（化学工程专业论文）化工企业生产设备预防性维护策略研究.pdf

大连理t 大学专业学位硕十学位论文 摘要 以可靠性为中心的维修( r c m ) 是一种将预防维修、预知维修和主动维修等相结合 起来的总体维修模式，是在制定生产维修策略时，自觉地以故障模式的最新研究成果作 为依据，对故障后果进行评价、分析综合出的有关安全、运行经济性和费用节省的维修 策略。 辽阳石化分公司( 简称辽化，下同) 的设备维护方式远落后于设备和装置的技术改 造。本文在以可靠性为中心的维修( r c m ) 理论的基础上，对辽化的转机主要检修设备 即泵类设备故障检修进行系统的、深入的总结分析，以期建立辽化生产维护策略，从而 指导辽化生产维护系统。本文主要内容和结论如下： ( 1 ) 介绍了辽化设备维护工作的现状，通过对辽化一段时期内的设备维护数据总 结分析发现：泵类设备的维护工作占了整体维护工作的一半。并且超过8 5 的泵类设备 是由离心泵和往复泵组成的。辽化泵类设备的问题主要发生在这两类泵上； ( 2 ) 介绍了辽化泵类设备失效的部位及失效形式。分析发现：超过9 7 以上的泵 类故障是由密封泄漏、泵振动异常及轴承温度过高造成的。其中密封泄漏占绝对重要的 地位。泵类设备的故障形式可简化为以下3 种：密封泄漏、振动异常、其他因素； ( 3 ) 总结提出以泵类设备为主体的风险水平图模型，根据设备的潜在风险水平将 图分为三个区域，即安全区，预警区和危险区。这一模型将失效概率与失效后果结合起 来考虑。 ( 4 ) 确定了泵类设备检修与维护的定量法包括定值法和定界法。定值法优点是应 用简单，计算方便，缺点是给出的特定值需要在应用中反复实践。定界法优点是直观易 懂，可行性强，不足是应用者要有丰富现场经验和专家来定界。 ( 5 ) 通过对辽阳石化分公司现行生产设备维护管理的框架进行了研究，建立了泵 类设备的消耗点采购方法，以期提高维护可靠性、减少维护成本和降低设备维修备件库 存。 ( 6 ) 应用以可靠性为中心的维修理论建立了辽阳石化分公司的泵类设备预防性维 修大纲，并在现场的设备管理中进行验证，取得了一定的成果。 关键词：以可靠性为中心的维修( r c m ) ；设备生产维护工程；预防维护；故障模式 化：l ：企业生产设备预防性维护策略研究 t h er e s e a r c ho np r e v e n t i v em a i n t e n a n c es t r a t e g y o fp r o d u c t i o ne q u i p m e n ti nc h e m i c a lp l a n t a b s t r a c t r e l i a b i l i t yc e n t e r e dm a i n t e n a n c e ( r c m ) l saw h o l em a i n t a i n i n gm o d e lc o m b i n e dw i t h p r e v e n t a t i v em a i n t e n a n c ea n dp r e v i o u sm a i n t e n a n c ew i t ha c t i v em a i n t a i n i n g t h i ss t r a t e g yi sa s y n t h e s i so fa n a l y s i sa n de v a l u a t i o no ft h es y s t e ms a f e t y ，p e r f o r m a n c ea n de c o n o m i c s c o m b i n e dw i t ht h el a t e s tf a i l u r em o d ea n de f f e c tr e s e a r c hw h e nm a k i n gp r o d u c t i o n m a i n t e n a n c es t r a t e g y t h ep r o g r e s si np r o d u c t i o nm a i n t e n a n c ee n g i n e e r i n gi nl i a o y a n gp e t r o c h e m i c a l c o m p a n yl a g sb e h i n dt h et e c h n i c a lr e n e w a lo ft h ee