廖庚友
桂林市佳源混凝土有限公司 广西桂林 541005
摘要：随着中国迈入全面现代化社会场景，电气自动化技术不仅成为工业体系标配，也被广泛地应用在各类生活、生产领域，其自动化程度越高、人为参与监管力度就越低，而考虑到大部分从业者、接触者、使用者等并不具备专业的电气自动化知识，且人工智能在电气自动化控制方面渗透不充分，因此电气自动化控制设备的可靠性备受关注。本文中笔者从电气自动化控制设备维持可靠性的意义出发，依次论述电气自动化控制设备存在的可靠性问题、测试方法及优化策略，以供相关技术人士及管理人员借鉴参考。
关键词：电气自动化技术；控制设备；可靠性；
引言
从工业生产视角出发，所谓“控制设备”泛指各类设备系统中存在的控制模块，包括直接控制（主要是控制执行器）和间接控制（主要传感器数据采集装置）两类，如较为常见的电磁阀、电感、电动机、继电器及可编程逻辑控制器（PLC）、远程终端单元（RTU）、分布式控制系统（DCS）等。顾名思义，电气自动化控制设备泛指存在电气自动化单个设备中的软硬件控制模块集合，必须明确的一点是，电气自动化控制设备不受自动和半自动生产线的影响。从这一角度说，电气自动化控制设备的“可靠性”，是指电气自动化控制设备在特定环境下、按照特定要求、实现特定功能的有效性。“可靠性”在数学范畴内具有很大浮动区间，理论上不可能达到100%的有效，这是因为电气自动化控制设备运转的周边环境中，存在大量影响因素，其中也包括电气自动化控制设备自身的质量问题；整体上看，电气自动化控制设备可靠性与我国现代化工业体系完善程度成正比关系，目前已经建立起全部工业门类，为了实现经济高质量发展，电气自动化技术应用必然朝向更先进的方向发展，相对应的，电气自动化控制设备的复杂度、精密度也在提升，这对于维护其可靠性是一个重大挑战。
一、电气自动化控制设备可靠性的意义解读
在高度发达、成熟的工业社会中，电气自动化控制设备的可靠性意义重大，主要映射在四个方面。
第一，有利于提升产品的质量。车间流水线是电气自动化控制设备的主要应用场所，产品质量取决于设备运转是否良好，设备运转是否良好又取决于电气自动化控制设备的可靠性，基于这一顺序逻辑，电气自动化控制设备可靠性为产品质量提供了重要保障。进一步说，可靠性高优质产品能够在市场上获得信誉，引导顾客消费、形成较高的忠诚度，这意味着电气自动化控制设备的可靠性传递给了消费者，从而获得充足的资金，用于维护、更换、升级，从而实现良性互动。
第二，有利于增强企业竞争力。企业是市场经济的主要参与者，同类型企业之间存在激烈的竞争。一方面，对于电气自动化设备的应用企业来说，为了确保自身产品的质量提升、不断增强竞争力，就需要采购电气自动化控制设备可靠性高的产品。另一方面，对于电气自动化设备供应企业来说，“控制设备”是优化电气自动化性能的主要途径。换言之，电气自动化控制设备可靠性提高，无论是对于生产企业还是应用企业，都能够为“竞争力提升”提供巨大助力。
第三，有利于经济高质量发展。党的十九大报告中强调，我国未来面临的重大挑战之一，就是从规模经济向质量经济转型，即低门槛、低收益、低附加值的经济类型将会被淘汰，而高质量经济发展离不开性能可靠的电气自动化设备。
第四，有利于综合国力的提升。电气自动化是维持现代化社会运转的重要力量，所以它的意义并不局限于工业生产领域，也反映在国家综合实力层面。特别是现阶段，几乎社会上所有领域、行业、企业中，都引进了电气自动化系统，如果控制设备频频出现问题，从微观角度看，仅仅是对个体、企业组织或区域经济产生影响，但从宏观上看，会拉低整个国家的现代化工业水平。
