TCIE 124-2021 工业机器人故障诊断与预测性维护 第4部分：健康状态评估

ICS25.040.30CCSJ28团体标准T/CIE124—2021工业机器人故障诊断与预测性维护第4部分：健康状态评估Faultdiagnosisandpredictivemaintenanceforindustrialrobot-Part4:Healthassessment2021-11-22发布2022-02-01实施中国电子学会发布T/CIE124—2021I目次前言...........................................................................II1范围................................................................................12规范性引用文件......................................................................13术语和定义..........................................................................14评估流程............................................................................15评估体系............................................................................2等级划分........................................................................2指标体系........................................................................26状态基线............................................................................3基线测试........................................................................3基线确定........................................................................3基线更新........................................................................47评估方法............................................................................4实时评估........................................................................4参数加权评估....................................................................4综合评估........................................................................58健康管理............................................................................5实时健康展示....................................................................5阶段健康评估....................................................................5定期健康自检....................................................................5健康趋势跟踪....................................................................6附录A（资料性）实时健康展示....................................................7附录B（资料性）健康基线测试和健康趋势跟踪......................................8参考文献........................................................................9T/CIE124—2021II前言T/CIEXXX《工业机器人故障诊断和预测性维护》分为以下5个部分：——第1部分：故障分类和编码——第2部分：在线监测——第3部分：故障诊断——第4部分：健康状态评估——第5部分：预测性维护本文件为T/CIEXXX《工业机器人故障诊断和预测性维护》的第4部分。本文件按照GB/T1.1—2020《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。本文件起草单位：工业和信息化部电子第五研究所、华中科技大学、广州智能装备研究院有限公司、天津大学、西安交通大学、上海交通大学、佛山智能装备技术研究院、佛山华数机器人有限公司、埃夫特智能装备股份有限公司、广州数控设备有限公司、中国科学院沈阳自动化研究所、新松机器人自动化股份有限公司。