机械电子和故障

机械电子产品，是由机械部分和电子部分组合为一体的硬件和对其进行控制的软件共同构成的。现在让我们来阐明有关这类产品可靠性的基本考虑方法。为了提高机械电子的可靠性，可以采取两项基本决策，一是使产品的故障率本身下降，另外就是即使产生故障也设法使其不成为致命的故障。

在第一种决策中，一种具有代表性的抉择是用电子化来代替机械部分的机能。不管怎样努力，机械部件也不能避免因运动部分的摩擦等造成的老化。与此相反，电子部分由于所谓固体化，而可能达到极高的可靠性。此外，机械部分故障的机理比较复杂，而电子部分的故障则比较单纯，易于进行理论分析。为此，诸如最近的盒式录音机等，有不断减少机械部分零件的倾向，相反，电子部

分的元件却有不断增加的趋势。比电子化更为有效的措施是软件化，因为从原理上讲，软件绝对不会变坏，但是正是基于这一点，将会象后面叙述的那样，由于设计中的错误，必然会导致神经质现象。机械部件的电子化，特别是软件化，已成为现代机械电子学机器设计的新动向。

这样，多数问题就要靠软件解决，在整个设计中，软件的作用就变得非常重要，机械智能化越发展，软件镨误这一问题就越尖锐，因此，不得不为编写正确的软件而作出更大的努力，在6.3.4节中，将以软件的高度可靠性化为中心进行说明，

若不考虑机械部分，虽然可以防止上面所说的那种不合理现象，但是另一方面，电子机器，特别是集成电路(IC)和大规模集成电路(LSI),对于外界干扰，如高温、电磁感应、放射性能和振动等的抗干扰能力下降，这一点也是事实。因此，在严酷的环境条件下，结构部分的电子化也大大迟缓下来，为此，工业技术研究院(日本)在1981年建立的“21世纪工业基础技术研究开发制度”中也强调了开发抗干扰元件。例如，由于放射性射线的作用，使元件产生误动作，其中原因之一是在射线通过部分将产生瞬间电荷，并堆积在半导体的结合部分。因为电荷容易在发生位错的部分中堆积，所以通过低温工艺，使生成完美结晶，便能开发出抗放射性干扰的元件。另外，对于材料，通过使用结晶自动恢复作用强的CaAs,也可能使其性能更进一步提高。对于高温情况，依靠Sic(碳化硅)可以达到高温时的正常运行状态。表6.2表示了以抗环境干扰为目的的设计指标。

第二项决策是提高对故障的宽容度(faulttolerancy),这里指的是必须能够检出故障，另外，即使部件暂时出了故障，也不要使它表面化。前者叫做检测故障的能力，后者叫做屏蔽故障的能力.在复杂的系统中，这种决策是特别有效的。本节以第二种决策为中心论述机械电子机器的可靠性，在6.3.2节中将以故障检测技术、故障诊断基础和纠错码为中心进行阐述，在6.3.3节中作为故障屏蔽技术，阐述关于部件的高可靠性连接。

表6.2抗环境干扰元件的设计指标

(本材料由二十一世纪工业基础技术研究开发制度抗环境于扰元件委员会提供)

系统分散化，当然也能产生故障屏蔽的效果，因为在分散型系统中，即使系统的一部分完全破坏，多数情况下系统仍能继续工作。分散系统的这一优越性，即使是在可靠性中，也称得上有特殊的生命力。