[摘 要]電氣自動(dòng)化控制設(shè)備在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中至關(guān)重要，其可靠性直接影響著生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和人員安全。然而，由于電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)日益復(fù)雜化、高度集成化，設(shè)備可靠性問(wèn)題日益突出，已成為制約工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展的瓶頸之一。文章分析了電氣自動(dòng)化控制設(shè)備可靠性的現(xiàn)狀，針對(duì)存在的可靠性設(shè)計(jì)缺陷、制造工藝質(zhì)量參差不齊、運(yùn)維管理不到位等問(wèn)題，從可靠性設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)維等環(huán)節(jié)提出相應(yīng)的改進(jìn)措施，包括加強(qiáng)可靠性設(shè)計(jì)、嚴(yán)格控制制造過(guò)程、優(yōu)化運(yùn)維管理流程等，以期全面提升電氣自動(dòng)化控制設(shè)備的可靠性水平，為工業(yè)自動(dòng)化的健康發(fā)展提供有力支撐。

[關(guān)鍵詞]電氣自動(dòng)化；控制設(shè)備；可靠性；現(xiàn)狀；措施

[中圖分類號(hào)]TM76 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2024）12–0097–03

Reliability Status and Corresponding Measures of Electrical Automation Control Equipment

YU Yong，CHEN Binyuan，WU Weiqin，LIANG Zhaozhang，TAO Wangdong

[Abstract]Electrical automation control equipment is very important in modern industrial production， and its reliability directly affects production efficiency， product quality and personnel safety. However， due to the increasingly complex and highly integrated electrical automation control system， equipment reliability problems are becoming increasingly prominent， which has become one of the bottlenecks restricting the development of industrial automation. This paper analyzes the current status of the reliability of electrical automation control equipment. In view of the existing problems such as reliability design defects， uneven manufacturing process quality and inadequate operation and maintenance management， it proposes corresponding improvement measures from the aspects of reliability design， manufacturing and operation and maintenance， including strengthening reliability design， strictly controlling manufacturing process and optimizing operation and maintenance management process. In order to comprehensively improve the reliability level of electrical automation control equipment， to provide strong support for the healthy development of industrial automation.

[Keywords]electrical automation； control equipment； reliability； present situation； measures

1 電氣自動(dòng)化控制設(shè)備可靠性現(xiàn)狀

1.1 電氣自動(dòng)化控制設(shè)備的應(yīng)用現(xiàn)狀

現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，電氣自動(dòng)化控制設(shè)備已成為不可或缺的重要組成部分。隨著工業(yè)自動(dòng)化水平的不斷提高，電氣自動(dòng)化控制設(shè)備的應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)大，涵蓋了石油化工、冶金、電力、輕工、建材等各行業(yè)[1]。在這些行業(yè)中，電氣自動(dòng)化控制設(shè)備承擔(dān)著生產(chǎn)過(guò)程控制、數(shù)據(jù)采集、安全監(jiān)測(cè)等關(guān)鍵任務(wù)。一些關(guān)鍵設(shè)備如PLC（可編程邏輯控制器）、DCS（分布式控制系統(tǒng)）、SCADA（數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)）等得到了廣泛應(yīng)用。這些設(shè)備通過(guò)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控和精確控制，大幅提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，降低了能源消耗和人工成本。此外，隨著工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新興技術(shù)的快速發(fā)展，電氣自動(dòng)化控制設(shè)備正向著智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向不斷發(fā)展。一些具有自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)能力的智能控制設(shè)備已開始在工業(yè)生產(chǎn)中得到應(yīng)用，進(jìn)一步提升了生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化水平和靈活性?？梢灶A(yù)見，未來(lái)電氣自動(dòng)化控制設(shè)備將在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用，并成為推動(dòng)工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)和高質(zhì)量發(fā)展的重要力量。

