可靠性设计论文

可靠性设计论文

计算机通信网络可靠性设计技术论文

在当今信息网络高速发展的时期，计算机通信网络技术的发展直接关乎着人们的生活和工作方式，也影响着我国经济的发展。目前，我国计算机通信网络系统的建设水平仍较低，尤其是计算机通信网络可靠性的设计，阻碍计算机通信网络技术的整体发展。这需要加大对计算机通信网络可靠性的研究，提高计算机通信网络的可靠性。本文基于可靠性理论从以下几个方面对计算机通信网络优化设计技术进行了深入探讨。

一、计算机通信网络可靠性理论。

计算机通信网络的可靠性是信息网络系统安全的基础，是反映计算机网络系统在一定时间及范围内能完成指定功能的概率和能力。计算机通信网络可靠性理论包括两方面，分别是计算机通信网络的可靠性和可靠度。可靠性是计算机通信网络保持连通并满足通信要求的能力，是计算机通信网络设计和运行的重要参数。可靠度是指计算机通信网络在一定条件下完成某种功能的概率，分为二终端可靠度、λ终端可靠度以及全终端可靠度三种类型。 计算机通信系统可靠性主要包括计算机网络安全对外来攻击的抵抗能力，计算机网络安全的生存性及计算机在各种环境下工作的有效性和稳定性。因此，在对计算机进行相关网络通信设备的维护时，要考虑各方面对其的影响，保证用户网络进行维护时能够提供有效的使用链条，确保计算机在安全的条件下运行。

二、影响计算机网络通信可靠性的因素。

1、网络安全管理对网络可靠性的影响。

计算机通信网络的设计不同于一般的网络产品和设备的设计方式，具有设计规模大、复杂性强的特点。因此，为了计算机网络的可靠性，需在设计中避免计算机发生故障、通讯信息丢失，尽可能保证网络数据的完整性，保证计算机网络足够的可靠性。在设计时，需要采取先进的计算机网络信息管理方式，分析网络运行的参数，使计算机通讯网络保持良好的状态，避免安全隐患的发生。

2、传输交换设备对网络可靠性的影响。

计算机通讯网络在建设过程中，应在方案制定时，认真考虑方案的各项细节，避免错误的发生，并且需考虑通信网络的容错能力和今后经济发展的需要。因此，在对线路进行安装时，应采取双线的形式，合理对线路布置，避免在计算机网络出现问题时，造成巨大的损失。对于网络集成器需将所有计算机用户的终端进行集中处理，通过对线进行拆分与集中，使计算机通讯设备和其他设备接入网络进行处理，这构成了计算机网络信息的第一道防线，但由于计算机网络集成器是单点失效设备，如发生一定的故障，则导致与其连接的用户无法到场。因此，网络集成器对于网络安全是十分重要的。

3、用户设备对网络可靠性的影响。

计算机用户在使用计算机时，用户在终端上的设置影响了所有面向用户的.程序设备，这充分体现了计算机通信设备整体的网络通信安全可靠性，保证计算机良好的使用状态，也保证了计算机在对终端后期维护的高效性。

4、网络拓扑结构对网络可靠性的影响。

在计算机网络规划和设计过程中，网络拓扑结构在计算机网络通信中起到非常关键的作用，网络拓扑结构在不同的环节和领域起到的功能和作用都不同，对于计算网络可靠性方面来说影响极为突出。在网络通信刚建立完成时，由于固有的有效性及容错性，限制了网络通信的发展，但网络拓扑的出现，使计算机网络通信的可靠性提供了理论依据及解决方式，具有十分重要的意义。

三、计算机网络通信可靠性设计原则。

1、制定合理的网络通信管理条例。

在保证设计上合理性的前提下，制定合适的网络通信管理条例，加强网络维护人员对网络的维修，提供良好的运行环境。维护人员还应保持一定的工作能力和职业素质，为网络通信系统提供技术支持。

2、设计符合国家相关的规定。

计算机网络通信在设计时，应严格遵循国家的相关规定和标准，采取开放式的设计结构，支持异构设备和系统的连接，并加强计算机的扩展功能，保证计算机的先进性、实用性和稳定性。

3、设计应确保互联能力。

计算机网络通信系统在保证互联能力后，将可以支持更多的网络通信协议，保证计算机在使用时，有足够的安全和稳定性，提升计算机的容错能力，并提高计算机主干网的网速，加强整个网络的反应速率。

机械设计方面毕业论文例文参考

随着社会的进步,工业的发展,我国机械制造业得到了巨大的发展。下文是我为大家整理的关于机械设计方面毕业论文例文参考的内容，欢迎大家阅读参考!

浅析大型机械驾驶室减振设计

摘要：本文概述了工程机械减振技术的发展概况，并以大型机械的驾驶室减振设计为背景，探讨了发动机悬置设计的基本原则，并对发动机减振的布置的力学特性进行分析，最后提出了以驾驶室模态试验为基础来检验现有类型的驾驶室的结构弱点检验和构件加强的方法。

关键词：机械 驾驶室 减振设计

1、概述

工程机械在水利工程、道路施工、矿山等场合得到大量的使用，其性能的可靠性直接影响到工程建设的正常开展。这类机械的设计时通常采用静态设计，设计理念上更多的是考虑机械的强度、耐久性等和机械的工作性质直接相关因素。但从实际使用情况来看，国产的大型工程机械普遍存在着施工过程中振动过大的问题，这将间接影响设备的抗疲劳特性和操作人员的舒适性和操作的稳定性。