q u i p m e n ta n df a c i l i t y s ob a s e do nt h e r e l i a b i l i t y - c e n t e r e dm a i n t e n a n c e ( r c m ) t h e o r yi nt h i sa r t i c l e ，t h ea u t h o rs u m m a r i z e da n d a n a l y s e dt ot h ec h i e fo v e r h a u l e df a c i l i t y ，t h a ti st h ep u m pf a c i l i t ys y s t e m i ca n dd e e p l y w i t ha v i e wt ot h ee s t a b l i s h m e n to fp r o d u c t i o ns a f e g u a r d i n gs t r a t e g y ，i tc a nb eg u i d e d e dt ot h e p r o d u c t i o ns a f e g u a r ds y s t e mo fl i a o y a n gp e t r o c h e m i c a lc o m p a n y t h em a i nc o n t e n t sa n d c o n c l u s i o n so ft h i sp a p e ra r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) t h es t s t u st om a i n t e n a n c ew o r ko f l i a o h u ab a s i se q u i p m e n ti si n t r o d u c e d t h r o u g h t h ef a c i l i t ym a i n t e n a n c ed a t ao fl i a o y a n gp e t r o c h e m i c a l ，t h e s er u l e sa r ef o u n d e d ：t h e m a i n t e n a n c eo fp u m pe q u i p m e n ta c c o u n t sf o rt h eo v e r a l lm a i n t e n a n c eo fa b o u th a l f a n dm o r e t h a t8 5 o ft h ep u m pe q u i p m e n ti sc e n t r i f u r a la n dr e c i p r o c a t i n gp u m p ( s h i e l d i n gp u m p sa r e c e n t r i f u g a lp u m p s ) t h em a i np r o b l e m sw e r eo c c u r r e di nt h e s et w ot y p e so fp u m p ( 2 ) f a i l u r el o c m i o na n df a i l u r em o d eo fp u m p a r ei n t r o d u c e di nl i a o y a n gp e t r o c h e m i c a l c o m p a n y t h er e s u l t si n d i d a t e st h a tm o r et h a t9 7 o fe q u i p m e n tf a i l u r e sa r es e a l i n g l e a k i n g ，p u m p i n ga b n o r m a lv i b r a t i o na n db e a r i n gh i g ht e m p e r a t u r e a b o v et h e s ef a c t o e s ，s e a l i n g l e a k i n gi st h em o s ti m p o r t a n tp a r t s i m p l y , t h e r ea r et h r e ek i n do ff a u l t si np