1.2 電氣自動(dòng)化控制設(shè)備的可靠性現(xiàn)狀

盡管電氣自動(dòng)化控制設(shè)備在各行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，但其可靠性問(wèn)題卻日益凸顯，成為制約工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展的瓶頸之一。據(jù)相關(guān)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，電氣自動(dòng)化控制設(shè)備的平均無(wú)故障工作時(shí)間（MTBF）僅為1萬(wàn)～2萬(wàn) h，遠(yuǎn)低于工業(yè)生產(chǎn)對(duì)設(shè)備可靠性的要求。這意味著，在連續(xù)工作1～2 a后，設(shè)備就有較大概率出現(xiàn)故障，需要停機(jī)維修或更換，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率和設(shè)備利用率。同時(shí)，電氣自動(dòng)化控制設(shè)備的故障率也較高，平均故障率在20%～30%，個(gè)別設(shè)備甚至高達(dá)50%以上。這表明，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，電氣自動(dòng)化控制設(shè)備發(fā)生故障的頻率較高，給生產(chǎn)運(yùn)行帶來(lái)了較大的不穩(wěn)定性和不確定性。此外，由于電氣自動(dòng)化控制設(shè)備通常集成了多種功能模塊和大量電子元器件，其故障診斷和維修較為復(fù)雜，需要專業(yè)的技術(shù)人員和較長(zhǎng)的維修時(shí)間，進(jìn)一步加劇了設(shè)備可靠性問(wèn)題帶來(lái)的負(fù)面影響。造成電氣自動(dòng)化控制設(shè)備可靠性低下的原因是多方面的，既有設(shè)備本身設(shè)計(jì)和制造工藝的缺陷，也有使用環(huán)境惡劣、維護(hù)保養(yǎng)不當(dāng)?shù)韧獠恳蛩氐挠绊?。因此，提高電氣自?dòng)化控制設(shè)備的可靠性需要從設(shè)備設(shè)計(jì)、制造、應(yīng)用、維護(hù)等各環(huán)節(jié)入手，采取綜合性的解決措施，以從根本上解決這一問(wèn)題，為工業(yè)自動(dòng)化的持續(xù)發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)的設(shè)備基礎(chǔ)。

1.3 電氣自動(dòng)化控制設(shè)備可靠性問(wèn)題的危害

（1）設(shè)備故障會(huì)直接導(dǎo)致生產(chǎn)線停工，打亂生產(chǎn)計(jì)劃和進(jìn)度，延誤產(chǎn)品交付時(shí)間，給企業(yè)聲譽(yù)和客戶滿意度帶來(lái)負(fù)面影響。而且，設(shè)備故障通常還會(huì)帶來(lái)一系列連鎖反應(yīng)，影響上下游工序的正常運(yùn)行，加劇生產(chǎn)損失。同時(shí)，設(shè)備故障期間生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量也難以保證，可能出現(xiàn)大量不合格品，給企業(yè)帶來(lái)直接的經(jīng)濟(jì)損失。

（2）設(shè)備故障還可能威脅作業(yè)人員的生命安全。在一些高危行業(yè)，如石油化工、煤礦等，電氣自動(dòng)化控制設(shè)備承擔(dān)著安全保護(hù)功能，一旦出現(xiàn)故障，就可能導(dǎo)致嚴(yán)重的安全事故，給作業(yè)人員的生命安全帶來(lái)極大威脅。

（3）頻繁的設(shè)備故障還會(huì)給企業(yè)帶來(lái)高昂的維修和更換成本。電氣自動(dòng)化控制設(shè)備維修和更換費(fèi)用高昂，企業(yè)需要投入大量的人力、物力進(jìn)行維修和更換，這無(wú)疑會(huì)增加企業(yè)的運(yùn)營(yíng)成本，降低企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。而且，頻繁的故障和維修也會(huì)縮短設(shè)備的使用壽命，加速設(shè)備的老化，給企業(yè)帶來(lái)更大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。

2 電氣自動(dòng)化控制設(shè)備可靠性提升策略

2.1 加強(qiáng)設(shè)備設(shè)計(jì)和選型

在設(shè)備設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)人員要全面考慮設(shè)備的實(shí)際工作環(huán)境、負(fù)載條件、預(yù)期使用壽命等各種因素，從而選擇最為合適的電氣元器件和材料，優(yōu)化設(shè)備的結(jié)構(gòu)布局，最大限度地提高設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性。同時(shí)，設(shè)備設(shè)計(jì)階段還要進(jìn)行充分的設(shè)計(jì)驗(yàn)證和測(cè)試工作。這包括各種環(huán)境試驗(yàn)，如高低溫試驗(yàn)（–40～+85℃）、濕熱試驗(yàn)（溫度85℃，濕度85%）、振動(dòng)試驗(yàn)（頻率范圍10～500 Hz）等，以驗(yàn)證設(shè)備在各種惡劣環(huán)境下的工作性能；可靠性試驗(yàn)，如加速壽命試驗(yàn)（通常加速倍數(shù)為2～5倍）、失效模式分析等，以評(píng)估設(shè)備的可靠性水平和壽命；電磁兼容試驗(yàn)，以確保設(shè)備能夠在復(fù)雜的電磁環(huán)境中正常工作。通過(guò)這些全面的驗(yàn)證和測(cè)試工作，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決設(shè)計(jì)中的各種問(wèn)題，確保設(shè)備的各項(xiàng)性能指標(biāo)都能滿足實(shí)際應(yīng)用要求。一般情況下，設(shè)計(jì)驗(yàn)證和測(cè)試的投入成本占設(shè)備開發(fā)總成本的30%～40%。