由于工程机械的工作环境恶劣，车体结构的振动问题更加明显，直接影响到驾驶员的舒适性和驾驶的安全性。因此对于大型工程机械而言，控制车体振动尤其是驾驶室的振动，寻求有效的减震设计方法，对于提高驾驶员的舒适度和车体驾驶室构件的疲劳寿命都是有重要意义的。大型工程机械的振动控制问题是个非常复杂的问题，本文将这一问题缩小到驾驶室的减振设计上，主要通过发动机悬置位置的优化设计，以及基于模态分析和被动隔振理论来降低驾驶室的振动效应。

早期的汽车发动机减振方法是利用硫化橡胶，但硫化橡胶在耐油和耐高温方面表现不够理想。20世纪40年代设计出了液压悬置装置来降低发动机的振幅，并取得了较好的使用效果。但液压悬置减振装置在高频激励下会出现动态硬化的问题，已经逐渐不适应汽车发动机减振的要求。

上述几类减振方式都属于被动减振技术，在此基础上，随着发动机减振技术的进步，半主动减振技术开始应用到发动机减振中，这类减振技术的代表作是半主动控制式液压悬置装置，这类减振技术的应用最为广泛。尽管后来又出现了由被动减振器、激振器等所构成的主动减振技术，这一技术能够较好的实现降噪性能，但结构非常复杂，在恶劣工作环境下的工程车辆较少使用。

在工程车辆驾驶室的舒适度设计方面，主要所依据的是动态舒适性理论，用以评价驾驶人员在驾驶室振动的条件下对主观舒适程度。从驾驶员所承受的振动来源来看，主要是受发动机的周期性振动和来自于路面的随机激励。其传递机理较为复杂，跟发动机、驾驶室、座椅等的减振都有关系。因此为便于分析，本文中只针对驾驶室的减振问题展开研究。

2、大型工程机械驾驶室的减振设计

如前文所述，驾驶室的振源激励主要来自于路面和发动机及其传动机构。来自于路面的振源激励具有很大的随机性，要进行理论分析非常困难。加之在需要使用大型工程机械的场合机械的运动速度一般都较慢，随之产生的路面激振频率较低。因此相比之下，大型机械的发动机在运行时一直都处在高速运转状态，由此产生的激振频率很高，也更容易导致构件的疲劳损坏，实践证明发动机及其附件的疲劳损坏主要是由发动机周期激振力产生的交变应力引起的。从物理背景来看，工程机械的驾驶室所受到的振动激励主要来从车架传递到台架，驾驶室的振动行为属于被动响应。为了便于分析，将驾驶室的隔振系统进行简化，以单自由度弹簧阻尼系统来对驾驶室受到振动激励过程进行分析。

2.1发动机的悬置设计

发动机在工作过程中的振动原因主要是不平衡力和力矩，这类振动不仅会引起车架的的振动，也会形成较强烈的噪声，不仅会影响到构件的使用寿命也会影响驾驶员的舒适度。要缓解发动机振动所造成的负面影响，采用悬置的设计方式是比较有效的途径，其实现方式是在动力总成和车架之间加入弹性支承元件。悬置设计方式的理论基础是发动机解耦理论，通过解除发动机六个自由度解耦，改变发动机的支撑位置，从而实现发动机自由度间振动耦合的解除。

此外，需要配合使用解除耦合后的各自由度方向的刚度与相应的阻尼系数，但应注意在解耦之后振动最强的自由度方向的共振控制，可应用主动隔振理论来确定减震器的刚度和阻尼系数。采用合适的刚度和阻尼系数的目的在于控制发动机悬置系统的减振区域。

具体到悬置设计的细节方面，主要是确定发动机支撑的数目和相应的布置位置。在考虑发动机动力总成悬置系统的支撑数目时，考虑的因素包括承重量和激振力两大类。在设计时通常都会依据车辆类型的不同选择三点或者四点支撑方式。对于大型机械而言，在实践中一般都会采用四点支撑的方式，本文中作为算例的发动机属于某型重型挖掘机的发动机。因此采用经典的四点支撑。其支撑位置选择在飞轮端和风扇端，上述两个位置分别设置两个对称的支撑点，采用支撑对称的目的在于后期解耦方便。从布置的方式上看，主要有平置、汇聚和斜置三种典型布置方式，具体采用哪种方式取决于发动机周围附属配件的布局方式以及车架所能提供的空间有关。本文中不重点讨论减振支撑的布置方式，因此仍然采用平置式的减振布置方式。

2.2悬置系统的动力学分析

为减少研究成本，在支撑的材料上选用橡胶减振器。由前节所述，由于采用的是四个平置式的橡胶减震器，因此可以在进行力学分析时将其简化为三个互相垂直的弹簧阻尼系统，从而可以构建一个发动机主动隔振的力学模型。

2.3驾驶室模态试验

在上述基本力学分析的基础上，进一步采用驾驶室模态试验的方法来检验整个驾驶室的减振效果，其目的在于掌握驾驶室的动态特性和找出驾驶室结构上的薄弱部位，同时以试验为基础还可以调整驾驶室减震器的系数匹配，减小驾驶室的整体振动响应。在试验时以快速傅里叶变换为以及，测量激振力和振动响应之间的关系，从而得到二者之间的传递函数，而模态分析的目的是通过实现来实现传递函数的曲线拟合和确定结构的模态参数。本试验中采用LMS模态测试分析软件，驾驶室所受的激振用力锤激振器来模拟。

在试验时用力锤敲击驾驶室从而制造出1-200HZ脉冲信号。通过记录下在不同激振频率下驾驶室结构的反应来确定驾驶室各个构件的强度，以及应该避免的激振频率。在得到这些基础数据后可为后续的驾驶室减振设计的选择悬置系统的减振区域的临界值，使得驾驶室所有构件的固有频率都能够位于减振器的减振区域内，从而起到抑制驾驶室结构的振动响应。

参考文献

[1]司爱国.轮式装载机行驶稳定系统开发与研究[D].北京：北京科技大学硕士学位论文.