u m p ：s e a l i n g l e a k i n g ，a b n o r m a lv i b r a t i o na n do t h e rf a c t o r s ( 3 ) t h er i s kl e v e lm a pi ss u m e du p t h r e ek i n do f a r e a sa r ed i v i d ea st h ef a c i l i t y s p o t e n t i a lr i s k ，t h a ti s ，s a f ea r e a ，w a r n i n ga r e aa n dd a n g e ra r e a t h i sm o d e li sc o m b i n e dt h e f a i l u r ep r o b a b i l i t ya n df a i l u r er e s u l t ( 4 ) t h eq u a n t i t a t i v em e t h o dt od e t e r m i n et h ep u m pe q u i t m e n to v e r a l la n dm a i n t e n a n c e a r ef i x e dv a l u em e t h o da n df i x e db o u n d a r ym e t h o d t h ea d v a n t a g eo ff i x e dv a l u em e t h o di s s i m p l yu e s da n dc o n v e n i e n tc a l c u l a t i o n t h ed i s a d v a n t a g ei st h a tt h e 百y e nv a l u es h o u l db e u s e di np r a c t i s e dr e p e a t e d l y t h ea d v a n t a g e do ft h ef i x e db o u n d a r ym e t h o di ss i m p l ya n de a s i l y 大连理l - x 学专业学位硕 ：学位论文 u n d e r s t o o dw i t has t r o n gf e a s i b i l i t y t h ed i s a d v a n t a g e di st h a tt h eu s e rs h o u l dh a v ea p l e n t yo f e x p e r i e n c ea n dt h eb o u n d a ys h o u l db ed i c i d e db yt h ee x p e l s ( 5 ) t h r o u g ht h er e s e a r c ho nf r a m e w o r ko f p r o d u c t i o nf a c i l i t ym a i n t e n a n c ea n d m a n a g e m e n ti nl i a o y a n gp e t r o c h e m i c a lc o m p a n y , t h em a t h e m a t i c a lm o d e lo f t h ep u m pd e v i c e f a u l td e t e c t i o nc y c l ea n dc o n s u m p t i o np o i n t p r o c u r e m e n ta r ee s t a b l i s h m e n ti no u d e r t or a i s et h e e c p e c t a t i o n s ，r e d u c em a i n t e n a n c ec o s ta n dl o w e rm a i n t e n a n c eo fe q u i t m e n ts p a r ep a n s i n v e n t o r y ( 6 ) t h ep u m pe q u i t m e n tp r e v e n t i v em a i n t e n a n c eo u t l i n ei se s t a b l i s h e da c c o