GB_T 39266-2020 工业机器人机械环境可靠性要求和测试方法

GB/T 39266-2020 《工业机器人机械环境可靠性要求和测试方法》的主要内容综述（可靠性&机械环境要求 +测试方法 +试验规程 +统计原则等）。

GB/T 39266-2020 概要

标准名称：工业机器人机械环境可靠性要求和测试方法
英文名称：Mechanical environment reliability requirements and test methods for industrial robots 
发布日期 / 实施日期：2020-11-19 / 2021-06-01 
适用范围：适用于工业机器人及其零部件。规定机械环境可靠性要求、机械环境试验、可靠性试验及结果报告。
引用标准：如 GB/T 2423.5（冲击）、GB/T 2423.10（正弦振动）、GB/T 2423.43（试样安装）、GB/T 4857.23（运输随机振动）、JB/T 10825（工业机器人验收规范）、ISO 13355:2016（包装振动）等。 

主要内容与要求

1. 机械环境要求 (机械环境可靠性要求)

• 要求工业机器人在其使用环境下，能抵御机械应力（例如振动、冲击、倾斜、运输等）。 

• 对机器人“本体”和“控制系统”可能分别进行机械环境试验。

• 在测试中，对试样进行外观检查、功能性能检测。

2. 机械环境试验 (Mechanical Environment Tests)

标准列出了多种机械环境试验类型，包括但不限于：

1. 振动试验

• 包括 定频耐久试验 和 扫频耐久试验。

• 在振动试验中，被测试机器人应以通电待机、空载状态运行（根据标准具体条款）。

• 初始响应检查（试验前）和最后响应检查（试验后）要记录共振频率的变化。

• 对正弦振动和随机振动的控制容差有明确要求：例如对正弦振动，保持在规定振幅的 ±10%；对随机振动，功率谱密度偏差最大 +3 dB，最小 –1.5 dB。

2. 冲击试验

• 分为非重复性冲击 (single shock) 和重复性冲击 (repetitive shock) 试验。 

• 对于非重复性冲击，每个轴（3 个相互垂直轴）连续施加 3 次冲击 (共 18 次)，若无特别说明。

• 对重复性冲击，每个方向 (三轴) 有设定次数 (如标准里提到 100 ±5 次或 500 ±10 次) 等。

• 冲击波形通常是 半正弦波，标准给出峰值加速度和持续时间。 

• 冲击后需有恢复时间，然后进行外观 + 功能检测。 

3. 倾斜 / 摇摆 (倾斜和摆动) 试验

• 特别是对安装在船舶上的机器人，要进行倾斜 (倾斜试验) 和摇摆 (摇摆试验)。 

• 倾斜（纵向 / 横向）和摇摆 (纵/横) 的试验顺序和条件有规定 (例如先倾斜后摇摆，先纵向再横向等) 。 

• 试验后，同样要恢复状态并检查外观和功能。

4. 运输 (随机振动) 试验

• 使用 GB/T 4857.23 中的方法来执行随机振动试验。

• 试验条件应建议基于实际运输环境的数据；若没有实际数据，则优先使用 ISO 13355:2016 中规定频谱。

• 对于运输模式，有不同等级 (如长距离、短距离) 对应不同试验时间。标准中给出了三个等级，比如：等级 1（非常远距离运输 > 2500km）= 180 min；等级 2 (中等距离) = 90 min；等级 3 (短距离) = 15 min。 

• 安装方式也有要求：如果包装件可以多种方式固定，应选择最严酷方式；如果不固定且有活动空间，试样周围需防止坠落。

• 运输后需对机器人恢复并进行检查 (外观 + 功能) 。 

3. 可靠性试验 (Reliability Tests)

标准还规定了可靠性试验 (Reliability test)：

1. 可靠性摸底试验 (Preliminary / Screening Reliability Test)

• 目的是暴露潜在故障并指导改进。

• 抽样原则：若无特别规定，从同批次中随机抽取 1 台进行摸底试验。 

• 出现故障时，要中止试验、分析故障、进行修缮，再继续试验以验证改进措施 (建议做 30～50 小时) 。

• 试验结束条件 (终止标准) 在标准中有规定 (有“试验终止”条款) 。 

2. 可靠性验证试验 (Reliability Verification Test)

• 验证指标：MTBF (平均无故障时间) 的下限值 (单侧置信下限)。 

• 如果制造商没有给出可靠性目标，下限推荐从 10,000 h 开始，每 5,000 h 增加 (例如 10 000h, 15 000h, 20 000h, …) 进行选取。

• 统计方案：推荐使用 定时截尾 (time-truncated) 试验方案。假设故障时间服从指数分布 (恒定失效率)。

• 试验时间的计算：由标准中的表格 (表 6) 给出倍数 m，通过公式 T = m × MTBF 下限值 来计算总试验台时 (累计所有机器人)；然后按单台时间 t = T / n (n 是试验台数) 。

• 故障判定标准 (fault criteria)：任何下列情况都可视为故障：
  a) 无法工作或部分功能丧失；
  b) 性能参数超出规范允许范围；
  c) 机械结构松动 / 断裂 /破损等。 

• 故障处理原则包括：记录、报告 (参照标准附录 B)、修理 (更换故障零件)、失效分析 (找出失效机理)、确认修理有效后可继续试验。

• 统计相关试验时间时，要扣除“无效时间”(例如故障处理期间)；累积相关运行时间作为总试验时间。

• 试验结束后，要进行 MTBF 的点估计和下限置信估计 (基于统计公式)。 

4. 试验条件 (Test Conditions)

• 实验室试验条件：可靠性试验建议在综合环境应力下进行（振动 + 温度 + 湿度 +电压等复合应力）。

• 试验控制容差 (应力变化允许范围)：如前所述，振动、温度 (±2℃)、湿度 (±5%) 等。

• 现场运行试验 (现场可靠性)：应尽量模拟实际工作工况，并覆盖制造商预期销售区域和季节性气候差异。若制造商允许，可不控制温湿度，让样机暴露在较苛刻现场环境中。

5. 试验报告 (Results Report)

标准要求试验完成后提交试验报告，内容包括（但不限于）：

• 试样描述 (型号、批次、状态等)

• 试验项目 (哪些试验做了)

• 每项试验参数 (如振动频率、加速度、时间、次数等)

• 试验结果 (如故障情况、响应变化、共振频率变化等)

• 故障分析 (若有故障)

• 统计和 MTBF 评估 (如果做可靠性验证试验) 

实际应用 & 注意事项

• 在实际进行可靠性试验 (尤其是振动 / 冲击 /运输)，要严格按照标准里的配置 (安装方式、状态、带电或不带电) 执行，否则试验结果可能不具代表性。

• 可靠性试验 (MTBF) 很耗时间和资源。制造商如果选择标准推荐的做法 (10,000 h 以上 + 定时截尾试验)，要提前规划试验台数、试验周期、故障监控与维修策略。

• 报告和记录非常关键。标准中对故障报告 (附录 B) 有要求，要建立清晰机制：谁记录、何时记录、记录哪些内容。

• 对于运输振动试验 (随机振动)，若没有真实运输数据，要谨慎选择频谱 (标准首选真实数据，其次才是 ISO 13355 的频谱)。模拟要尽量接近真实运输环境。