[2]王敏.轻卡动力总成悬置系统的隔振性能[D].合肥：合肥工业大学硕士学位论文.

浅谈机械的可靠性设计

【摘要】本文主要叙述机械可靠性设计的一些基本内容，在此基础上进一步的分析了机械可靠性的优化设计，以及重点的分析了机械可靠性设计的稳健设计，希望能够对我国的机械可靠性设计发展有所帮助。

【关键词】机械可靠性设计;发展沿革;优化设计;稳健设计

引言：20世纪40年代的时候出现了可靠性设计思想，这种思想主要是将安全度作为主题所研究的可靠性理论，这项技术出现后在理论学术界以及实际工程界都有了很大的关注度，相关的理论以及方式也是不断的出现。比如：M onte C arlo 模拟法 、矩方法和以矩方法为基础的可靠性理论、响应面法、支持向量机法 、最大熵方法、随机有限元法和非概率分析方法等这些理论设计到了静强设计、疲劳强度设计、有限寿命设计的各个方面，对于结构系统、机构系统、震动系统等有这可靠性的研究。

1.机械可靠性设计的概述

在产品质量中可靠性是其最为主要的指标以及最重要的技术指标，工程界对于这一点也是越来越重视。在产品的设计、研制、装配、调试等各个环节中可靠性都有着一定的关联性，所以说在概率统计理论的基础上要加大其的推广认识，这样对于原本传统的相关问题能够很好的解决点，同时将产品质量提升上去而且使得产品成本有所降低。经过多年的发展，可靠性技术的不断发展，使得机械可靠性以及设计方式出现了很好的种类，但是就具体的实质来说，大致的分为数学模型法以及物流原因方式两种。

数学模型法就是通过某种实验数据所得概率统计为基础，逐渐的划分为两点，第一点为时间范畴中所涉及的量是可靠性质的，也是就是说因为依据某种规律在时间变动下，疲劳寿命以及耗损失都是在一定的范围之内的;第二种为，将某种偶然因素所发生结果所表现的可靠性，主要是因为不定期所出现的偶然因素所波动的，都是通过概率可靠性对于随机事件计算的，也会发展为两个方面：第一种是对模型法或者相关扩展方式，这样的方式主要是对于产品实效原因产生与产品上应力大于产品本身的强度，所以说应力概率是低于可靠度强度的，第二种为随即过程中或者是随机场不超出规定水准的概率。

2.可靠性优化设计

2.1可靠性优化设计的基本理论

无论是什么样的机械产品，在最开始的方案构建到后期的生产制造实施，都是需要经过一个设计过程的，但是现在计算不断发展，新的知识、新的材料、新的手工艺、新的会计不断的出现，使得机械产品日益在完善，这就是所谓的知识成就了技术、技术成就了产品时间。使得研究的时间越来越短，但是结构确实越来越复杂，这样的情况下顾客对于产品功能、性能、质量、或者是相关服务都有着很大的要求。

这样的趋势下，对于设计整个过程要加大进度，设计周期要缩短。同时需要注意的是，对于设计是不是能够完善来说，产品的力学性能或者是使用价值、制造成本都是有着一定行的影响的，但是对于产品企业的工作质量或者是仅仅效果也是有着相对影响的，所以说，如何将设计质量提升上去，设计理论怎么发展下去，设计技术怎么做到更好，设计过程怎么才能加快嫉妒，都是现在机械设计中所研究的重要问题。

60年代的时候是机械优化设计发展最为迅速的时候，将数学规划以及计算机技术这两种结合在一起。所谓的数学规划理念在现在已经是不断的成熟起来，计算机技术也是高速的发展和广泛的使用中，在工程设计中为最普遍使用优化设计提供相关理论以及方式。

国家能源以及相关资源的是否被合理使用都受到了产品最佳、最可靠性的问题影响，通过使用最佳或者是最可靠性设计能够得到小体积、轻质量、节能材料的产品，同时这样产品有着一定的可靠性，机械产品所进行优化设计的主要目标就是根据一定的预期点或者是安全需要，通过一种最优化的形式将产品展示处理，在进行设计的同时需要将各种载荷随机性考虑到位，同时不能忽略的是结构参数的随机性，这两点对于产品都有着一定性能的影响。

所谓的可靠性优化设计是指质量、成本、可靠度这三方面的，将产品的总体可靠度进行一定的性能约束优化，将所出现的问题合理安全性的相结合，这样也是在结构布局或者是产品质量有保证情况，使得产品有了最大化的可靠度。

2.2近年来可靠性优化设计发展

最近的30年内，机械设计领域中，因为科技的融入使得现代化设计方式以及相关的科学方式不断的出现，在可靠性设计或者是优化设计方面一定有着很高的水准，但是就单方面来说，无论是可靠性设计或者是优化设计，都不能很好的将其所具备的巨大潜力展示出来。一点是因为可靠性设计和优化设计是不相同的，在机械产品经过可靠性设计之后，不能将其工作性能或者是参数达到最为优秀的一点，还有一点是因为优化设计所包含的不是可靠性设计，机械产品要是在不可靠性情况下所进行的优化设计，不能保证产品在一定的条件下或者是时间内，能够将所规定的功能很好的完成，有的时候也许会出现一定的事故，这样直接都有着经济损失。