在設(shè)備選型時(shí)，將可靠性作為重要的考量指標(biāo)。優(yōu)先選擇可靠性高、質(zhì)量好的產(chǎn)品，盡量避免使用劣質(zhì)或過(guò)期的元器件。因?yàn)榱淤|(zhì)或過(guò)期元器件不僅可靠性差（可靠性通常低于80%），而且還可能帶來(lái)安全隱患。通過(guò)建立嚴(yán)格的供應(yīng)商評(píng)估和管理機(jī)制，確保元器件和材料的可靠和穩(wěn)定供應(yīng)。同時(shí)，還要加強(qiáng)對(duì)元器件的篩選和老化測(cè)試（通常采用高溫85℃，持續(xù)時(shí)間48 h以上），淘汰質(zhì)量不過(guò)關(guān)的產(chǎn)品，確保用于設(shè)備生產(chǎn)的每一個(gè)元器件都合格可靠。

2.2 改進(jìn)制造工藝和質(zhì)量控制

電氣自動(dòng)化控制設(shè)備從設(shè)計(jì)圖紙到實(shí)際產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化過(guò)程中，制造工藝和質(zhì)量控制發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，直接影響到設(shè)備的可靠性水平。因此，要想提高電氣自動(dòng)化控制設(shè)備的可靠性，必須高度重視并切實(shí)加強(qiáng)制造工藝和質(zhì)量控制。

采用先進(jìn)的制造工藝和裝配技術(shù)。傳統(tǒng)的手工操作和半自動(dòng)化生產(chǎn)方式通常容易引入人為因素，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊。要積極引進(jìn)自動(dòng)化生產(chǎn)線、精密加工設(shè)備、機(jī)器人等先進(jìn)制造裝備，減少人工干預(yù)，提高生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化和智能化水平。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化、精細(xì)化的自動(dòng)化生產(chǎn)，可顯著提高產(chǎn)品的制造精度和一致性，從而為提高設(shè)備可靠性奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

建立健全質(zhì)量控制體系。質(zhì)量控制貫穿于生產(chǎn)制造的全過(guò)程，從原材料采購(gòu)、零部件加工到整機(jī)組裝、出廠檢驗(yàn)，每一個(gè)環(huán)節(jié)都必須嚴(yán)格把關(guān)，嚴(yán)防質(zhì)量問(wèn)題的產(chǎn)生和流出。要制訂嚴(yán)格的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，對(duì)各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的原材料、半成品、成品的質(zhì)量進(jìn)行全面檢測(cè)和監(jiān)控，確保其符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。同時(shí)，建立可追溯的質(zhì)量記錄和報(bào)告制度，做到質(zhì)量問(wèn)題可追蹤、可診斷、可閉環(huán)改進(jìn)。

2.3 優(yōu)化設(shè)備使用環(huán)境

電氣自動(dòng)化控制設(shè)備在實(shí)際使用過(guò)程中，若所處環(huán)境惡劣，超出了設(shè)備原本的設(shè)計(jì)工況，那么設(shè)備的可靠性水平將會(huì)降低，進(jìn)而引發(fā)各種故障問(wèn)題。因此，應(yīng)避免設(shè)備在極端惡劣的環(huán)境中運(yùn)行，如高溫、高濕、多塵、強(qiáng)腐蝕、強(qiáng)電磁干擾等。這些環(huán)境因素通常是導(dǎo)致設(shè)備可靠性下降、故障率上升的主要原因。例如，通常半導(dǎo)體器件的溫度不能過(guò)高，如鍺管不超過(guò)70～100℃；硅管不超過(guò)150～200℃。常用元器件允許溫度見表1。

此外，高濕可能引起電路板的腐蝕和短路，灰塵可能堵塞接插件和散熱通道，強(qiáng)腐蝕性氣體可能侵蝕金屬器件，強(qiáng)電磁干擾可能引起設(shè)備的誤動(dòng)作甚至燒毀。若設(shè)備必須在惡劣環(huán)境下使用，則需采取必要的防護(hù)措施。

