T/CEEIA 975.5-2025 冶金领域用机器人 第5部分：健康评估导则

　　ICS 25.040.30 CCS K 62

　　CEEIA

　　团 体 标 准

　　T/CEE IA XXXX—XXXX

　　冶金领域用机器人 第 5 部分：健康评估导

　　则

　　Robots for metallurgy - Part 5: Assessment guidelines for health

　　(报批稿)

　　在提交反馈意见时，请将您知道的相关专利连同支持性文件一并附上。

　　XXXX - XX - XX 发布 XXXX - XX - XX 实施

　　中国电器工业协会 发 布

　　T/CEE IA XXXX—XXXX

　　中国电器工业协会(CEEIA)是在平等、 自愿基础上，由全国电工装备制造、科研、院校、工程成套、销售、用户及相关企事业单位组成的全国性社会组织。按照专业分为发电设备、输变电设备、配电设备、用电设备、基础元件和材料五大领域。现有 39 个分支机构，6000 余家会员单位，分布在全国各地，涵盖电器工业所有领域。中国电器工业协会始终以振兴和发展我国电器工业、代表和维护全行业共同利益和会员合法权益为宗旨，在政府和会员之间发挥"纽带"和"桥梁"的作用。

　　制定中国电器工业协会团体标准是协会重要工作之一，旨在是推动行业可持续发展、满足企业需要、推进企业技术进步。中国境内的团体和个人，均可提出中国电器工业协会团体标准制修订的项目建议并参与有关工作。

　　中国电器工业协会团体标准按照《中国电器工业协会团体标准制定工作管理办法》进行制定、发布和管理。标准中有关的知识产权问题，按照《中国电器工业协会团体标准知识产权管理办法》进行管理。

　　在标准实施过程中，如发现需要修改或完善之处，请联系中国电器工业协会标准化工作委员会秘书处。

　　本文件由中国电器工业协会制定发布，其版权归中国电器工业协会所有，任何

　　组织和个人未经中国电器工业协会同意，不得印刷、销售。考虑到本文件

　　中某些条款可能涉及的专利，中国电器工业协会不负责对任何类别专利权

　　的鉴别。

　　中国电器工业协会地址：北京市丰台区南四环西路 12 区 30 号楼

　　邮政编码：100070 电话：010-68171344 传真：68244802

　　网址：www.ceeia.com

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　　前 言

　　本文件参照GB/T 1.1-2020《标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则》及T/CEEIA 270《CEEIA标准编写指南》给出的规定编写。

　　本文件是T/CEEIA 975《冶金领域用机器人》的第5部分。T/CEEIA 975包含以下部分:

　　——第 1 部分：分类和编码;

　　——第 2 部分：通用技术规范;

　　——第3 部分：通信;

　　——第 4 部分：数字孪生;

　　——第 5 部分：健康评估导则。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。

　　本文件由中国电器工业协会标准化工作委员会提出。

　　本文件由中电协电气场所用机器人安全与检测标准化专业委员会归口。

　　本文件起草单位：宝山钢铁股份有限公司、上海机器人产业技术研究院有限公司、哈尔滨工业大学、上海国评智检机器人有限公司、宝钢工程技术集团有限公司、上海图灵智造机器人股份有限公司、南京埃斯顿自动化股份有限公司。

　　本文件主要起草人：赵杰、邢琳、杨赛丹、吴瑞珉、魏振红、肖杨、黄天茂、刘茂生、丁烨、刘玉斌、叶长宏、陈雾、卢华阳、桑志民、宋希韬、 申晨、童喆锴。

　　本文件于2025年首次制定。

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　　引 言

　　传统冶金领域工作具有高温、高粉尘、高噪音等恶劣环境和液态熔融金属等高风险的特点，生产过程较为复杂，人工操作存在较大的安全风险，加之人口老龄化和劳动力短缺等问题，使得冶金领域迫切需要采取智能化、自动化的技术手段来提高生产效率、保障生产安全。冶金领域用机器人作为高科技手段可以实现恶劣环境下代替人工作业。

　　当前，已有针对工业机器人相关标准，然而，冶金领域机器人由于其应用场景较为特殊，功能更丰富，对其使用环境、安全要求严格，需结合行业实际情况详细划分。

　　本系列标准旨在紧密结合冶金领域实际情况及需求，明确对冶金领域用机器人的分类、编码等的要求，推动冶金领域用机器人高质量发展和规范管理。本系列标准拟由五部分构成：

　　——第 1 部分：分类和编码。 目的在于结合冶金领域的实际情况，对冶金机器人及其系统的分类和编码做出明确规定;