除此之外，因为机械产品有着很多的设计参数，要是对于多个设计参数进行确定的时候，单纯的可靠性设计就不是这样有地位了，所以在进行可靠性优化设计研究的前提下，要将机械产品可靠性要求先保证，同时保证所运行的环境是最佳的工作性能以及参数，将可靠性或者是优化性设计很好的结合在一起，然后在发展研究设计，才能得出最为优秀的设计方式。

2.2关于可靠性的稳健设计

产品质量是企业赢得用户的关键因素 。任何一种产品，它的总体质量一般可分为用户质量if't-部质量)和技术质量(内部质量)。前者是指用户所能感受到、见到、触到或听到的体现产品优劣的一些质量特性 ;后者是指产品在优良的设计和制造质量下达到理想功能 的稳健性。稳健设计作为一种低成本和高质量的设计思想和方法，对产 品性能、质量和成本综合考虑，选择出最佳设计，不仅可以提高产品的质量，而且可以降低成本。在机械产 品设计中，正确地应用稳健设计的理论与方法可以使产品在制造和使用中，或是在规定的寿命期 问内当设计因素发生微小变化时都能保证产品质量的稳定 。

结束语：总而言之，对于机械的可靠性设计而言，设计人员应该根据实际，做出最优的设计，只有这样的设计才能将可靠性或者是优化设计巨大潜力发挥出来，将两点所具有的优势已近特长全部发挥出来，才能达到产品最佳以及最可靠点，这样的设计有着最为先进和最实用的设计特点，才能最好的达到预定的目标，和保证在设计中的机械产品的质量以及经济效益。

【参考文献】

[1]杨为民，盛～兴.系统可靠性数字仿真[M ].北京：北京航空航天大学出版社，1990.

[2]谢里阳，何雪法，李佳.机电系统可靠性与安全性设计[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2006.

[3]阎楚良，杨方飞.机械数字化设计新技术[M ].北京：机械工业 出版.2007.

[4]张义民，刘巧伶.多随机参数结构可靠性分析的随机有限元法[J] 东北工学院学报，2012，13(增刊)：97.99

[5] 金雅娟，张义民，张艳林，等.任意分布参数的涡轮盘裂纹扩展寿命可靠性分析[J].工程设计学报，2009，l6(3)：196-199 .

通信电源系统可靠性供电方案探讨 论文

　　通信电源的管理与维护

　　1 通信电源系统的组成

　　电源是通信系统的重要组成部分。一个完整的通信电源系统由5个部分组成：交流配电单元、整流模块、直流配电单元、蓄电池组、监控系统。

　　2 对通信电源系统的基本要求和特点

　　对通信电源系统的基本要求是可靠性和稳定性。一般通信设备发生故障的影响面比较小，是局部性的，但如果通信电源系统一旦发生故障，通信系统将全部中断，所以电源系统要应有备份设备，电源设备要有备品备件，市电要有双路或多路输入，交流和直流互为备用。我国对通信电源的要求是：防雷措施要求完善，设备允许的交流输入电压波动范围大，多重备用系统以防止电源系统发生电源完全中断故障。由于电网分布和利用市电的条件存在千差万别，许多地方的市电电压波动范围很大。特别是一些变电站、微波站、光通信站和模块站等，有时交流电电压波动范围达±30%以上。为提高市电的可用度，要求电源设备具有更宽的工作电压范围，否则就要增加稳压装置。

　　3 通信电源的管理

　　3．1 加强对电源设备的重视

　　电源设备与通信网中的其它设备（如交换、传输等）有较大的不同，本质上，电源设备是机电设备而非通信设备。正因为如此，在通信中，它得不到充分的重视，无论是在组织机构、人员、资金还是管理上，都得不到相应的保证。然而，必须看到，通信电源作为整个通信电信网中的能量保证，它的作用是整体和全局性的。虽然它不是通信网主流设备，但它却是通信网中最重要、最关键的设备。

　　3．2 加强电源管理上的专业化

　　对通信电源要求通信网上的各级管理层次和建设、维护方面应该有独立的电源专业管理机构和人员。因为通信电源是一个专业，而且是个包括多种系统和学科的大专业，因此，应该对它作相应的专业管理，由其它专业人员来兼管电源专业是不够的，也是不科学的。

　　3．3 重视通信电源系统初期的设计、安装

　　电源系统设计时应充分考虑容量大小、地理位置、空间布置、未来发展、设备质量、工作勘察与设计、运行方式选择、建设管理、运行维护管理等各个环节。其中对于设备选择、方案设计、工程管理等环节尤其要加强重视和管理。

　　3．4 电源设备购置与维护的具体措施

　　1）在购置通信电源过程中，除考虑性价比外，要考虑高可靠性、多种自动保护功能、宽电压、良好的均流均衡性能、在线运行模式，要考虑是否严格按照ISO-9000质量保证体系组织生产，另外系统故障率、防雷和电涌措施、交直流配电一体化等都应是分析考虑配置的重点。要选用可靠性高的设备，合理配置备份设备。

　　2）供电方式要大力推广分散供电，要有备品和备份，使用同一种直流电压的通信设备，采用两个以上的独立供电系统。这样就能够保证在其中一种电源设备发生故障时，另一种电源设备能够及时排除。

　　3）为了尽量缩短设备的平均故障修复时间，要经常分析运行参数，预测故障的发生，并及时排除。

　　4）设备宜采用模块化、热揷拔式，便于更换和维修。再一个就是平时应建立起对电源故障的应急措施，保证可靠供电。最后，要提高技术水平，大力推广集中维护体制。

　　实施集中监控管理是技术发展的必然趋势，是现代化通信网的需要，也是企业减员增效的措施之一。随着通信设备的日益集成化、小型化，各种电源设备也要智能化、标准化，符合开放式通信协议。集中监控必须逐步实施，在实施过程中，三遥（遥信、遥测、遥控）点的设备要合理，决不是越多赿好，否则其效果适得其反。