二、电气自动化控制设备可靠性的相关问题
（一）控制设备元器件的问题
显而易见，电气自动化控制设备可靠性的直接影响因素，就是控制设备本身，尤其是各类元器件质量问题。就现阶段来说，我国已经能够独立完成大部分电气自动化控制设备元件的研发、生产，其技术门槛已经不再成为市场竞争的障碍。但如此一来，也就造成了电气自动化控制设备生产企业泛化，如各类规格性能的电机产品、继电器、电感等，在生产过程过度追求产能，而忽视了品质问题，造成产品性能单一、同质化严重。而企业主要从自己的经济收益考虑，不断地压低价格、排挤对手，这样很容易忽视生产环节中的品质把控，较常见的问题包括：（1）生产原料不合格，以次充好，导致产出的元器件产品质量不合格。（2）生产环境不达标，精密元器件的生产需要建立高规格的绝尘环境，对于温度、湿度等有着明确要求，但这对于企业而言是巨大的投资，忽略生产环境会造成元器件大量瑕疵，如绝缘性能不佳。（3）产品标准大幅度降低，一些企业为了压缩成本，会主动降低产品标准，再以更低的价格销售出去，同样，一些电气自动化设备生产常见，为了压缩成本而选购低质量元器件，最终会导致电气自动化控制设备可靠性不过关。
（二）人为因素不良干预问题
从电气自动化发展趋势上说，未来控制设备以实现智能化、无人化、自动化、网络化等为目标。但“人工智能”的优势并不足以完全取代人工价值，很多情况下仍然离不开人工操作、管理、巡检等，仍然需要大量专业人员参与其中。但现实中，人为因素不良干预问题仍然很严重，较为突出的表现是“维护能力不足”——客观上说，电气自动化控制设备可靠性维护具有较高门槛，相关技术人员不仅要求专业知识、丰富经验，同时还需要结合具体生产环境分析——根据“问题预防优先于问题解决”的原则，相关技术人员、管理人员、工作人员等之间要做好相互配合，随时沟通，做出未雨绸缪的判断，即在电气自动化控制设备出现故障之前做出规避动作，这样省时省力、节约成本。反之，如果过于依赖事后处理机制，则是人为因素不良干预的表现。
（三）外部运行环境相关问题
首先，相当一部分电气自动化控制设备是在露天环境中运行的，防护不全面或遇到极端恶劣天气的情况下，会对电气设备产生严重破坏，具体如台风暴雨、大气污染、高温高湿等。但从实践角度看，电气自动化控制设备可靠性变差是循序渐进的，外部破坏力、污染物等会导致一些电子元件老化、损坏，但并不会立即进入不能工作的状态，而是出现性能降低、反应迟缓、操作不准确等，积少成多引发质变，从而导致严重的事故。
其次，周边设备产生的电子、电磁、机械干扰等。由于电气自动化控制设备中的大多数元件较为精密、结构复杂，对于周边电子、电磁干扰非常敏感，如果在电气自动化控制设备周边存在大功率电器，且设备之间没有达到安全距离，周边容易形成电子电磁干扰场，虽然不会造成严重性破坏，但控制设备的稳定性、精密度都会降低。此外，“机械干扰”是一种常见的风险形式，它主要指电气自动化控制设备周边存在震动较大、噪声严重的设备，当一起进入生产状态后，周边产生的冲击力、振动传导等会破坏元件状态，如产生金属疲劳、零部件松动等。
再次，电气自动化控制设备周围存在腐蚀性原材料，基于气体、气溶胶、有毒蒸汽、物理接触等途径，造成设备工作性能降低、可靠性变差。
三、电气自动化控制设备可靠性的测试方法
从“事前预警机制”出发，电气自动化控制设备在正式投入使用之前，应该从同批次中抽检部分样本，统计出可靠性的大致范围，这样也为电气自动化控制设备可靠性的优化提供了科学依据，例如，检验发现电气自动化控制设备的抗震性、抗电磁干扰性差，可以专门针对此类问题展开优化；具体的测试方法有以下几种。