r d i n gt ot h e r e l i a b i l i t yc e n t e r e dm a i n t e n a n c et h e o r yi nl i a o y a n gp e t r o c h e m i c a lc o m p a n y , a n di th a sb e e n p r o v e dw e l li nt h ef i l e do fe q u i p m e n tm a n a g e m e n t k e yw o r d s ：r e t i a b i t i t yc e n t e r e dm a i n t e n a n c e ；p r o d u c t i o nm a i n t e n a n c eo f e q u i p m e n t ；p r e v e n t i v em a i n t e n a n c e ；f a i l u r em o d e 大连理工大学学位论文独创性声明 作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究 工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外， 本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请 学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献 均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文题目：毡王全些生庄遮叠亟堕性维塑筮喳盟究 一 作者签名：垂湛壶日期：2q q 2 年月l 日 人连理t ：大学硕：卜学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本人完全了解学校有关学位论文知识产权的规定，在校攻读学位期间 论文工作的知识产权属于大连理工大学，允许论文被查阅和借阅。学校有 权保留论文并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，可以将 本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印、或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 学位论文题目：丝三全些生庄遮叠亟堕! 眭维塑筮坠盟究 作者签名：曼笠虹一一 日期：玉丝军一年l 月型一日 导师签名：一驻壶一一一 日期：坐2 年二_ 月三 日 大连理j ：人学专业学位硕十学位论文 己i 言 l 口 现代设备正在朝着大型化、高速化、精密化、电子化、自动化等方向快速发展，这 给企业和社会带来了一系列新问题，对设备生产维护工作提出了严峻的挑战。 与传统设备不同，现代设备的维修费用、设备生产维护工程已经不再是一项辅助性 投入，而是成为企业建设的重要组成部分；另外维修效益、管理效果己经不再是微不足 道的因素，而是成为影响企业的总体投资和损耗、生产的安全性、产品质量、市场竞争 力、环境保护等众多重大方面的重要因素。所以现代设备从研究、设计、制造、安装调 试到使用、维修、改造、报废等各个环节都需要进行管理，既要改善设备性能、提高素 质，又要优化设备效能，发挥设备投资效益，现代设备管理已经发展成为一项社会系统 工程。 当代企业向着集团化、大型化、连续化、高速化、精密化、自动化、流程化、综合 化和计算机化方向的持续发展，现代化的设备更复杂，具有更强的系统特征，生产维护 工程也变得越来越复杂。因此，企业要求有更先进的设备维修管理。 中国石油股份公司辽阳石化分公司( 简称辽化) 是1 9 7 2 年引进法、美、日、德等 国技术和设备建设的中国四大化纤基地之一。辽化在过去3 0 多年里，不断地学习先进 的生产维护工程和管理经验，采用了一些设备维修新技术，特别是在设备故障监测方面 取得了一定的成绩，但总体来说还存在很多问题，设备维修管理工作还需深入研究总结。 作者在可靠性维修理论的基础上，对辽化的泵类设备故障检修进行系统的、深入的 总结，以期建立辽化生产维护策略，从而指导辽化生产维护系统。 化i ：企业生产没备预防性维护策略研究 1文献综述 1 1设备生产维护工程简介 设备生产维护工程是指设备在使用过程中，其零部件材质和工作条件的不同，随着 零部件磨损程度逐渐加大，设备的技术状态将逐步变化。