设备的故障管理

设备的故障管理设备故障是指设备或系统在使用过程中降低或丧失其规定功能的事件或现象。设备是企业为了完成工程项目的预计功能或者满足某种生产对象的工艺要求而配置的。在现代化生产制造过程中，由于设备自动化程度越来越高、设备结构日益复杂，设备各系统、各部分的联系非常紧密，如果设备出现故障，或是局部失灵，都可能造成整个设备停机，甚至造成整条流水线、整个车间停产，由此可见，设备故障会直接影响企业的生产数量和生产质量。因此，国内外企业都十分重视设备故障及其管理的问题研究，20世纪80年代初，我国一些大中型企业也开始了对故障发生规律的探索，通过记录故障，对故障机理进行分析，进而采取有效的措施来预防故障和控制故障，这就是设备故障管理。1.设备故障的分类常见的设备故障分类如下：①材料性能方面的故障主要分为开裂、断裂、蠕变、裂纹、过度弯曲变形、击穿、剥落等类型；②化学物理方面的故障主要分为油质变质、腐蚀、绝缘绝热性能差、蒸发、导电导热性能差等类型；③机械运动故障主要分为渗漏、异常振动、运转速度不稳、堵塞、制动装置不灵、异响等类型；④其他综合故障主要分为设备润滑系统无法正常供油，整机或子系统功能异常、无法起动、性能不稳，机械零部件磨损严重，紧固装置松动和失调等类型；设备故障是多种多样的，可以从不同角度对其进行分类。（1）按故障的发生状态进行分类①渐发性故障：渐发性故障主要是由于设备初始参数发生劣化而产生的，这类故障包含了大部分机器的故障。渐发性故障的发生与材料的腐蚀、磨损、蠕变及疲劳等过程密切相关。②突发性故障：突发性故障是由于偶然的外界影响和各种不利因素共同作用而产生，使之超出了设备所能承受的固有限度。例如：因机器出现超负荷或使用不当引起的零件折断；因设备参数达到极值而引起的零件变形或断裂。突发性故障往往是事先无任何征兆而突然发生的，其发生时间多处于设备的初期使用阶段，往往是由于研发设计、生产制造、装配以及材质等方面存在缺陷，或者由于现场工人操作失误或者违章作业而造成。（2）按故障性质进行分类①间断性故障：是指设备在短期内丧失某些功能，但是通过短暂的修理调试就能恢复而不需要更换零部件的现象。②永久性故障：是指设备某些零部件已损坏，需要更换或修理才能恢复设备的正常使用的现象。（3）按故障的影响程度进行分类①完全性故障：是指导致设备完全丧失功能的故障。②局部性故障：是指导致设备丧失某些功能的故障。（4）按故障发生的原因进行分类①磨损性故障：是指由于设备正常磨损而造成的故障。②错用性故障：是指由于操作错误、维护不当而造成的故障。③固有的薄弱性故障：是指由于设备的研发设计问题而使设备出现薄弱环节，故在正常使用时产生的故障。（5）按故障的发生和发展规律进行分类①随机故障：是指故障发生的时间是随机的。②有规则故障：是指故障的发生具有一定的规律性。每一种故障都有其主要特征，即所谓故障状态或模式。各设备所表现出的故障状态是相当繁杂的，但可归纳为以下种类：磨损、异常振动、疲劳、破裂、裂纹、腐蚀、过度变形、渗漏、堵塞、油质劣化、剥离、黏合、材料劣化、绝缘老化、松弛、异常声响、污染及其他。2.设备故障的分析方法在故障管理中，不仅需要对每一个具体的故障进行分析，查明原因和发生的机理，并采取预防措施，防止该故障重复出现，同时，还需要对本系统的所有设备故障的基本状况、主要问题、发展趋势等进行全面了解，找出管理中的薄弱环节，进而从本企业设备着手，采取有针对性的预防措施，减少设备故障，改善设备的技术状态。由此可见，对故障的统计分析是故障管理中不可或缺的内容，是制订设备故障管理目标的主要依据。