（一）现场测试
所谓现场测试，就是将电气自动化控制设备投放到现实生产空间中，如室内车间、户外露天环境等，模拟现实中的工况。事实上，这种测试方式也是效果最佳的，因为不同工况下的差别很大，为了避免电气自动化控制设备可靠性维护投入不必要的资源，即产生“管理错位”的现象，现场测试要最大程度地符合实际需求。
例如，构建三种不同影响程度的现场测试环境，最差的一种是在户外，严重缺乏防护、周边环境复杂、干扰源多，一般程度下提供必要的防护措施、周边设备保持合理距离、安装必要的防护装备，影响最小的“理想环境”下，做好温度、适度、粉尘、腐蚀性物质等控制，现场做到定期清洁，安装消音防震设备等；这样一来，可以很好地确保测试工作的客观性、准确性，并在不同层次下得出可靠性数据。
（二）鲁棒测试
鲁棒（Robust）以为“强壮性”，鲁棒测试的性质与现场测试相似，但不同的是它是一个过程性测试，现场测试是静态化测试——现场测试模式下，电气自动化控制设备可靠性是建立在“环境不变”的前提下的，虽然划分出不同的测试现场环境，但同一台设备自始至终都处在一种环境当中——但现实并非如此，即电气自动化控制设备的运行真实空间，很可能突然发生巨大变化，那么原有的可靠性指标就失去意义，例如在出厂质量测试时，所筛选的都是典型试验场地，如果运行真实空间突然出现恶化，设备能否在一段时间内仍然保持可靠，就显得至关重要。所以鲁棒测试的目的，就是为了弄清楚电气自动化控制设备可靠性的最大浮动区间。
（三）基于特定产品测试
广义上的电气自动化控制设备，是指并未联成自动化或半自动化生产线的设备，仅对单个自动化控制设备提供控制功能，这也就意味着控制设备种类的多元化。同时，电气自动化控制设备在不同领域的应用，也形成了特定的模式，如轻工产业中的机电控制设备、煤矿电气控制设备、电力自动化监测设备等，控制设备结构及元件的构成是相对固定的，运行过程中存在连续性和间歇性。因此，基于特定产品测试是必要，一般会根据应用领域的实际情况，筛选特定的实验产品或产品组合。
（四）基于控制程序测试
决定电气自动化控制设备可靠性的不仅包括硬件模块，也包括软件模块，即控制程序部分。事实上，电气自动化之所以能够完成无人或少人操作，与程序自动发出指令，完成相关动作执行有密切关系。电气自动化控制设备中内嵌程序是统一的，一旦控制程序可靠性不足，必然会影响大面积的生产安全。因此，基于控制程序测试尤为重要，且难度较大，这是因为控制程序测试结果，最佳的判断途径就是肉眼观察电气自动化控制设备的运行情况，虽然通过模拟机也能够达到同样的效果，但无法有效反映出电子、电磁等外界影响程度。具体测试过程中，可以按照采集数据资料、性能指标、间隔时间、故障排除难度等展开，从根本上确保真实性和准确性。
（五）基于组织工作测试
所谓“组织工作”，是针对试验组织而言的，它也是测试中至关重要的环节。面向电气自动化控制设备可靠性的测试是一个系统且复杂的工程，它需要整个试验组织高度配合、严密设计、高效互动，在组织部门的内部，一般可以划分为“现场布置组”“试验操作组”“数据采集组”“数据分析组”“结果预判组”“试验调整组”等，各个部门之间的工作高度衔接，资料信息流转必须保证高度精确，这样才能保障最终的测试结果科学有效。
四、电气自动化控制设备可靠性的优化策略
从电气自动化控制设备应用角度说，企业及个人主体无法控制控制设备生产，但在接触到控制设备产品之后，可以展开一系列的预防机制，实现对电气自动化控制设备可靠性的持续优化。具体方法如下：
（一）科学抽检产品、严格地遵循元器件的筛选标准