一些零部件因磨损而失去原有 的功能和精度，设备出现故障，使整机丧失使用价值。设备技术状态劣化或发生故障后， 为了恢复其功能和精度而采取的更换或修复磨损、失效的零部件( 包括基准件) ，并对 整机或局部进行拆装、调整的技术活动。广义的设备生产维护工程包含预防维护、生产 维护、计划检修和应急抢修。狭义的设备生产维护工程包含日常生产维护、健康诊断和 早期治疗。 随着科学技术的迅速发展，设备现代化水平的迅速提高，现代设备的特点较传统设 备发生了重大改变：设备的容量、规模和能力越来越大；设备的运转速度、运行速度、 运算速度以及化学反应速度大大加强；决定零件使用性能的最终加工精度和表面质量越 来越高；在微电子科学、自动控制与计算机科学的高度发展下，以机电一体化为特色的 崭新一代设备逐渐代替传统的机器设备，设备的自动化水平越来越高。现代设备正在朝 着大型化、高速化、精密化、电子化、自动化等方向快速发展，这给企业和社会带来了 一系列新问题，对设备生产维护工作提出了严峻的挑战。一方面维修费用、设备生产维 护工程已经不再是一项辅助性投入，而是成为企业建设的重要组成部分；另一方面维修 效益、管理效果己经不再是微不足道的因素，而是成为影响企业的总体投资和损耗、生 产的安全性、产品质量、市场竞争力、环境保护等众多重大方面的重要因素。所以现代 设备从研究、设计、制造、安装调试到使用、维修、改造、报废等各个环节都需要进行 管理，既要改善设备性能、提高素质，又要优化设备效能，发挥设备投资效益，现代设 备管理已经发展成为一项社会系统工程。 当代企业向着集团化、大型化、连续化、高速化、精密化、自动化、流程化、综合 化和计算机化方向的持续发展，先进的设备与落后的维修能力的矛盾同益严重。一方面， 企业要求增加设备自诊断能力和可维修性，要求设备具有更高的可靠性，甚至引入无维 修计划。另一方面，呼唤更良好的售后服务和社会化维修力量，减轻企业设备维修的 负担。然而，这些目标的实现需要一个发展过程，一个矛盾的解决，一个新的矛盾又可 能出现。例如故障监测报警系统的出现，该系统的可靠性、准确性又成为企业所担忧的 问题，有些企业把过于敏感，经常造成误报警的故障监测报警系统拆掉，回到人工诊断。 人连理工大学专业学位硕十学位论文 现代化的设备更复杂，具有更强的系统特征，生产维护工程也变得越来越复杂。因 此，企业要求有更先进的设备维修管理。近年来的企业发展表明，随着设备技术的进步， 企业的操作人员不断减少，而设备维修人员保持不变或不断增加。当代气动技术和计算 机技术为一体的复杂设备要求设备维修人员要是机电仪一体化的，当代的设备维修已经 不是传统意义上的维修工作了。 先进的设备需要先进的维修技术和先进的管理模式。当代的设备生产维护工程已成 为一门综合性的、系统的科学。面对复杂多变的需要，生产维护工程必须与不断变化的 设备生产维护需求相适应，认识设备故障对安全和环境的影响，认识生产维护和产品质 量之间的关系，以及生产维护费用给控制成本所增加的压力；认识生产维护工程的技术、 意义和方法，提高维修的可靠性。 1 2 设备生产维护工程的发展 设备生产维护工程的发展可分为三个阶段【2 】。第一阶段是第二次世界大战前的一段 时间，在这一时期的设备维修基本上采用事后维修策略。第二阶段是第二次世界大战到 2 0 世纪6 0 年代，设备维修的预防维修制度迅速得到发展、完善和推广，在这一时期的 设备维修策略为定期维修策略。第三阶段是指从6 0 年代到现在的这几十年时间，在这 3 0 多年中，各个领域的科学技术都得到了迅猛的发展。由于设备现代化程度的提高，其 结构也变得越来越复杂。在复杂的设备中，许多零部件的失效是随机的，零部件越多， 这种随机性失效越高。为了适应新时期的需要，在这一阶段时间旱出现了视情节的维修 方式，即视情维修。它是随着状态监测技术和检测仪器的发展，根据设备所处的状态来 决定维修时期的维修方法。 人们已在设备维护管理方面作了许多探索，生产维护工程在国内外相继提出了多种 维修策略，如美国的“后勤学”、英国的“设备综合工程学”，以及近年受到世界各国 瞩目的r 本的“全员生产维护”( t p m ) ，形成了当前有关设备维修的三个体系。“后 勤学 追求经济的寿命周期费用是从系统工程的角度宏观地来进行探索：“设备综合工 程学”是对一套设备，由制造到使用的整个过程来进行探索；而“全员生产维护”大大 缩小了其范畴，追求设备综合效率始终是围绕着设备的维修在进行。 