国产协作机器人MTBF认证是刚需?可靠性认证引发争议

当前业界普遍以MTBF (Mean Time Between Failure)来表征机器人的运转可靠性水平,似乎产品“好不好”的重要指标之一是MTBF时长,自2014年起,ABB机器人便在公开材料中提及可达MTBF50,000 小时;KUKA新型 KR QUANTEC机器人 MTBF 400,000个运行小时。

国产协作机器人MTBF认证是刚需?可靠性认证引发争议

此前工信部曾在《工业机器人行业规范条件》以及“十三五”规划中,明确提出了“可靠性、环境适应性和耐久性水平接近国外同类产品水平,平均无故障时间(MTBF)不低于50000小时的规范条件;到2020年,工业机器人平均无故障时间达到80000小时”的目标要求,但遗憾的是,我国工业机器人厂家没有一家公开宣称能达到这一目标要求。

2021年12月28日,工信部同国家发展改革委等共十五个部门,联合印发了《“十四五”机器人产业发展规划》(以下简称《规划》)。《规划》提出,到2025年,中国成为全球机器人技术创新策源地、高端制造集聚地和集成应用新高地。

业内人士分析,过去中国机器人行业要解决的问题是“产品的从无到有”,而现在《规划》明确提到目前是要解决的是“产品好不好”的问题

MTBF认证有多难?

平均无故障时间(MTBF)是衡量产品可靠性的重要指标,也是体现产品在规定时间内保持功能的一种能力。其度量方法为:在规定的条件下和规定的期间内,产品寿命单位总数与故障总次数之比。一般用来表征可修复产品。MTBF越长,代表着产品越稳定。

“MTBF其实并不是一个新的概念,主要规范的是为了达到一定的可靠性其设计阶段的技术方案及采取的部件的设计标准。”艾利特机器人研发副总裁蔡嵩林指出。

据了解,MTBF在上个世纪50年代已开始应用于军工设备等可靠性水平的测验,现该认证在军工、航天等行业已得到广泛认可。但在机器人领域,MTBF认证——“可靠性证书”主要依照《GB/T39590.1-2020机器人可靠性第1部分:通用导则》等内容进行实施,其内容规定了机器人可靠性的指标体系,预测和运行监测方法、失效和分析方法、产品加速试验方法等。

节卡机器人专家邵工介绍,可靠性本质上是一个泛化的概念,是多种因素综合后的一种具体表现形式。MTBF认证不单单是机器人产品正常工作多长时间才会出现一次故障的评判,更多是对于企业工艺水平、生产质量管理水平等因素的综合认定

具体来说,机器人企业要生产出可靠性高的产品,首先在研发设计阶段就需要先选择更为合理的总体结构,定义各个模块间的接口以及每个子模块也应带有可靠性冗余的设计等等都需要采取严标准严要求;在产品样机研发完成后,更需要考虑批量制造时的可生产性,对产线的工艺装备精确性提出更高要求。

例如,机器人在产品设计完成后,对生产来料、生产过程进行了更严苛的管控,同时下线测试采取更加严格的标准,实现更优秀的一致性,从而保证了产品出厂的MTBF达到较高值,即保证产品批量化后的可靠性。

产品可靠性的测试分析是一项系统性的工作,其基础理论复杂,涉及到材料、核心元器件、电子电路、环境等各个领域,实验设备投入成本高,机器人企业想要大幅提升产品MTBF需要投入大量资源。”华数机器人产品经理张建华说道。

那么,机器人企业要实现“MTBF 达到80000小时”到底有多难?

相信很多人认为“平均无故障时间达到80000小时”便是持续工作80000小时无故障,这种理解是错误的。根据《T/CEEIA558—2021 工业机器人可靠性测试与评定》,机器人测验是通过加速测验的方法将数万小时MTBF工程指标缩短至2~3月完成。

以“平均无故障时间(MTBF)不低于50000小时”的行业规范条件为例,根据计算公式,50000小时平均无故障时间,相当于5.8年,故障率为17%。表面上看,17%的概率似乎挺大,但实际上已经很严格。“四大家族”的机器人产品MTBF也就在7.5万小时到10万小时之间,也就是每年的故障率在8.7%到11.3%之间。因此,这对于机器人企业而言,要想再实现“MTBF达到8万小时”的难度更是不言而喻。

同时,工业机器人作为一个综合性的系统产品,由机械系统和电气系统组成,其MTBF值测试非常考验各硬件环路的可靠性和软件整体的鲁棒性,对于机器人减速器、电机和线缆等零部件选型、装配工艺以及相应软件都有较高要求。

