装备制造中电气控制系统可靠性影响因素及优化路径分析

1 引言

装备制造业作为国家工业体系的坚实基石，其技术持续升级与可靠性稳步提升，对增强产业核心竞争力起着决定性作用。电气控制系统作为装备制造的关键核心，不仅精准执行设备运行控制指令，还实时承担状态监测与故障诊断等重要任务。受元器件质量良莠不齐、复杂环境干扰强烈、设计存在固有缺陷以及维护管理机制不完善等因素制约，其可靠性问题愈发突出，严重阻碍了装备制造业迈向高质量发展。

2 电气控制系统可靠性的核心影响因素

2.1 元器件质量与供应链管理缺陷

元器件是电气控制系统的物理基础，其质量直接决定系统可靠性。当前市场上，元器件供应商竞争激烈，部分厂商为降低成本，采用劣质材料或简化生产工艺，导致元器件参数漂移、寿命缩短及抗干扰能力下降。例如，电容器的介质损耗增加会引发系统温升异常，电阻器的阻值偏差可能导致控制信号失真。此外，供应链管理缺陷进一步加剧了质量问题，部分企业为压缩采购成本，选择非专业厂商或未经认证的元器件，缺乏对供应商质量体系的审核与追溯机制，使得不合格元器件流入生产环节，为系统埋下故障隐患。

2.2 环境适应性不足与干扰因素

电气控制系统通常运行于复杂多变的工业环境中，温度、湿度、振动、电磁干扰等环境因素对系统可靠性构成严峻挑战。高温环境会加速元器件老化，降低绝缘材料性能。高湿度条件易引发凝露，导致电路短路或金属部件腐蚀。机械振动可能造成元器件引脚断裂或焊点松动，而电磁干扰则会破坏信号传输的完整性，引发控制指令错误。例如，在电力设备制造中，强电磁场环境可能使传感器输出信号失真，导致保护装置误动作。在轨道交通装备中，振动与冲击会缩短继电器触点寿命，增加接触不良风险。

2.3 设计缺陷与冗余度不足

当前部分设计存在功能冗余度不足、降额设计不合理及模块化程度低等问题，功能冗余度不足表现为关键控制回路缺乏备用通道，一旦主回路故障，系统将完全瘫痪。降额设计不合理则体现在元器件工作电流、电压接近额定值，缺乏安全余量，易因瞬态过载而损坏。模块化程度低导致系统扩展性差，故障定位与维修难度增加。此外，部分设计未充分考虑电磁兼容性（EMC），未采取屏蔽、滤波等抗干扰措施，使得系统在复杂电磁环境中易受干扰。

2.4 维护管理机制不完善

维护管理是保障电气控制系统长期可靠运行的重要手段，当前部分企业存在维护计划缺失、检测手段落后及人员技能不足等问题。维护计划缺失表现为缺乏定期巡检与预防性维护，导致潜在故障未能及时发现。检测手段落后则体现在依赖人工经验判断，缺乏在线监测与故障诊断技术，难以精准定位故障点。人员技能不足则源于培训体系不完善，维护人员对新型控制系统架构、通信协议及诊断工具掌握不足，影响维护效率与质量。

3 电气控制系统可靠性的优化路径

3.1 强化元器件质量管控与供应链优化企业应建立严格的供应商准入机制，优先选择具有 ISO 9001 质量管理体系认证的厂商，并定期对其生产能力、质量记录及售后服务进行审核。采购环节需明确元器件技术规格与验收标准，采用抽样检测与全检相结合的方式，确保关键元器件 100% 合格。此外，可引入区块链技术实现供应链透明化，通过不可篡改的分布式账本记录元器件生产、运输及使用信息，实现质量追溯与责任界定。

3.2 提升环境适应性与抗干扰能力

针对环境适应性不足问题，需从硬件设计与软件算法两方面优化。硬件设计方面，应选用宽温范围、高湿度耐受及抗振动元器件，并采用密封、灌封等工艺提升设备防护等级。对于电磁干扰，需通过屏蔽电缆、滤波器及接地设计降低干扰耦合，同时优化 PCB 布局与布线，减少信号环路面积。软件算法方面，可引入数字滤波、看门狗定时器及冗余编码等技术，提升信号抗干扰能力与系统容错性。例如，在通信协议中增加校验位与重传机制，可有效降低数据传输错误率。

3.3 优化系统设计与冗余配置

设计阶段需贯彻“可靠性优先”原则，通过功能冗余、降额设计及模块化架构提升系统可靠性。功能冗余可通过双通道控制、热备切换等方式实现，确保主回路故障时备用回路自动投入。降额设计需根据元器件特性设定合理的工作范围，通常建议工作电流不超过额定值的 70% 。模块化架构则需将系统划分为独立的功能模块，各模块间通过标准化接口通信，便于故障隔离与快速更换。此外，需加强电磁兼容性设计，通过仿真分析优化布局，并采用金属外壳屏蔽、滤波器抑制等措施降低电磁干扰。

3.4 完善维护管理体系与技能培训

企业应制定详细的维护计划，明确巡检周期、检测项目及维护标准，并采用在线监测技术实时采集设备状态数据，通过大数据分析预测故障趋势。同时，需建立故障知识库，记录典型故障现象、原因及处理方法，为维护人员提供决策支持。技能培训方面，需定期组织维护人员参加新型控制系统培训，掌握PLC、DCS 等主流控制平台的编程、调试及诊断技术，并引入虚拟现实（VR）技术模拟故障场景，提升应急处理能力。

4 结束语

装备制造中电气控制系统的可靠性是保障设备稳定运行、提升生产效率的核心要素，元器件质量、环境适应性、设计合理性及维护管理不足是制约系统可靠性的主要因素。通过强化元器件质量管控、提升环境适应性与抗干扰能力、优化系统设计与冗余配置及完善维护管理体系，可显著提升电气控制系统的可靠性水平。未来，随着物联网、人工智能等技术的融合应用，电气控制系统将向智能化、自适应方向发展，为装备制造业高质量发展提供更强支撑。

参考文献：

[1] 王伟强 , 李晓东 , 陈建华 . 装备制造中电气控制系统可靠性设计方法研究 [J]. 机械工程学报 , 2021, 57(12): 123-124.

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