　　4 加强蓄电池维护

　　通信电源涵盖范围很广，它至少应包括交流高电压、自备柴油发电机、UPS整流装置、蓄电池组、防雷接地、动力环境监控等这几大系统。在这几类系统中，直流系统和USP是直接供给通信负荷的，因此最为重要。而在这些系统中，蓄电池作为不间断供电的保证，在整个电源系统中最为关键。蓄电池不但在交流系统或整流系器出现问题是保证不间断供电，而且还能在市电和自备柴油发电机正常转换时提供保证。所以蓄电池是整个通信电源系统维护的关键。

　　在通信电源系统的日常维护中，蓄电池的维护测试和诊治是十分烦琐而又必须十分细致的事。通信系统现在应用较为普遍的免维护密封式蓄电池，它的日常维护相对要简单得多。对电池维护时的事项如下：

　　蓄电池出厂时已经充分充电，在运输或保存过程中由于自放电会损失一部分容量，所以使用前应进行大充大放以补充电参；搬运蓄电池时要搬运电池底部，绝对不要在端子部用力；绝对不要打开排气阀；阀控式铅酸免维护蓄电池使用前不需检查液面和加水，不要将蓄电池安放在产生火花物体附近或密封场所；免维护铅酸蓄电池横、正放置均可，但在经常震动下应正立使用；相邻蓄电池接线可紧密一些，但多列并排使用时为较好散热，各列间应保持在10mm左右；连接好后应将各导电体盖上绝缘盖并拧紧；充电后若不立即使用，应尽量避免放置于高温环境，温度越高，自放电越大；长期保存后有时不经过几次循环充放电、容量不能充分恢复；放电时，周围温度应控制在-15～＋45℃范围内；充放电电压精度在±2%以内为最好；无论是使用或不使用的蓄电池，都应定期（3个月或6个月）进行充放电；清扫蓄电池时应使用湿布，干布或化纤布有可能使使蓄电池外壳裂开，造成漏液或腐蚀着火；检查维修时应穿戴橡胶手套和胶皮鞋等保护用品；如果蓄电池组容量下降到额定容量的60%以下时，可视为寿命终止；在USP等转换器上使用时，应安装电容器，以防止人转换器来的返还电流流入电池。

　　5 通信电源系统的防雷

　　通信电源的管理还包括对外来引入电流、电压的管理措施，碰触电力线和雷击就是最主要的强电流、电压的引入方式。

　　5．1 雷击产生的危害

　　雷击产生强大电流和高电压对人体和设备都将造成重大损害。直接雷或间接雷都将对通信设备产生巨大危害。防雷是一个系统工程，某种有效技术和器材的采用，只能降低雷击危害的概率、减少损害，必须对所有进出局的电缆电线屏蔽和防雷处理，采用完善的接地系统，按照规范要求严格接地、减少雷害。

　　5．2 防雷接地

　　为了防止雷电产生的过电压过电流损坏电源设备，在通信电源系统中，通信机站一般设有防雷接地装置，其接地阻值≤5Ω，在土壤电阻率低的地方，接地阻值应≤1Ω。在通信电源系统中，要求防雷接地线一定要与工作接地和保护接地线分开，而在电力通信电源系统中，要求防雷接地、工作接地、保护接地共用一组地线。

　　现在已开发了各种各样的雷电防护及接地技术，这些都是确保通信网络可靠性的重要技术，也是通信领域中重要的基础技术。现已普遍采用的联合接地系统和进出线防雷系统遍以及各种保安器，是目前行之有效的办法。搞好通信设备的防雷工作，同时还要采用理论和实用方面都比较成熟的避雷针、避雷带、避雷线、避雷网等设备，诱导雷电流通过接地线进入大地。事实证明，联合接地系统和进出线的防雷系统处理得好时能大大降低雷击损坏概率。

　　从接地的目的来看，特别是室外设备接地，防漏电和防雷显得特别重要。对它们的接地电阻要求，照技术规范的规定执行即可。为了保证接地电阻符合规范要求，施工后的接地及电阻的检查和测试工作就非常必要，定期或不定期的对接地电阻进行测试，检查接地装置系统，是一项应坚持的必要的制度。

　　6 结束语

　　综上所述，在通信网的构成中，电源是它的“血脉”，是确保通信畅通的必要条件。只有从主观上足够重视，并创造良好的客观运行环境，做到管理专业化、制度化，设备、技术先进化，操作、维护现代化，才能保证通信电源系统和通信管理系统的安全运行，确保通信的可靠畅通。