2.4 加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)和診斷

明確各類設(shè)備的維護(hù)周期和內(nèi)容，合理制訂設(shè)備維護(hù)計(jì)劃，落實(shí)維護(hù)責(zé)任人。對(duì)關(guān)鍵設(shè)備和薄弱環(huán)節(jié)重點(diǎn)關(guān)注，制訂針對(duì)性的維護(hù)措施。同時(shí)要建立健全的設(shè)備維護(hù)檔案，詳細(xì)記錄每次維護(hù)的時(shí)間、內(nèi)容、結(jié)果和處置情況，為設(shè)備維護(hù)優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支持。同時(shí)，設(shè)備維護(hù)還應(yīng)形成長(zhǎng)效機(jī)制，與日常運(yùn)行管理緊密結(jié)合。在具體維護(hù)中，要堅(jiān)持以預(yù)防為主，診斷為輔，常檢常修，養(yǎng)重于修。按計(jì)劃定期開展預(yù)防性維護(hù)是可靠性維護(hù)的重點(diǎn)，可有效減少設(shè)備故障發(fā)生。預(yù)防性維護(hù)的內(nèi)容包括定期清潔、緊固、潤(rùn)滑、校準(zhǔn)、部件更換等，以保持設(shè)備良好的運(yùn)行狀態(tài)。此外，要加強(qiáng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷，利用先進(jìn)的診斷儀器和技術(shù)手段，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的早期故障征兆，預(yù)警性能退化趨勢(shì)，從而有針對(duì)性地采取預(yù)防和修復(fù)措施。

2.5 優(yōu)化備品備件管理

優(yōu)化備品備件管理是保障電氣自動(dòng)化控制設(shè)備可靠性的關(guān)鍵措施之一。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，需要從多個(gè)方面入手：①根據(jù)設(shè)備的故障率、維修周期、使用頻率等因素，科學(xué)合理地確定備品備件的種類和數(shù)量。這需要綜合考慮設(shè)備的重要性、故障對(duì)生產(chǎn)的影響程度等因素，既要避免備品備件不足導(dǎo)致設(shè)備停機(jī)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，影響生產(chǎn)效率，又要防止備品備件過(guò)剩，占用過(guò)多資金和儲(chǔ)存空間。②建立完善的備品備件管理制度，規(guī)范備品備件的采購(gòu)、入庫(kù)、儲(chǔ)存、調(diào)撥、出庫(kù)等各環(huán)節(jié)。這包括制訂合理的采購(gòu)計(jì)劃，選擇可靠的供應(yīng)商，嚴(yán)格的質(zhì)量檢驗(yàn)，合理的庫(kù)存控制，以及高效的調(diào)撥和配送機(jī)制等。通過(guò)規(guī)范化管理，確保備品備件的質(zhì)量和可用性，提高備品備件的管理效率，降低管理成本。③加強(qiáng)備品備件的定期盤點(diǎn)和更新。定期對(duì)備品備件進(jìn)行全面盤點(diǎn)，掌握備品備件的實(shí)際庫(kù)存情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理差異。對(duì)于長(zhǎng)期未使用或過(guò)期失效的備品備件，及時(shí)進(jìn)行更新或淘汰，避免占用庫(kù)存空間和資金。同時(shí)，要關(guān)注備品備件的使用情況和設(shè)備的故障情況，根據(jù)實(shí)際需求動(dòng)態(tài)調(diào)整備品備件的儲(chǔ)備，提高備品備件的周轉(zhuǎn)率和利用率。④注重備品備件管理的信息化和智能化。利用條碼、RFID等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)備品備件的自動(dòng)識(shí)別和追蹤，提高出入庫(kù)效率和準(zhǔn)確性。建立備品備件管理信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)備品備件信息的集中管理和共享，為備品備件的需求預(yù)測(cè)、采購(gòu)決策等提供數(shù)據(jù)支持。通過(guò)不斷優(yōu)化備品備件管理，提高備品備件的可靠性和可用性，為電氣自動(dòng)化控制設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行提供有力保障。

3 結(jié)束語(yǔ)

提高電氣自動(dòng)化控制設(shè)備可靠性是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要設(shè)計(jì)、制造、使用、管理等各環(huán)節(jié)入手。這需要深入理解可靠性理念，全員參與，并融入先進(jìn)技術(shù)、科學(xué)方法，以及組織體系、制度規(guī)范的有效保障，以不斷推動(dòng)電氣自動(dòng)化控制設(shè)備的可靠性水平提升。

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