　　——第 2 部分：通用技术规范。 目的在于结合冶金领域的实际情况，对冶金领域用机器人及其系统技术要求、试验方法等做出明确规定;

　　——第 3 部分：通信。 目的在于结合冶金领域的实际情况，对冶金领域用机器人及其系统的通信系统架构等做出明确规定;

　　——第 4 部分：数字孪生。， 目的在于结合冶金领域的实际情况，对冶金领域用机器人及其系统的数字孪生系统的系统架构、技术要求等做出明确规定;

　　——第 5 部分：健康评估导则。 目的在于结合冶金领域的实际情况，对冶金领域用机器人及其系统的健康评估体系、评估流程等做出明确规定。

　　本文件的制定，旨在规范冶金领域用机器人及其系统的健康评估体系、评估要求等。通过进一步完善评估指标体系、明确特征参数要求、规范评估流程与方法，可有效解决冶金机器人运维难题，为行业安全生产与高效运营提供标准化技术支撑。

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　　冶金领域用机器人 第 5 部分：健康评估规范

　　1 范围

　　本文件规定了冶金领域用机器人及其系统健康评估体系、评估要求。

　　本文件适用于冶金领域用机器人及其系统的健康评估。

　　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/T 12642—2013 工业机器人 性能规范及其试验方法

　　GB/T 12643—2025 机器人 词汇

　　GB/T 20921 机器状态监测与诊断 词汇

　　GB/T 42983.3—2023 工业机器人 运行维护 第3部分：健康评估

　　3 术语和定义

　　GB/T 12643 、GB/T 20921界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

　　3.1

　　健康状态 health state

　　冶金领域用机器人及其系统的健康程度。

　　[来源：GB/T 42983.3—2023 ，3.1 ，有修改] 3.2

　　等级划分 gradation

　　健康状态的分级表述。

　　[来源：GB/T 42983.3—2023 ，3.2] 3.3

　　基线 baseline

　　一个或一组描述符，它提供冶金机器人系统设备在各种过程下正常状态的基准。

　　[来源：GB/T 20921—2007 ，10.1 ，有修改] 3.4

　　健康评估 health assessment

　　评估冶金领域用机器人及其系统健康状态的过程。

　　[来源：GB/T 42983.3—2023 ，3.5 ，有修改] 3.5

　　指标体系 index system

　　表征健康状态的指标集合及架构。

　　[来源：GB/T 42983.3—2023 ，3.6]

　　4 健康评估体系

　　4.1 等级划分

　　冶金领域用机器人系统健康等级划分为完好、退化和故障，见表1。

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　　表 1 冶金机器人系统健康等级划分

　　4.2 指标体系

　　4.2.1 指标选取原则

　　4.2.1.1 冶金机器人系统健康评估指标选取宜遵循 GB/T 42983.3—2023 中 5.2 规定的基本原则。

　　4.2.1.2 当有设备升级、工艺变化时，健康评估指标体系可引入新的相关指标。

　　4.2.2 体系组成

　　4.2.2.1 冶金机器人系统健康评估指标体系包含系统作业单元健康、质量工效两个一级指标，根据实际需求下设若干二级指标，参照图 1 建立评估体系。

　　图 1 冶金机器人系统健康评估指标体系

　　4.2.2.2 系统作业单元健康指标：冶金机器人系统作业单元见 T/CEEIA 975.1 中 4.5，宜根据机器人各系统作业单元(不包含作业对象单元、软件单元)的健康状态(如精度、动态响应等)进行评价。

　　4.2.2.3 质量工效指标，宜根据具体场景应用下的机器人系统作业质量、工效等进行评价，包括：

　　a) 作业成功率;

　　b) 作业稳定性;

　　c) 维护成本占比;

　　d) 其他。

　　4.3 特征参数要求

　　4.3.1 应根据实时采集的数据，提取出机器人系统健康指标典型特征参数。

　　4.3.2 应通过基线测试确定特征参数的健康基准值，基线测试应符合 GB/T 12642—2013 中 6.2 的要求，工况保持不变。冶金机器人系统各单元基线值应在出厂时确认，固定测试程序，并记录在相关技术文件中，当冶金机器人系统使用工况发生变化时，应由制造商重新确定基线值。

　　4.3.3 系统作业单元健康指标特征参数宜参照以下规定进行设置：

　　a) 机器人执行单元：

　　1) 整体外观无磕碰磨损、无形变;