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数控机床可维修性设计及其
关键技术研究
摘　要]　故障作为随机事件是不可避免的,而可靠性设计从某种意义上讲又是靠大量的可靠性测量
分析与储备。为此人们在设计中,在对关键的零部件进行适当的可靠性储备的同时,应更多地注重于产
品的可维修性设计,可维修性设计虽然会使成本有所增加,但较之在产品开始产生之后,再对设计进行
修改而带来的经济损失和声誉损失,仍然是相当经济的。本文重点从设计措施入手研究提高数控设备
维修性的新途径,使数控产品的故障诊断和维修既方便又快捷,并在此基础分析冗余设计的维修性设计
技术。
[关键词]　数控机床;可维修性设计;设计准则;技术分析;冗余设计
　　设计质量对于产品而言至关重要,而以最少的成本获
得高质量的产品已经成为当今产品设计的主要追求。可维
修性设计就是其中一个非常重要的内容,可维修性设计就
是把维修性纳入产品设计过程,通过设计与验证实现维修
性要求,这不仅是提高产品质量水平的客观需要,也是用户
的迫切需求。因为一件产品的维修工作越简单,那么它对
顾客的吸引力也就越大。
随着数控技术的发展,设计人员在产品设计中引入了
大量的电子技术元件,这一方面改善了数控产品的性能,而
另一方面给产品的可靠性设计也带来了新问题。因为故障
作为随机事件是不可避免的,而可靠性设计从某种意义上
讲又是靠大量的可靠性测量分析与储备。为此人们在设计
中,在对关键的零部件进行适当的可靠性储备的同时,应更
多地注重于产品的可维修性设计,使产品的故障诊断和维
修既方便又快捷。
　　1　维修性方案
人们现在所关心的已不仅仅是产品的初始性能,而是
产品在整个生命周期中的性能变化。而产品的使用性能受
到其使用方法的影响。因此一方面,我们需要知道产品是
如何被使用的,这些信息可以从它的前代产品中得到。另
一方面,设计者在设计时可以采取一定措施来改变产品将
来被使用以及维修的方式。例如,设计者需要判断那种零
件更加耐磨,以及零件的替换方式等等,这些都将直接关系
到产品的拆卸性能、维修性能。因此我们需要做的不仅仅
是预测产品或部件的故障发生率,则是要求以最少的操作
和成本完成一件产品或一个系统的维修工作。现在,制造
商们已经意识在产品设计和制造过程中考虑产品的可维
修性。
现代设计的数控设备不仅要功能佳,而且也要使用、维
修方便,这样整台设备的综合效率才高。在产品论证、方案
设计时,设计者要有现代设计意识,采用并行工程的原理,
考虑到从产品概念到投入使用过程中的整个寿命周期中所
有的因素,包括设计、制造、安装、调试、使用、维修等阶段。
因此,设计者在产品设计建模时,就应当考虑到产品拆卸的
可能性及修理的结构工艺性,整台设备不能有不可到达的
死角,所有部件尽量采用快速解脱装置,以便拆装。
　　2　维修性设计与分析
2. 1　可达性设计
可达性就是在进行设备维修、更换时,能够方便地接近
维修部位和进行维修作业,是一种设计布局与装配特性。
可达性又分为:安装场所可达性;设备外部可达性;内部可
达性三类。良好的可达性,能减少维修牵连和差错,使维修
作业方便舒适。在进行可达性设计过程中,可以重点从以
下几个方面去把握:
(1)所有的零部件都应在不拆卸其他零部件的情况下
也能直接看到或碰到; (2)更换零部件时间:为了缩短更换
零部件的时间,从布局观点应考虑,把故障出现频数多的零
部件、更换时间长的零部件,放在可达性好的部位; (3)零
部件的尺寸与质量:对于大的、重的零部件等,在布局时应
考虑尽可能放置在开口部分近旁;并且在更换时不致损坏
其他零部件的部位; (4)诊断的难易:机器内零部件配置应
多考虑进行诊断的程序,即维修人员一边直接检查零部件,
一边判定故障位置。一般来说,零部件的配置方法可分为
下面四类:A标准配置:配置零部件时,要考虑其重量、热分
布、工作性能等方面,也要考虑其强度、耐久性和制造工艺
性,但对下述方法不作考虑; B零部件的分类配置:把同类
的结构单元、零部件(例如继电器)等安装在一起,这种方
法对定期的预防维修(定期检果、定期更换等)是方便的; C
电路的分类配置:这是电子设备中常用的一种方法,它是把
由多个零部件组成的结构单元(用途不同也可以)集中在
一处。这样,有利于实现元部件的标准化,并可简化测试程
序和缩短测试时间;D逻辑式配置:按照功能方框图的各方
框来进行配置。维修人员在理解了工作原理之后,就能很
容易地对照框图来寻求故障位置。(5)设整检查的难易:
最现想的零部件配置是,不用打开机器就能检查或设整机
器。即使机器内有调整处,也必须使其不停机就能进行调
整; (6)零部件周围的空间:在更换零部件时,如无适当的
空间,就会严重妨碍作业。(7)目视:在配置零部件时为了
能用目视,应考虑以下几点:A、拆下盖板时,要能以正常的
视角看到所有的零部件; B、取放零部件时,要能从开口部
分看到零部件; C、配置零部件时,要使零部件上的金属件、
螺丝等能看到清而不受其他零部件遮蔽,也不受工作人员
的手和工具的遮蔽; D、为了能识别,要在机体上和零部件
上作出标记; E、需要调整的零部件,既要看得见调整外,又
要在机体上或对应的显示器上显示其调整范围。
2. 2　模快化设计
在整体式结构中,失效的零部件或元器件是分立而离
散分布的,判明故障点比较困难,在维修中往往需大拆大
卸,并受工具、测试设备、操作空间等维修条件的限制,不仅