本文件主要起草人：丁小健、王远航、梁超、王春辉、王吉、吴军、周健、周星、王国锋、雷亚国、纪春阳、陶建峰、唐敬、陆树汉、莫文安、杨云帆、张建华、潘广泽、黄创绵、刘文威、杨剑锋、孟苓辉、李小兵、董成举、郭广廓、陈勃琛、赵常均、彭湘涛、张锋。T/CIE124—20211工业机器人故障诊断与预测性维护第4部分：健康状态评估1范围本文件规定了工业机器人健康状态评估的基本概念，规定了工业机器人健康状态评估的一般流程、评估体系、状态基线、评估方法和健康管理等。本文件适用于工业机器人整机和部件的健康状态评估。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/T12642-2013工业机器人性能规范及其试验方法3术语和定义GB/T20921-2007中确立的以及下列术语和定义适用于本文件。健康状态healthstate工业机器人的健康程度。等级划分gradation健康状态的分级表述。基线baseline一个或一组描述符，它提供工业机器人在各种过程下正常状态的基准。[GB/T20921-2007机器状态监测与诊断词汇定义10.1]健康评估healthassessment评估工业机器人健康状态的过程。指标体系Indexsystem表征健康状态的指标集合及架构。4评估流程工业机器人的健康评估流程如图1所示：（1）根据工业机器人应用场景与功能特点，定义并划分健康等级；（2）构建工业机器人的健康评估指标体系；（3）根据工业机器人应用场景及工况特点，开展不同工况的基线测试，确立工业机器人状态基线；T/CIE124—20212（4）根据在线监测获取的实测数据，利用状态基线，进行健康评估，并给出健康评估结果。健康评估在线监测健康等级划分健康状态评估体系建立基线测试状态基线确立参数模糊评估综合评估健康管理实时健康展示定期健康自检健康趋势跟踪基线更新图1工业机器人健康状态评估流程图5评估体系等级划分工业机器人的健康状态等级可划分为完好状态、退化状态和故障状态。其中，退化状态可再进一步细分不同等级的退化。表1健康等级划分说明等级健康等级健康分数工业机器人状态描述1完好[80,100]健康状态完好，各项指标均良好、稳定，工作质量优秀。2退化[30,80)性能状态有所退化，或逐渐不稳定，出现一定程度的工作偏差。3故障[0,30)无法完成规定工作，性能极不稳定，工作质量很差，甚至报警停机。指标体系工业机器人健康状态评估的指标体系应包括组成结构和健康参数两层。（1）组成结构层宜包括应用、整机、关节和其他。（2）健康参数层宜包括如下参数：——应用级健康参数：主要是工业机器人工作指标，比如工作精度偏差、不良品率等；——整机级健康参数：主要是工业机器人整机性能参数，如定位精度、重复定位精度；——关节级健康参数：主要是每个关节的振动特征和控制偏差，控制偏差是位置偏差、转矩偏差、速度偏差等，是相应控制量的指令值和实际反馈值的差值。各关节又存在伺服驱动器、伺服电机、减速器及其他零部件，其健康参数为温升、振动、电流等。——其他级健康参数：主要考虑环境的持续变化、误操作等导致的机器人故障的风险。主要包括电网电压、环境温度、湿度和负载冲击、碰撞检测等环境参数和事件参数。注1：结构层是影响和表征工业机器人健康状态的主要因素，结构层各个因素对应的健康参数与结构层共同构成了工业机器人健康评估指标体系。T/CIE124—20213注2：每个组成结构又可以具有多个下级结构，组成结构层可按《工业机器人故障诊断和预测性维护第1部分分类与编码》的结构进行构建，或者只选取影响机器人健康状态的关键部件进行构建。注3：根据工业机器人的组成结构和应用场景，相关参数指标可进一步裁剪和扩展，各级结构可扩展下级结构和健康参数，比如，无法得到某些位置的温度和振动则需要裁减，采用定期维修的部件，可扩展“剩余维修日期”指标等。工业机器人健康状态整机级应用级其他级驱动器伺服电机性能参数不良品率报警状态减速器电压振动温度噪声关节级工作偏差其他环境参数事件参数控制偏差振动组成结构健康参数电流图2工业机器人健康评估指标体系6状态基线基线测试状态基线是健康评估的基准，状态基线的设定应考虑工业机器人工况。——对于工况变化较少（如产线上较为固定的负载和节拍）的工业机器人，可以设置一组或多组特定工况的测试程序，在工业机器人正常状态下进行基线测试，采集运行测试过程的健康参数；在后续状态基线分析过程中，一组特定工况对应一个状态基线；——对于工况多变的工业机器人，在保证工业机器人正常的条件下，跟踪一段时间工业机器人实际工作，作为基线测试，采集该时间段内工业机器人的健康参数；在后续状态基线分析过程中，工况多变的工业机器人只考虑一种“平均”或“加权平均”工况下的状态基线。注：GB/T12642-2013工业机器人性能规范及其试验方法中指出每次测试工况状态都应保持不变。基线确定根据上述基线测试过程获得的各自工况对应健康参数，可采用如下方法进行每个参数的健康基线确定：——对于事件型参数，如报警状态、不良品、冲击事件参数，一旦发生即故障，健康基线为固定值；——对于实时型参数，如温度、振动、电流等都属于实时型数据，以测试数据的均值为健康基线，距离健康基线距离为标准差为退化基线；距离健康基线距离为3为故障基线。11niixn==.....................................................................式（1）()211=1niixxn=−−.............................................................式（2）健康基线：退化基线：a=故障基线：o=b3=T/CIE124—20214注：根据应用场景、参数特点和专家经验等，应对健康基线、退化基线、故障基线等进行适当调整。其中，还也可分单侧（只有上限或者只有下限）和双侧（上下限都有的情形）。单侧上限分别为+a和+b，单侧下限为a−和b−，如图3所示。参数指标健康基线完好区退化区退化区故障区故障区时间退化基线故障基线33