1）故障信息数据收集与统计（1）故障信息的主要内容①故障对象的数据，包括系统、编号、设备的种类、使用经历、生产厂家等；②故障识别的数据，包括故障类型、故障时间、故障现场的形态表述等；③故障鉴定的数据，包括故障现象、测试数据、故障原因等。④故障设备的历史资料。（2）故障信息的来源①故障现场的调查资料；②故障的专题分析报告；③故障修理单；④设备使用情况报告；⑤定期检查的记录；⑥设备的状态监测和故障诊断记录；⑦产品说明书和设备的出厂检验、试验数据；⑧设备的安装和调试记录；⑨设备的修理检验记录。（3）收集故障数据资料的注意事项①按规定的程序和方法收集数据；②对故障类型的识别要有具体的判断标准；③数据必须准确、可靠、真实、完整，要对记录人员进行教育和培训，并建立健全管理责任制；④收集信息要及时。（4）做好设备故障原始记录的要求①跟班维修人员要做好检修记录，要详细记录设备故障的全过程，包括故障部位、故障产生的原因、故障停机时间、处理情况等。同时也要记录清楚不能立即处理的故障隐患。②操作工人要按照要求做好设备点检记录。每班按照点检要求对设备做逐点检查，并逐项记录。对点检中发现的设备隐患，除按规定要求进行处理外，对隐患处理情况也要按要求认真记录。③填好设备故障修理单。当有关技术人员会同维修人员对设备故障进行分析处理后，要把详细情况填入作为主要信息源的故障修理单。2）故障分析内容与方法（1）故障原因分类开展故障原因分类时，对故障原因种类的划分应按照统一的原则。因此，应先规范本企业的故障原因种类，明确每种故障所包含的内容。划分故障原因种类时，要结合本企业故障管理的实际需要和本企业拥有的设备种类。根据划分的故障原因种类，容易看出每种故障的主要原因或存在的问题。当设备发生故障后，在进行鉴定时，需按同一规定确定故障的原因。当每种故障所包含的内容已有明确规定时，便不难根据故障原因的统计资料发现设备产生故障的主要原因。（2）典型故障分析在进行故障原因分类分析时，由于不同原因造成故障的后果不同，因此，通过故障原因分类分析来改善管理的经济效果并不明显。典型故障分析则是从故障造成的后果出发，抓住影响经济效益的主要因素进行分析，采取有针对性的措施，并抓住重点进行改进管理，以求取得较好的经济效益。这样不断地循环，效果更加显著。影响经济效益的3个主要因素是故障频率、停机时间和修理费用。故障频率是指某单台设备或者系统在统计期内（如一年）发生故障的次数；故障停机时间是指每次故障发生后单机或者系统停止生产运行的时间。这两个因素都会直接对产品的生产输出产生影响，降低企业的经济效益。修理费用是指修复设备故障的直接费用损失，包括材料费和工时费。典型故障分析就是将一个时期内企业或者车间内所发生的故障情况，根据上述3个主要因素的记录数据进行分析，提出3组最高数据，对重点问题进行特定分析和改善管理。（3）MTBF分析法设备的MTBF（MeanTimeBetweenFailure，平均故障间隔时间）是一项在设备投入使用后较易测定的可靠性参数，被广泛应用于评价设备使用期的可靠性。可通过进行MTBF分析，对设备故障是怎样发生的有所了解。MTBF分析一般按下述步骤进行。①选择分析对象。为了分析同一规格和型号，并且使用条件相似的多台设备的故障规律，首先所选分析设备应具有代表性。使用中的各种条件，如加工产品、使用环境、切削负荷、台时利用率、操作人员、维修保养等条件都应处于设备允许范围的中间值。分析对象MTBF不应太悬殊，否则，应认真检查原始记录有无问题。