修复和更换速度慢,而且易影响维修后的质量,并且对维修
人员的技术和技能要求比较高。
模块是将一个单元体、组件、部件或零部件,设计成一
个可以单独处理的单元,使其便于供应和安装、使用、维修。
由于整机中的模块便于拆装、测试,所以模块化对维修有特
别重大的意义,它使维修工作产生了革命性的变化,或者
说,模块化带来了维修工作的革命。
(1)简化维修,缩短维修时间:从维修着眼,模块是以
从整机上整个地拆下来的设计部件,维修是以模块为单位
进行的。由于模块易于从整机中拆卸和组装,简化了维修
工作,缩短了维修时间。(2)易于测试诊断:模块间有明确
的功能分割,能单独调试,且常有故障指示,出现故障后易
于判断,并迅速找到有故障模块,缩短了故障诊断、定位时
间。(3)降低对维修人员水平的要求:由于维修方式和维
修条件和改善,可大大降低对维修人员的技术水平和技能
的要求,并易于保证维修质量。如有备用模块、甚至设备的
操作者就可及时进行快速更换。(4)减少预防性维修工作
量:由于模块易于与产品剥离,许多模块可以拆下来,拿回
到维修室进行维修,维修环境良好,维修工具齐全,可减少
或避免现场维修;有时由于机器已装上备用模块而正常运
转,对损坏的模块可从容不迫地进行维修,有助于保证修复
性维修的质量。(5)有助于实施改进性维修:由于模块是
“黑箱”型部件,有确定的功能和输入、输出接口,新技术模
块只要功能与接口能相兼容,就可方便地用于改造老产品。
(6)有助于售后服务(维修):现代企业都有一支数量不小
的售后服务队伍,以便让用户满意。模块化产品不仅易于
测试、诊断,并且由于模块通用性大、寿命长、生产批量大,
大多数备件都是新产品上还在使用的零部件,易于取得,甚
至可在市场上购得。(7)模块化设计对维修除有上述的技
术性好处外,还可大大简化维修管理。
2. 3　测试诊断设计
最基本的要求就是,测试诊断应准确、迅速、简捷。
(1)对测试点配置的要求:A、测试点的种类与数量应
适应各维修级别的需求,并考虑到测试技术不断发展的要
求。B、测试点的布局要便于检测,并尽可能集中或分区集
中,且可达性良好。其排列应有利于进行顺序的检测与诊
断。C、测试点的选配应尽量适应原位检测的需要。产品
内部及需修复的可更换单元还应配备适应数量供修理使用
的测试点。D、测试点和测试基准不应设置在易损坏的部
位。(2)对测试方式和设备的要求:A、应尽量采取原位(在
线,实时与非实时的)测试方式。重要部位应尽量采用性能
监测(视)和故障报警装置。对危险的征兆应能自动显示,
自动报警。B、对复杂的设备系统,应采用机内测试(BIT),
外部自动测试设备,测试软件,人工测试等,形成高的综合
诊断能力,保证能迅速,准确地判明故障部位。要注意被测
单元与测试设备的接口匹配。C、在机内测试、外部自动测
试与人工测试之间要进行费用、效能的综合权衡,使系统诊
断能力与费用达到最优化。D、测试设备应与主装备同时
进行选配或研制、试验、交付使用。研制时应优先选用现行
系统中适用的或通用的测试设备;必要时考虑测试技术的
发展,研制新的测试设备。E、测试设备要求体积和质量
小、在各种环境条件下可靠性高、操作方便、维修简单和通
用化、多功能化。(3)故障诊断的一般要求:对于一个系统
来说,故障诊断应该满足以下要求:A、对系统在各种方式
和状态下均能可靠地进行检测,并能指出系统在各种方式
下处于正常工作、发生故障、抑或性能退化的状态。B、能
检测显示95%的系统故障,并能把其中90%的故障定位到
更换单元。C、避免或尽量少使用外部测试仪器。D、故障
检测和定位电路的失效率,不超过系统总失效率的5%。
E、错误告警概率应小于1%。错误告警包括: a虚警:监控
电路指示有故障,而实际上并不存在功能性故障; b故障没
有被发现:发生了故障,但未显示出来; c故障识别错误:故
障部位或性质显示的错误。(4)测试性设计一般准则:测
试性是指产品(系统、子系统、设备或模块)能及时准确地
确定其状态(可工作、不可工作、性能下降)和隔离其内部
故障的一种设计特性。也就是须在产品设计时就考虑测试
要素,使产品方便测试和(或)产品本身就能完成某些测试
功能。测试性设计的一般要求如下: A、合理划分功能单
元:只要有可能,应根据结构表示物理和电气的划分。因为
实际维修单元是结构分解所得的模块。B、应为诊断对象
配置内部和外部测试装置,并应确保BITE(内部测试装置)
性能的修复和校准。C、测试过程(程序)和外部激励源,对
部件本身及有关设备或整个系统不产生有害效果。尤其需
注意检查会否构成影响安全的潜在通路。D、所有的总线
系统对各种测量应都是可访问的。E、对于通用功能,应设
计和编写诊断应用软件,以便维修人员可以迅速进行检测。
F、应考虑维修中所需使用的外部设备及其测量过程,应考
虑与外部设备的兼容性和配备必要的测试点。G、诊断系
统应能通过相应的测量,对产品的使用功能、设计单元的状
态和输出特性作出评价。H、测试方式的转换:每个诊断系
统都不可能是完美无缺的,有时会造成对被测件(UUT)的
测试不准;此时,可应用常规的、功能定位的测试方法,在可
替换模块级确定故障位置,这些维修接口(测试点)也可用
来检测模块的运行数据。
2. 4　防差错的设计
防差错设计的一般要求如下: (1)设计时,应避免或消
除在使用操作和维修时造成人失误的可能,即使发生失误
也应不危机人机安全,并能立即发觉和纠正。(2)外形相
近而功能不同的零部件,重要连接部位和安装时容易发生