　　2) 整机运行无异响、无异常抖动;

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　　3) 示教器触屏及按键灵敏、可正常工作;

　　4) 运行轨迹精度符合工艺要求;

　　5) 线缆无脱落松动;

　　6) 例行点检无异常;

　　7) 其他。

　　b) 机器人作业工具单元：

　　1) 作业时长/次数小于设计寿命时长/次数;

　　2) 可正常实施作业;

　　3) 例行点检无异常;

　　4) 其他。

　　c) 机器人工件物料单元：

　　1) 物料输送稳定，流量、压力等符合相关工艺需求;

　　2) 工件定位的位置偏移量符合相关技术规定;

　　3) 例行点检无异常;

　　4) 其他。

　　d) 机器人作业控制单元：

　　1) 可实时对相关设备进行控制和监控;

　　2) 数据采集频率及反馈时间符合相关技术文件要求;

　　3) 例行点检无异常;

　　4) 其他。

　　e) 机器人感知检测单元：

　　1) 根据工艺需求实时检测相关状态;

　　2) 数据上报时间符合相关技术文件要求;

　　3) 例行点检无异常;

　　4) 其他。

　　f) 机器人工艺功能单元：

　　1) 可实现相关工艺功能;

　　2) 平均无故障时间符合相关技术文件要求;

　　3) 例行点检无异常;

　　4) 其他。

　　g) 机器人安全防护单元：

　　1) 作业区域防护联锁有效;

　　2) 视觉监视单元无遮挡、污损、起雾，可正常监视;

　　3) 安全控制系统运行正常，无故障;

　　4) 防护装备无损坏、功能良好;

　　5) 例行点检无异常;

　　6) 其他。

　　h) 机器人能介供给单元：

　　1) 供电、供气等符合相关设备要求;

　　2) 能介供给可靠稳定;

　　3) 例行点检无异常;

　　4) 其他。

　　每个特征参数的权重设置应符合 GB/T 42983.3—2023 附录 A 的要求。

　　4.3.4 应结合实际任务要求、设备类型、应用环境等设置质量工效指标的特征参数。每个特征参数的权重设置应符合 GB/T 42983.3—2023 附录 A 的要求。

　　5 评估要求

　　5.1 评估流程

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　　冶金机器人系统健康评估流程应包括以下内容：

　　a) 明确冶金机器人系统健康基线值，并记录在相关技术文件中;

　　b) 明确健康评估细则， 自上向下建立机器人系统健康评估指标体系;

　　c) 由使用方明确各个二级指标的评估指标及健康评估频次;

　　d) 根据对应指标要求及频次对冶金机器人系统进行健康状态评估，并将评估结果记录在评估表等相关文件中，对不同工况的机器人应分别考虑：

　　1) 对于工况变化较少(如产线上较为固定的负载和节拍)的冶金机器人系统，设置一组或多组特定工况测试程序,在冶金机器人系统正常状态下进行测试,采集测试过程的健康参数;

　　2) 对于工况多变的冶金机器人系统，在保证系统正常的条件下，选择一段时间内的实际工作，进行基线测试，采集该时间段内的健康参数。工况多变的系统宜考虑“平均 ”或“加权平均 ”的基线确定方法。

　　e) 健康评估结果展示;

　　f) 健康评估数据管理：基线测试数据、健康评估数据归档保存(包括测试工况、参数值、测试人员及日期等)，保存期限不低于设备设计使用寿命。对基线数据进行定期复核，若基准值偏差超过±5%，重新校准测试程序并更新基准值。

　　5.2 评估方法

　　5.2.1 机器人系统单元评价指标

　　5.2.1.1 通过机器人系统各单元的参数基准值和一定的历史统计数据，可以得到该参数的标准时间函数与该指标参数正常运行范围的最小允许值和最大允许值。当当前实际值在阈值范围之间时，通过与标准值相比较，得出具体数值，应按照式(1)和式 (2)进行计算：

　　hi = Σ=1 φij hij · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · (1)

　　式中：

　　hi ——机器人系统第i个组成单元的健康分数;

　　hij ——第i个组成单元第j特征参数的健康指数;

　　i ——机器人系统组成单元序号,i ∈ 1, m;

　　j ——组成单元特征参数序号,j ∈ [1, n];

　　m ——机器人系统组成单元总个数，m ≥1;

　　n ——组成单元特征参数总个数，n ≥1;