进入8 0 年代，综合维修方式【3 】出现，这一维修策略强调以可靠性为中心的维修思想。 它是以设备固有可靠性为着眼点，针对不同设备的故障规律和性质，通过特定的逻辑决 断分析方法，确定出复杂设备预定维修项目、维修方式及最佳维修时间。另外，企业的 利润的关键是系统可靠性，特别是石油化工企业，企业的主要技术性挑战已由过去的安 全问题逐步转变到了可靠性问题。例如，一套合成氨装置的完好率由9 5 下降剑8 5 和 化l ：企业生产设备预防性维护策略研究 7 5 时，企业的总利润下降到5 0 和1 0 1 4 1 。实践表明，可靠性在企业经济效益中起重 要的作用，是各种企业活动的前提。 以可靠性为中心的维修( r e l i a b i l i t yc e n t e r e dm a i n t e n a n c e ，简称r c m ) 是6 0 年代 以来设备维护相关研究的主流方向，是一种用于确定某种设备在其运行环境下维修需求 的方法，是一种预防维修、预知维修和主动维修等结合起来的总体维修模式，以可靠性 为中心的维修即不是追求经济的周期费用，也不是追求设备的综合效率，而是围绕设备 进行维修策略的探索，在故障模式、故障影响和故障后果基础上，建立设备维修策略。 其实质就是依据设备本身固有可靠性和使用可靠性，结合设备的故障规律，采取科学分 析的方法，进行技术论证，针对问题的实际情况，作必要的维修工作。 1 3 设备管理维修理论 1 3 1基本概念 设备在使用过程中的失效时间是随机的。同一类型设备，有的使用几年才出故障， 有的使用几个月就出故障。但就一批设备而言，失效时间是遵循统计规律的。因此，在 设备的量化维修管理中经常用到概率统计的概念。如：可用度与维修度、失效率与维修 率等。 一 ，可 l 卜】i ”j t - ， 一 卜一能工作时间哆 _ 研：能工作时间啼 总维修时间非维修日寸间 - 工作时间啼j 命时间- ( n l d( a l d d ( o d( s t ) j i l 一一 l i _。 1 t c m t t p m 7 c7 l p ” 图1 1 设备总l 作时间历程的分解 f i g 1 1d e c o m p o s i n go ff a c i l i t yw o r kt i m e 雠叫 ( 1 ) 可用度与维修度 对于可维修系统，不仅关心其失效的概率，也关心它的失效次数，并且对修理需要 的时间也感兴趣。因此，引入了可用度和维修度的概念【7 1 。可用度定义为，在任一个随 机时刻，当任务需要时，设备在任务时刻处于可投入使用状态的概率。可用度是与时间 相关联的。如上图1 1 是把一台设备总工作时间历程分解为若干段m 12 1 ，图中用于存贮、 大连理l ：人学专业学位硕+ 学位论文 搬运等的时问为“非工作时间”。在预期的总时间( t t ) 中，包含能工作时间和不能工 作时间。能工作时间又分为实际使用时间( o t ) 和虽能使用但末加以使用的时间( s t ) ； 不能工作时间则由总的进行维修时间( t m t ) 和用在行政管理和后勤供应工作等方面的 非维修时问( a l d t ) 组成。在总维修时间( t m t ) 中包含了用于非计划维修时间( t c m ) 和用于计划维修时间( t p m ) ；非维修时间( a l d t ) 中包含了在进行非计划维修和计 划维修时所用的非维修时间( c ) 和( p ) 。按定义，可用度a 的基本数字表达式为： 能工作b , - t l 可能工作时间 a = 总工作时间能工作时间+ 不能工作时间 o t s t a f o t + s t + t c m + t p m + a l d t ( 1 1 ) 维修度是系统在规定的条件下进行修理时，在规定的时间内，保持或恢复到规定的 状态的概率。它是作为修理过程的数量描述的一种参数，也是概率参数。显然，维修度 是时间t 的函数，记为m ( t ) 。 ( 2 ) 失效率与维修率 系统在运行过程中总会由于种种原因而出现故障，把工作到某时刻尚未出故障的产 品，在该时刻后单位时间内发生故障的概率称失效率1 3 1 ( 故障率) 。记为： 力( f ) ：盟 ( 1 2 ) n s ( t ) d ( f ) 式中 n s ( t ) - 到时刻，尚未出故障的产品数，称残存产品数； d r ( t ) ：到t 时刻后，出时间内出故障的产品数； 入( t ) ：失效率，它是时间t 的函数。 维修率函数u ( t ) 是单位时间内瞬态修复的概率，它的统计定义是 础卜= 。