其次是对使用条件、故障内容等作详细研究分析，确定是否是由起支配作用的故障造成的，若查不出原因，就只能将MTBF分析结果作废。②规定观测时间。记录下观测时间内该设备的全部故障。观测时间应不短于该设备中寿命较长的磨损件的修理（更换）期，一般连续观测记录2～3年，可充分发现影响MTBF的故障。要记录下观测期内发生的全部故障，包括突发故障和预测中将要发生故障的部位、有关数据资料、发生日期、处理方法、修理工时、停机时间、修理人员数等，并保证数据的准确性。③数据分析。在观测期内，设备的故障间隔和维修停机时间按发生时间的先后依次排列，形成图8.3。图8.3观测期内设备的故障间隔和维修停机时间分布将各故障间隔时间t1，t2，…，tn相加，除以故障次数n0，即可得将各次修理的停机时间t01，t02，…，t0n相加，除以修理故障次数n0，即可得到平均修理时间为如果MTBF分析的目的是为了了解故障发生的规律，则应把所有原因造成的故障，包括非设备本身原因造成的故障都统计在内。如果测定MTBF的目的是求可靠性数据，则应在故障统计中剔除那些非正常情况造成的故障，如明显的人为破坏、自然灾害、超设备性能使用等原因造成的设备故障。如果把故障记录工作一直进行下去，当设备进入使用的后期（损耗故障期），将会出现故障密集现象，不仅仅是易损件，就连一些基础件也连续发生故障而形成故障流，且故障流的间隔时间也会显著缩短。通过对多台相同设备的故障记录分析，就可以科学地估计出该设备进入损耗故障期的时间，为合理地确定预防修理的时间创造条件。（4）统计分析法通过统计某一设备或同类设备的零部件因某方面技术问题，如腐蚀强度等所发生的故障，占该设备或该类设备各种故障的百分比，进而分析设备故障发生的主要问题，为修理和经营决策提供依据的一种故障分析法，称为统计分析法。（5）分步分析法分步分析法是对设备故障的分析范围由粗到细、由大到小逐步进行，最终找出主要故障的形成原因或频率最高的设备零部件，从而采取对策。这对连续型生产企业准确地分析故障的主要原因很有帮助。（6）故障树分析法①故障树分析法的产生与特点从系统的角度来说，故障的产生原因既有设备中具体部件的缺陷和性能恶化，也有软件，如自控装置中的程序错误等。此外，还会存在现场操作人员操作不当等原因而引起的损坏故障。故障树分析法产生的背景是20世纪60年代初，随着载人宇航飞行，洲际导弹的发射，以及原子能、核电站的应用等尖端和军事科学技术的发展，需要对一些极为复杂的系统作出有效的可靠性与安全性评价。故障树分析法（FailureTreeAnalysis，FTA）是1961年由美国贝尔电话研究室的华特先生首先提出的。其后，在航空和航天的设计、维修，原子反应堆，大型设备以及大型电子计算机系统中得到了广泛的应用。目前，故障树分析法虽还处在不断完善的发展阶段，但其应用范围仍在不断扩大，是一种很有发展潜力的故障分析法。总的来说，故障树分析法具有以下特点：•它是一种从系统到部件，再到零件逐层“下降”的分析方法。从系统开始，通过由逻辑符号绘制出一个逐渐展开的树状分枝图来分析故障事件（又称顶端事件）发生的概率。同时也可以用来分析零部件或子系统故障对系统故障的影响，其中包括环境因素、人为因素和其他因素在内。•它不但可以对系统故障作定性的分析，也可以作定量的分析；不仅可以分析由单一构件所引起的系统故障，而且也可以分析由多个构件产生的系统故障。因为故障树分析法使用的是逻辑图，因此，不论是对设计人员还是使用和维修人员而言，都比较容易掌握和运用，并且由它可派生出其他专门用的“树”。例如，可以绘制出专门用于研究维修的维修树和用于研究经济效益及方案比较的决策树等。