确功能块间的依赖关系；b)开展失效模式与影响分析，识别传感器漂移、通信中断、控制器死机、软件异常等故障模式及其对制造任务和安全的影响；c)对关键安全相关功能进行故障树分析，识别共因失效与串联薄弱环节；d)对控制算法、软件系统可采用静态分析、形式化验证或仿真分析，评估异常输入、边界条件及故障注入场景下的行为；e)对电源、热设计、机械结构及接口连接进行应力—强度分析和容差分析，评估在最不利工况下的可靠性裕量。分析结果应形成可靠性设计输入，指导元器件降额设计、冗余配置、保护电路设计以及维护策略制定，并作为后续可靠性试验和现场验证的依据。A.1.5可靠性预计可靠性预计是根据系统构成、元器件特性、工作环境和使用工况等因素，推测产品在未来使用阶段可能达到的可靠性水平，为方案论证和设计决策提供量化依据。对具身智造机器人传感器与控制器系统，可靠性预计可分为两类：a)方案论证阶段的可行性预计：在总体方案比较阶段，根据相似产品、相似电路及有源器件库数据，对不同方案的可靠性水平进行定性与粗略定量比较；b)详细设计阶段的设计预计：在硬件与软件设计定型后，根据元器件计数法、应力分析法、环境校正系数等进行定量预计，可按设备、子系统和系统层级进行。可靠性预计一般流程包括：—明确系统工作模式、制造任务类型及性能指标；—对系统进行功能块和结构划分，建立可靠性框图；—收集制造环境信息及应力信息；—选择合适的寿命分布模型和失效率数据源；—建立可靠性数学模型，计算系统和关键单元的可靠度或MTBF；—编写预计报告，并为可靠性分配、设计优化和试验方案提供依据。A.1.6可靠性设计评审可靠性设计评审的目的是对不同设计阶段的可靠性方案和措施进行系统性审核，确认其合理性及充分性。评审一般在总体方案评审、详细设计评审和样机评审等阶段进行，也可根据项目复杂程度增加中间评评审内容通常包括：a)可靠性目标与分配是否合理、可达且与项目需求一致；b)可靠性模型和分析方法是否适当，假设条件是否有依据；c)元器件和模块选型、降额和冗余设计是否满足可靠性与安全性要求；d)机械结构、电路设计、软件架构是否充分考虑环境应力与失效模式；e)可靠性试验方案、筛选策略及现场监测方案是否完善。评审结论应形成书面报告，提出整改措施与跟踪项，并作为进入下一阶段设计或试制的前置条件。A.1.7可靠性试验T/CAMETAxxxxxx—2025在可靠性设计评审通过后，应按照试验计划进行样机阶段的性能试验与可靠性试验。可靠性试验可包括环境试验、寿命试验、筛选试验、现场使用试验和鉴定试验等类型。对传感器与控制器系统，宜开展但不限于以下试验：a)环境适应性试验：高低温、湿热、振动、冲击、电磁兼容等；b)寿命与耐久性试验：在加速应力或代表性工况下的持续运行试验；c)可靠性筛选试验：通过温度循环、振动筛选等剔除早期失效；d)现场使用试验：在典型应用场景中长期运行，收集故障与维护数据；e)验证试验与鉴定试验：按相关可靠性试验方法和统计要求，对是否达到规定指标进行验证。试验所得数据应进行统计分析，验证失效率假设、估计可靠性特征量，并用于修正可靠性模型和设计参数。A.2可靠性设计要求A.2.1总体设计A.2.1.1具身智造机器人传感器与控制器系统的设计指标和性能要求应从实际应用需求出发，明确测量范围、控制精度、响应时间、工作环境条件、工作模式、任务周期及维护策略等，同时应明确其目标应用的制造环境类别。A.2.1.2在总体方案阶段应优先确定预期可靠性目标，并在体系架构、冗余策略、模块划分和布置方案中予以体现，方案的确定需考虑目标制造环境的严酷度。A.2.1.3宜采用模块化、系列化与标准化设计原则，尽量复用成熟模块和接口规范，以降低设计复杂度和失效风险，同时便于维护与升级。A.2.1.4对安全相关系统应在总体设计阶段明确安全完整性等级、冗余结构和诊断覆盖率要求。A.2.2元器件选用系统的元器件的选用应符合下列要求，并应根据产品目标应用的制造环境类别（A.2.6）进行差异化选型与降额:a)传感器、控制器及其内部元器件的选用应优先采用可靠性数据充足、已在类似制造环境中应用验证的成熟产品，避免在高风险场景中直接采用未经验证的新技术或新器件；b)应根据器件类别、工作应力、环境条件和可靠性等级要求，合理选择器件规格与等级，并进行电压、电流、功率、温度等方面的降额设计，降额等级应满足A.2.6对相应环境类别的要求；c)对关键传感器和关键控制器应要求提供可靠性指标、失效模式分析报告或现场应用数据；d)应严格控制器件来源，建立器件选型、鉴定、进料检验和替代控