l i m 鬻 ( 1 3 ) 式中 n ：产品发生故障的次数； n ( t ) ：t 时间内产品被修复的次数。 在实际操作中n 通常为有限值，可以用估计量u ( t ) 来近似表示u ( t ) 。 化一t ：企业生产设备预防性维护策略研究 u “) ：n ( t + a t ) - n ( t ) n 一( 纠a t 对于入( t ) 为常数情况计算方法为【5 】； 失效次数 a 伤= ( 1 4 ) 失效发生的那段时间的长度 ( 1 5 ) 因此入又称为平均故障间隔时间m t b f ( m e a nt i m eb e t w e e nf a i l u r e s ) 。 维修率u 的倒数l u 就是修复所需的时间，即故障平均修复时问m t t r ( m e a nt i m e t or e p a i r ) 。 ( 3 ) 随机故障和耗损故障期 一般机械产品的失效率都服从如图2 2 所示的浴盆曲线。在经过了磨合期后的较长 时间，设备基本上能正常工作，这段时间称为随机故障期。此期问内可近似认为入( t ) _ 常数。当设备使用时间t 到达某一时刻t 后入( t ) 不再为常数。而是时间的递增函数，称 t 以后直至报废这阶段为耗损寿命期。 失效率九 t时间t 图1 2 设备寿命过程曲线 f i g 1 2 l i f ec u r v eo ff a c i l i t y 1 3 2 设备失效统计分布 任何可修复的机械设备，其失效时间t 和失效后的修复时间都是服从一定的分布规 律。利用分布函数就能反映这种规律。常用的适合机械设备的连续型分布有指数分布、 正态分布、对数分布和威布尔分布。对于以上几种不同的连续型分布，其故障率函数入 ( t ) 、故障率密度函数f i t ) 和故障分布函数f ( t ) t 1 4 l 。 指数分布是单参数分布。其特点是 人连理丁大学专业学位硕十学位论文 ( 1 ) 故障率为常数，一般机械产品在随机故障期的故障率接近常数。 ( 2 ) 无记忆性，即产品经过一段时问的工作后，仍如同新的一样。 指数分布适用于具有恒定故障率的设备，在耗损故障前进行定时维修的设备，由随 机高应力导致偶然故障的部件以及使用寿命期内出现的故障为弱耗损型的部件。 正态分布是双参数分布。分布参数为均值u 和方差0 2 0 它是一种广泛应用的分布， 表示为n ( u ，02 ) 。正态分布的特点是故障率入( t ) 是随时间增长而增长的。它适合于因 磨损、耗损、蜕化等原因发生故障的产品寿命等场合。 对数正态分布是指随机变量y 本身不服从正态分布，而其对数l n y 服从正态分布。 它也是双参数分布，记为l n ( 1 t ，02 ) 。 威布尔分布是连续分布。它的适用范围很广泛，很多机械、机电、电器、电子产品 都可以用威布尔分布来描述。因为它是一种“通用分布”，即当其形状指数m 不同时接 近不同的分布。当m = l 时，入( t ) = 常数，此时相当于指数分布。当m = 2 0 时，它和对数 正态分布接近。当m = 2 4 ( 尤其是m = 3 2 ) 时它接近正态分布。 1 3 3 设备维修级别和方式 ( 1 ) 维修级别 所谓维修就是确保设备保持实现其设计功能的状态的行为【l5 1 。当设备状态偏离其设 计功能时就必须对其进行状态补偿即为维修。根据设备状态偏离其设计功能的距离大小 和严重程度，确定相应的维修程度。这个维修程度就叫作维修级别。一般按可用于维修 的设施，将维修活动分为三个级别：使用现场级( 小修) 、中间级( 中修) 和维修基地 级( 大修) 。在铁路机车维修级别中有零修、轮修、架修、大修。把零修划归使用现场 级、轮修为中间级、架修和大修为基地级。在设备维修活动中，大修是最高维修级别。 大修作业一般都是在专业工厂进行的。大修要恢复设备技术性能所规定内容的全部作 业，包括设备的全部拆卸、零件清洗和破损检查，以及修复更换所有磨损失效零件和其 它失效零部件。 设备大修活动是耗工时最长，更换和修复零部件最多的修理级别。其停工损失和维 修费用决定了它在维修活动中的重要地位。设备大修时机决策直接影响着设备使用的经 济性。一般在作大修时机决策时要追求的目标是使维修费用与设备劣化及停机损失之和 达到最小。求解设备最佳大修周期是许多研究人员在致力研究的内容，也提出了多种求 解办法。现有求解途径有以下几种【l 昏憾】。 基于可靠性实验求解法 化r ：企业生产设备预防性维护策略研究 这种方法是由制造厂家通过可靠性实验求得合理大修周期并向用户推荐或规定的 大修周期。