由于故障树是一种由逻辑门构成的逻辑图，因此适合用电子计算机来计算，而且对于复杂系统的故障树的构成和分析，也只有在应用计算机的条件下才能实现。显然，故障树分析法也存在一些缺点。其中最主要的是构造故障树的多余量相当繁杂，难度也相对较大，因此对分析人员的要求也较高，从而限制了它的普及和进一步推广。在构造故障树时要运用逻辑运算，在其未被一般分析人员充分掌握的情况下，很容易发生错误。例如，很有可能漏掉影响系统故障的重大事件；同时，由于每个分析人员所取的研究范围各有不同，其所得结论也有可能不同。②故障树的构成和顶端事件的选取同一种系统可以有各种不同的故障状态。所以在应用故障树分析法时，首先应根据任务要求选定一个特定的故障状态作为故障树的顶端事件，该顶端事件是所要进行分析的对象和目的。因此，顶端事件的发生与否必须有明确定义，应当可以用概率来度量，而且从顶端事件起可向下继续分解，最后能找出造成这种故障状态的可能原因。构造故障树是故障树分析中最关键的一步，通常要由设计人员、使用维修人员、可靠性工作人员合作完成，设计人员、使用维修人员、可靠性工作人员通过细致分析，找出系统故障和导致该故障的诸多因素的逻辑关系，并将这种关系用特定的图形符号，即事件符号与逻辑符号表示出来，构造出一棵以顶端事件为“根”向下倒长的故障树。故障树的基本结构及组成部分如图8.4所示。图8.4故障树的基本结构③故障树用的图形符号在绘制故障树时需应用规定的图形符号。符号可分为两类，即逻辑符号和事件符号，其中常用的符号如表8.1和表8.2所示。表8.1逻辑符号表8.2事件时间符号3.设备故障管理的程序设备故障管理的目的是在故障发生前通过对设备状态的监测与诊断，掌握设备有无劣化情况，以发现故障的隐患和征兆，并及时进行预防和维修，提前预防故障的发生；在故障发生后，应及时分析故障发生的原因，积极研究对策，并采取措施排除故障或改善设备，同时防止故障再次发生。要做好设备故障管理，就必须认真分析发生故障的具体原因，积累典型故障和常发故障的数据和资料，开展故障分析，重视故障的发生规律和故障的发生机理研究，同时加强日常维护和检修。这样就可避免突发性故障，并合理控制渐发性故障。设备故障管理的程序如下：①做好宣传教育工作，使维修工人和操作工人能够自觉地认识并遵守有关操作、检查、维护等规章制度，从而正确地使用和维护设备，并在设备发生故障时能够认真地记录、统计和分析。②结合本企业生产实际和设备状况及特点，确定设备故障管理的重点。③采用适宜的诊断技术和监测仪器对重点设备制订合理的监测计划，并按计划进行监测，及时发现故障征兆。一般设备可通过人的感官及一般检测工具进行日常点检、定期检查（包括精度检查）、巡回检查、完好状态检查等工作。着重掌握容易引起故障的部位、机构和零件的技术状态及异常信息。同时要建立检查标准，确定设备正常、异常和故障的界限。④为了迅速查找出设备故障的部位和原因，除了通过培训教育使维修和操作工人掌握一定的电气和液压技术知识外，还应把设备常见的故障现象、排除方法、分析步骤汇编成故障査找逻辑程序图表，以便在故障发生后能迅速找出故障部位和原因，及时进行故障排除和修复，减少故障处理时间。⑤完善故障记录制度。故障记录是实现故障管理的基础资料，又是进行故障分析的原始依据，必须完整正确地进行记录。维修工人在现场检查和处理故障后，应按要求认真填写“设备故障修理单”，车间技术人员与动力员按月统计、分析，并报送设备动力管理部门。⑥及时进行故障的统计与分析。车间设备技术人员和动力员除日常掌握