差错的零部件,应从构造上采取防差错措施或有明显的防
止差错识别标志。(3)产品上应有必要的为防止差错和提
高维修效率的标志。(4)测试点和与其他有关设备的连接
点处,均应标明名称或用途以及必要的数据等,也可标明编
号或代号。(5)需要进行注油保养的部位应设置永久性标
志,必要时应设置标牌。(6)对可能发生操作差错的装置
应有操作顺序号码和方向的标志。(7)对间隙较小,周围
产品较多且安装定位困难的组合件、零部件等应有定位销、
槽或安装位置的标志。(8)标志应根据产品的特点、使用、
维修的需要,按照有关标准的规定采用规范化的文字,数
字,颜色或光,图案或符号等表示。标志的大小和位置要适
当,鲜明醒目,容易看到和辨认。(9)标牌和标志在装备使
用、存放和运输条件下都必须是经久耐用的。
　　3　冗余设计
容错技术的关键是冗余技术,即采用备用的硬件或软
件参与系统的运行或处于准备状态,一旦系统出现故障,能
自动切换,保持系统不间断地正常工作。冗余控制的概念,
严格来讲是采用一定或成倍量的设备或元器件的方式组成
控制系统来参加控制。当某一设备或元器件发生故障而损
坏时,它可以通过硬件、软件或人为方式,相互切换作为后
备设备或元器件,替代因故障而损坏的设备或元器件,保持
系统正常工作,使控制设备因意外而导致的停机损失降到
最低。提到冗余,这里还有一个概念———同步(synchroniza-
tion)。它是指冗余系统的两个或多个处理器之间要经常比
较各自的状态,根据一定的规则以决定系统是否工作在正
常的状态。这种状态比较和系统可靠性的判定被称作
同步。
冗余控制的方式在工控领域根据不同的产品和客户不
同的需求有多种多样,采用的方式也不尽相同。
一般根据产品应用和客户需求的不同,冗余控制可分
为: (1)处理器冗余(CPU冗余); (2)通信冗余(网络冗
余); (3)I/O冗余; (4)电源冗余。
按冗余的实现方式来分大致可分为: (1)硬冗余(hard
-redundancy),即采用特殊的硬件模块或PLC中固化的程
序来实现PLC同步、故障切换的冗余方式。(2)软冗余
(soft-redundancy),即采用编程的方式来实现PLC同步、
故障切换的冗余方式。
按冗余的切换方式来分大致可分为: (1)热冗余(热备
hot-back),即硬冗余方式,当主设备故障时,通过特定硬
件判别、备份方式无间隙地自动切换到备用设备上,保持系
统正常运行。(2)暖冗余(暖备或温备warm-back),即软
冗余方式,主要通过编程方式来实现冗余。由于软冗余的
实现受多方因素制约,系统切换的时间较硬冗余稍长,因此
部分软冗余可能会使主设备在发生切换时有间隙或需要人
为简单干预或预置才得以完善。(3)冷冗余(冷备cold-
back),即一套或部分冗余的设备(如: CPU)不通电、不工
作,准备待命(人为预置好)。当主设备故障时需要人工恢
复系统运行。按照现在的严格定义,这种方式,并不算是冗
余,只作备件理解。这种冗余一般应用于实时性不强、工艺
连续性要求不高的场合。
I/O冗余、电源冗余大多数属于硬冗余范畴,而处理器
冗余、通信冗余(网络冗余)既可采用硬冗余实现也可以采
用软冗余实现。一般硬冗余与软冗余相比,硬冗余投入较
大,冗余实现和系统维护相对简单,系统性能较可靠,系统
的切换速度会较快。适合于生产工艺要求较高、反应速度
较快的装置和生产线。软冗余投入的成本比硬冗余小,软
冗余不需要特殊的冗余模块或软件支持,但在冗余实现和
系统维护方面比较繁琐并且一般的软冗余切换的速度稍
慢,系统性能主要取决于编程者的编程水平和所选硬件的
品质,这类冗余方式比较适用于生产工艺流程要求不太高、
反应速度较慢、开停要求不严的装置和生产线。
为了提高设备的可靠性,降低故障率,在设计时,对关
键的部件或分系统,可采取额外附加部件或采取其他手段。
其优点在于设备的一部分发生故障时,整个系统仍能正常
工作,改变传统的一坏就修的弊端。
冗余性设计有以下3种形式: (1)工作储备设计:对某
一关键部件,采用2个以上与其相同的单元,共同完成某一
功能的设计,并联、并串联、串并联等就是其常见的形式
(2)表决储备设计: n个相同的单元中,只要有k个以上的
单元不发生故障,系统就能正常工作,又称“n中取k”储备
设计。(3)非工作储备设计:当设备的一个单元(或分系
统)发生故障时,另一个未工作的单元(或分系统)通过故
障监测装置及转换进入工作状态的设计。这样设计的优点
是系统的可靠性高,缺点是增加了转换装置,若采用手动转
换,可能会造成暂短的停机损失;若采用自动转换,则会增
加设备的制造成本,因此,采用这种设计时,要在设备的高
性能与其生产成本之间求得平衡。
　　4　结束语
在生产过程开始之后再对设计进行修改必将会带来成
本的增加,因此设计者如果在设计的初始阶段就考虑到产
品的可维修性,那么此时更改设计所带来的损失相对较小。
可维修性设计所带来的收益包括:降低操作成本和生命周
期费用。实行可维修性设计的着眼点在于用户产品使用中
(上接第52页)的维修经济性,目的是获取潜在的、长期的
经济和社会效益。可维修性设计虽然会使成本有所增加,
但较之在产品开始产生之后,甚至在用户使用过程中发现
维修性问题,再对设计进行修改而来经济损失和声誉损失,
仍然是相当经济的。
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