国产机器人迎难而上

随着下游应用需求的增长,工业机器人在制造业的各个细分领域得到广泛应用,机器人产品的运行可靠性水平,逐渐受到机器人研制方与使用方的关注。

“近年来,国产机器人虽取得了一定的长足发展,但是在高端制造领域和对产线稳定性要求高的应用中,目前依然是国外机器人为主流,在没有应用案例的情况下如果国产机器人想要有进入相关领域的机会,就必须证明产品的质量和稳定性,这时能够证明产品故障率和可靠性的第三方认证成为了一种刚需,导致很多企业愿意为这个证书买单。”张建华指出。

据公开信息,自2021年以来,节卡机器人、新时达、广州数控、埃夫特、中科新松越疆科技、汇川技术等企业先后披露通过MTBF 20000小时测评,其中,节卡机器人已率先实现30000小时、50000万小时MTBF认证。

“节卡协作机器人在汽车整车和零部件工厂大批量应用后发现,可靠性是客户选择的最重要依据之一。”节卡机器人CTO许雄表示:“节卡机器人愿意去做第一个吃螃蟹的人,在借此打破企业对于外资品牌的盲目信赖的同时,也希望行业追求更高的可靠性,避免协作机器人这个全新门类陷入恶性竞争。”

沃德检测CEO刘明汉介绍,目前做MTBF认证的企业主要以协作机器人为主,传统的四六轴工业机器人数量很少,主要还是基于成本因素的考量。在机器人领域,MTBF认证主要集中在20000-30000小时,仅有小部分企业通过50000小时的测评。

埃夫特副总经理曾辉透露,目前埃夫特也正在积极准备50000小时的MTBF值认证。埃夫特在整机的可靠性提升方面积累了很多经验和改善目标,通过FMEA、故障树等质量工具的应用,以及在概念设计阶段采用多种可靠性预计方法来提升新产品开发过程中的可靠性设计。据了解,2021年10月29日,埃夫特ER15-1400型工业机器人顺利通过MTBF 20000小时测评。

除埃夫特外,目前华数机器人、艾利特机器人、卡诺普大族机器人、配天机器人、伯朗特、六环传动、本末科技等10多家机器人企业的产品已先后与上海机器人产业技术研究院等第三方检测机构进行了标准验证合作。

MTBF认证是刚需?

随着越来越多的国产机器人企业加入MTBF认证行列,机器人行业释放出了一个积极的信号,即国产机器人企业愈加重视其产品工艺、寿命、质量等多方面的指标,这对于建立国产品牌信任度和市场开拓有着重要的意义。

但同时,行业内对于“MTBF认证”看法褒贬不一。首先,从文件发布时间来看,目前国内对于工业机器人MTBF认证尚处于行业早期阶段

据了解,目前包括上海机器人产业技术研究院在内的第三方测评机构的《T/CEEIA 558—2021工业机器人可靠性测试与评定》方案,是通过对可靠性平台建设、国家标准制定、实施方案的研究,在按照GB/T 39590.1-2020《机器人可靠性 第1部分:通用导则》以及起草的《工业机器人可靠性评价指南》基础上,形成的MTBF测试与评定能力。

“严格来讲,GB/T39590.1-2020标准正式发布于2020年12月14日,但在2021年后半年开始有相关企业发布其20000小时或50000小时可靠性认证证书,如何在短短的半年多的时间里加速模拟机器人运行5年的使用场景,这个对实验过程的设计、加速模型、故障的定义和积累等都有很高的要求,需要经验积累和技术共识的达成。”张建华解释道。

其次,在测评指标上,蔡嵩林认为,目前的MTBF认证维度比较单一,单纯的测试存在较多的偶然性及以偏概全的风险。严谨的MTBF认证应该会深入到产品从研发设计,部件选择,品质管控,生产制程及检测等方方面面。

中科新松副总经理许小刚指出,MTBF可靠性的测评数据获取需要有多个样本积累,是一个统计学意义上的经验值。而实际使用MTBF的值,跟用户的使用工况、是否有常规维护保养,是否有人员误操作导致碰撞过等等情况都有关系。

总而言之,国产机器人企业需辩证的看待MTBF认证,无需过分沉迷于MTBF认证本身。MTBF标准虽对于提升产品质量、稳定性,和对提升客户信任度有一定帮助,但更重要的是通过MTBF的理念带动行业可靠性设计方面的发展。从目前来看,国产机器人要实现“MTBF 达到80000小时”的目标仍任重而道远,但机器人企业仍需注重于产品可靠性技术的长足积累,逐步构筑国产品牌技术护城河

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