　　φij——第i个组成单元第j特征参数的权重(0≤ φij ≤1), 且Σ=1 φij = 1。

　　hij j = 1. . . n · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·

　　式中：

　　t ——时刻;

　　fij(t)——第i个组成单元第j特征参数在时刻t 的实际值;

　　ij(t)——标准时间函数,第i个组成单元第j特征参数在时刻t 的标准值;

　　xmin,ij——第i个组成单元第j特征参数正常运行范围的最小允许值;

　　xmax,ij——第i个组成单元第j特征参数正常运行范围的最大允许值。

　　总计时间长度内，第i个组成单元第j特征参数的健康指数计，应按照式(3)进行计算：

　　h hij × 100dt · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·

　　式中：

　　hij ——第i个组成单元第j特征参数的健康指数;

　　hij(t)——第i个组成单元第j特征参数在时刻t 的健康指数;

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　　T ——总计时间长度。

　　5.2.1.2 基于多特征参数的指标健康分数应按照式(4)进行计算：

　　Y1 =

　　式中：

　　Y1 ——机器人系统单元评价健康分数;

　　pi ——机器人系统第i个组成单元的权重(0≤ pi ≤1), 且pi = 1 ;

　　hi ——机器人系统第i个组成单元的健康分数。

　　权重计算应符合 GB/T 42983.3—2023 附录 A 的要求。

　　5.2.1.3 当某些特征参数严重偏离正常值时，在常权评判模式中会因权重较小，而整体评价还在正常范围，不能反映设备真实状态。应采用变权公式见式(5) :

　　pij xi1 ，… , xim

　　式中：

　　pij ——变权重;

　　xij ——第i个二级指标的第j个特征参数;

　　m ——特征参数个数;

　　pij(0)——特征参数的常权重;

　　α ——调节常数，取值范围为

　　注1：α为调节常数， 目的在于控制异常参数的敏感度。α值越小，系统对参数异常越敏感，轻微偏离就会显著提高该参数权重。α值越大，系统对异常的反应越平缓，需要较大偏离才会调整权重。

　　注2：针对工况变化较少系统，推荐α为0.3~0.4 ，权重调整相对稳定。

　　注3：针对工况多变系统，推荐α为0.1~0.2 ，提高对动态变化的敏感性。

　　5.2.2 质量工效指标

　　5.2.2.1 作业成功率

　　作业成功率为单位时间内成功执行任务次数与计划任务次数的百分比值，分数计算方法见式(6)：

　　Y · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · (6)

　　式中：

　　Y1 ——作业成功率分数;

　　Ns——机器人系统成功执行任务次数;

　　NS——机器人系统计划执行任务总次数。

　　5.2.2.2 作业稳定性

　　作业稳定性为系统作业的稳定性指标，分数计算方法见式(7)：

　　Y · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · (7)

　　式中 :

　　Y2 ——作业稳定性分数;

　　Nq ——符合工艺要求样品数;

　　NSM——总作业样品数。

　　5.2.2.3 维护成本

　　维护成本为年度维护费用(含人力成本、备件成本)占当前设备价值的百分比，分数计算方法见式(8)：

　　Y

　　式中:

　　Y3——维护成本占比分数;

　　CM——年度维护成本，单位为元;

　　Vo——当前设备价值，单位为元。

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　　注：当前设备价值应根据设备使用年限、使用情况等由原始价值折算得出。

　　5.2.2.4 综合评价

　　质量与工效指标的综合健康分数按式(9)计算：

　　Q = Σ=1 wk . Yk ····················································· (9)

　　式中：

　　Q ——质量与工效指标的综合健康分数;

　　K ——子指标数量;

　　wk——第k个二级指标的权重(0 ≤ wk ≤ 1 ，且 wk = 1);

　　Yk——第k个二级指标的健康分数。

　　权重计算应符合GB/T 42983.3—2023附录A的要求;

　　若某一二级指标健康分数低于40分，需按照公式(4)调整权重，避免综合分数失真。

　　5.2.3 系统健康评估

　　冶金机器人系统健康评估分数计算见式(10)：

　　S wi × Si 且 wi = 1········································(10)

　　式中：

　　S——机器人系统健康分数;

　　Si——机器人第i个一级指标的健康分数;

　　N——机器人包含的健康指标数;

　　wi——机器人包含的一级指标所占的权重。

　　权重计算应符合GB/T 42983.3—2023附录A的要求。

　　5.3 评估结果展示

　　机器人健康状态的评估结果应实时展示，机器人最终的健康评估等级宜通过相应的健康等级指示灯显示，见表2。

　　表 2 健康状态评估结果的指示灯展示示例