制机制，防止因批次差异、仿冒件或质量不一致导致可靠性下降；e)在存在油雾、冷却液、金属粉尘的制造环境中，传感器外壳与接插件应具备相应的防护等级.A.2.3机械零部件的设计要求系统的机械零部件的设计应符合下列要求，其防护、安装与加固措施应满足A.2.6中对目标环境类别的规定:a)传感器安装结构和控制器机箱应满足抗振动、抗冲击、防尘、防水、防腐蚀和防电磁干扰等要求，根据使用环境确定外壳防护等级，其防护等级不应低于A.2.6的相应要求；b)连接件、支架、减振结构及线缆布线应考虑长期疲劳、应力集中和安装维护的便利性，避免因机械松动、线缆折断或接触不良引发故障；c)对具身智造机器人中随动部位上的传感器，应重点考虑运动范围、柔顺连接和线缆拖链设计，避免机械干涉和拉扯应力累积；d)进行必要的强度、刚度和热设计校核，确保在最不利工况下机械零部件具有足够的安全裕量和寿命。A.2.4电路稳定性T/CAMETAxxxxxx—2025系统的电路稳定性设计符合下列要求，其防护与耐受性设计应适应目标制造环境的特性:a)传感器与控制器电路应保证在规定的供电波动、电网干扰、电磁环境和负载变化条件下稳定工作，采取必要的滤波、稳压、防浪涌、防反接和过流保护措施；b)对模拟信号链路应采取抗噪声措施，对数字通信总线应满足信号完整性、电磁兼容和总线冗余要c)对控制器内部应设置看门狗、异常复位与故障自检机制，确保在软件故障或外部干扰导致系统异常时能够快速恢复或进入安全状态；d)对安全相关控制通道应采取硬件冗余、互监测和故障安全设计，确保在单点故障或部分失效情况下仍能实现安全停机或降级运行；e)在焊接、高频加工等强电磁干扰场景中，控制器应具备良好的EMC性能，并通过相关工业标准测试。A.2.5结构工艺的可靠性设计系统的结构与工艺设计应符合下列要求，其密封、涂覆、装配工艺应满足A.2.6中对相应环境类别的密封与化学防护要求:a)结构与工艺设计应有利于提高装配一致性和现场可靠性，包括：合理的PCB布局、清晰的接插件编号与锁紧结构、良好的散热设计和防护涂覆等；b)应制定并执行可靠的装配工艺和焊接工艺规范，控制焊点质量、清洁度及应力释放，对易受制造环境影响的部位可采用灌封或防护涂层；c)线缆与接插件应采用适合制造环境的材料和形式，设计应避免尖锐折弯、过度拉伸和摩擦损伤；d)对批量生产的传感器与控制器系统，应建立过程质量控制和可靠性筛选方案，对关键工序进行过程能力评价。A.2.6基于制造环境的差异化设计要求A.2.6.1清洁/受控环境（1类）元器件选型：可使用商业级或工业级元器件，降额等级按标准GJB/Z35的Ⅰ级或Ⅱ级。密封要求：接插件需具备基本防尘能力，PCB建议涂覆三防漆。散热设计：自然对流散热为主，环境温度按30℃设计。抗振设计：采用标准安装方式，无需特殊减震措施。A.2.6.2一般工业环境（2类）元器件选型：必须使用工业级以上元器件，降额等级不低于GJB/Z35的Ⅱ级。密封要求：外壳防护等级不低于IP54，接插件需带密封圈，关键电路建议灌封。化学防护：PCB涂覆需能抵抗轻度油雾和冷却液溅射。抗振设计：安装支架需考虑减震，线缆需防振动疲劳设计。A.2.6.3严酷工业环境（3类）元器件选型：使用宽温级（-40℃~85℃)元器件，降额等级按GJB/Z35的Ⅲ级。密封要求：外壳防护等级不低于IP65，全密封设计，呼吸阀需带过滤功能。化学防护：外壳材料需耐腐蚀，接插件镀金处理。抗振设计：专用减震安装，PCB加固，连接器需有锁紧机构。A.2.7维修性、安全性设计a)传感器与控制器系统应采用模块化设计，便于在线诊断、快速定位故障和更换模块。应预留充足的安装空间、检修口和接口标识，降低维护时间和误操作风险；b)应在设计阶段考虑远程诊断与日志记录功能，记录关键运行状态、故障代码和异常事件，支持基于数据的可靠性分析和预测性维护；T/CAMETAxxxxxx—2025c)安全性设计应覆盖：电气安全、防误操作设计、人机协作安全、紧急停机和安全恢复策略等，确保在可预见误用和故障条件下将风险降低到可接受水平；d)对安全相关功能应依据相应的安全标准进行设计与验证，并将相关结果纳入可靠性文件体系，以支持后续的认可与审核。T/CAMETAxxxxxx—2025单击或点击此处输入文字。《具身智造机器人传感器与控制器性能可靠性技术要求》编制说明T/CAMETAxxxxxx—2025在航空航天、海洋船舰、轨道交通等典型制造场景中的感器与控制器作为实现环境感知、实时决策与运动控制身智造机器人传感器与控制器的性能可靠性尚缺