科学抽检电气自动化控制设备产品的目的，是确保元器件筛选过程中可靠性的前提条件。一方面，工作人员要结合现场环境选择合适的控制设备元器件，从厂家提供的信息上进行初步判断，包括元器件的质量合格证、性能说明书等，必要的情况下利用专业设备，对零部件进行简单的测试。另一方面，在正式投入使用之前，还要记录好控制设备的具体位置，标注好元器件的种类、规格、生产日期、型号信息等，便于后期出现问题时及时排查，再做出决定是否以后仍旧选择此类产品；此外，关于筛选标准并不是固定的，之所以强调“现场性”，是考虑到外界特殊因素对元器件产生的特殊影响，例如一些控制设备中，元器件的质量并没有问题，但现场温度、湿度条件恶劣，这就需要考虑是否具有防高温、防潮的替代品。
（二）改善现场环境，为控制设备运行提供良好条件
事实上，随着我国工业化水平不断提高，大部分企业管理行为中，已经将生产环境优化作为一个重点项目，极少存在过于严苛的生产条件。但仍然不可掉以轻心，考虑到电气自动化控制设备元器件的精密性、复杂性，对于运行环境提出了很高要求，所以要主动改善现场环境，为控制设备运行提供良好的条件。例如，在高温环境中配备功率较大的空调、散热器等，一些大功率设备之间保持足够的距离，要减少机械噪音、震动带来的潜在威胁。在电磁干扰较为严重的现场空间内，对控制设备表面安装绝缘硅胶片，以及做好相应的防腐防护手段等。
（三）遵循适用原则，严格把握控制设备的设计过程
电气自动化控制设备可靠性内涵中，包括了“适用性”，即电气自动化系统并不是越先进越好，无论是从产品性价比出发，还是实际生产需求出发，遵循“适合原则”也很重要。据此，从电气自动化控制设备设计规划出发，全面分析元器件产品的性能要求及技术供给，再推算出所需要的质量参数，确保所研发、生产的控制设备产品在特定条件下满足需求即可。当然，设计方案中还应该考虑产品结构、外观、类型等，当前我国企业规模中，绝大部分属于中小型企业，而电气自动化控制设备的功率大小，很大程度上由企业规模决定。
（四）建立专业队伍，加强对控制设备的维护与管理
在知识经济时代中，人才对于企业而言是重要的发展资本，尤其是具有专业技术能力的人才，他们是电气自动化控制设备正常运行的重要保障。因此，企业自身要建立起专业的队伍，从控制设备安装到检修、从配合生产改装到性能调试，从一般性故障解决到整体系统升级，尽量将不可靠因素消除在萌芽状态。同时，为了实现“未雨绸缪”，人才队伍还要配套相应的管理机制，以加强对控制设备的维护管理，如制定定期巡检、定期维护、定期开分析会等制度。需要注意的是，专业队伍管理的对象不限于电气自动化控制设备，还包括与之相关的影响因素，如发现车间温度异常，有责任通知企业管理人员，申请费用购置散热设备。整体上，人才队伍的工作机制，可以按照“发现问题→分析问题→解决问题”的流程展开，这一流程作用的是具体设备，而不是按照时间线性展开的。
五、结束语
综上所述，随着我国现代化程度不断加深、工业体系日渐完备，电气自动化控制设备的可靠性也将备受关注，它是在现有工艺流程、科技水平、生产模式等基础上，对于企业经济效益、社会效益、安全效益等影响最大的现实因素，从产业链角度分析，要全面完善电气自动化控制设备“研、产、用、修、创”企业之间的合作，这有助于提升我国综合实力。
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【作者介绍】
廖庚友，男，汉族，1973年12月出生，广西桂林人，本科学历，桂林市佳源混凝土有限公司工程师。研究方向：机械，自动化。