其缺点是没有考虑设备使用过程中用户的不同维护、维修水平对设备性能劣 化的影响，即在求解过程中没有考虑设备现时所处的状态。国内在2 0 世纪7 0 年代以前 大多执行这种由制造厂家规定或推荐的维修规范。 基于磨损率的求解法 这种求解法是把设备的初装配间隙、磨损率和极限问隙作为常数，通过公式求解大 修间隔时间t 。 极限间隙一装配初始间隙 辟 平均密损率 r ，n 厶v 这种求解方法的缺点是只考虑了磨损一种失效形式；在求解过程中很难求到“平均 磨损率”，并且同类的运动副其装配的间隙、磨损量和某一工作时刻的间隙都是不相同 的，也是不易测到的，并且该方法在求解过程中没有考虑设备现时所处的状态。 基于可用度的求解法 基于可用度的求解法就是使设备在选定的大修间隔期内的可用度最大。这种方法也 叫最大可用度法。这种方法依赖于统计资料，没有考虑设备现时所处的状态。 ( 2 ) 维修方式 国内目前采用的维修方式有下面3 种：定期维修、事后维修和视情维修。选择维修 方式是综合设备的经济性、可靠性、极限状态等因素进行决策的。 目前，在生产实际中，定期维修方式还正被许多厂家采用。完全的视情维修还有赖 于监测、诊断水平的进一步提高。因此确定一个规范的大修周期是很必要的。 1 3 4 马尔可夫过程介绍 可用度a 是与时间有关的，因此a 是时间t 的函数，记为a ( t ) 。它用来描述设备在 任一时刻处于可用或不可用的状态。以下的研究表明，当设备出现故障的过程为马尔可 夫过程时，可以方便地由数字公式求出任一时刻的可用剧”啦】。 马尔可夫( m a r k o v ) 过程f 2 3 之4 1 是具有无后效性的随机过程。所谓无后效性是指当过 程在时刻t m 所处的状态为已知时，过程在大于t m 的时刻t 所处状态的概率特性只与过程 在t m 时刻所处的状态有关，而与过程在t m 时刻以前的状态无关。如果把时刻t m 作为“现 在”，以后的时刻为“将来”，以前的时刻作为“过去”，那么无后效性也可解释为过 程在已经现在状态的条件下，将来的状态只与现在的状态有关，而与过去的状态无关。 大连理l ：人学专业学位硕+ 学位论文 马尔可夫过程 x ( t ) ，t t 按参数集t 和状念空间e 的情况一般可分为下列三类： ( 1 ) 时问离散、状态离散的马尔可夫过程。 ( 2 ) 时间连续、状态离散的马尔可夫过程。 ( 3 ) 时间连续、状态连续的马尔可夫过程。 下面只介绍时间连续、状态离散的马尔可夫过程。 定义：设时间连续、状态离散的随机过程 x ( t ) ，t o ，o 。 状态空间为e ，若对于 任意整数m ( m 2 ) ，任意m 个时刻t 1 ，t 2 ，t m ( o t l 0 ( 1 8 ) 设备摩擦学系统在工作中的任一时刻t 是处于工作状态、故障状态、还是修理状态， 这是个随机现象。要预测一个系统在时刻t 的状态，必须要用到系统的状态概率来描述。 可用度可以用来描述系统在任一时刻可工作的概率。但是如何才能根据系统现有的状态 来确定它在将来任一时刻t 的状态呢? 上述马尔可夫过程正是具有这个性质的随机过 程，即当过程在某时刻t i 的状态已知，那么在t i 以后任一时刻乜时，过程处于各种状态 的概率就完全确定，而不受t j 之前任一时刻过程所处状态的影响。因此，只要设备摩擦 学系统是马尔可夫过程，就可以在已知系统开始工作时状态的前提下，方便地确定在任 意时刻t 系统处于可工作状态的概率，而与以前的状态无关。 一般来说，机械设备转动系统的故障分布可以用威布尔分布函数来描述，也可以用 指数函数来描述( 在随机故障寿命期) 。故障的出现完全是一种随机现象。所以，其寿 命过程( 故障出现过程) 是随机过程。机械设备转动系统故障按其发生的先后过程可分 化i ：企业生产设备预防性维护策略研究 为两种：其一是由于系统本身的初始缺陷造成的，主要是由于设计、加工、安装等原因 造成的；其二是系统在运行过程中，由于摩擦等行为引起的设备固有的力学、物理和化 学等性能的变化，从而造成系统的失效。 一个故障过程，无论是设备制造的缺陷，或使用过程中的故障失效，都有可能导致 设备的最终失效。由文献】知，在设备随机故障寿命期其故障出现过程是属于马尔可夫 过程。 1 4 以可靠性为中心的维修( r c m ) 1 4 1以可靠性为中心的维修管理原理 以可靠性为中心的维修管理( r e l i a b i l i t y c e n t e r e d m a i n t e n a n c e ，简称r c m ) 属于第 三代维修管理的代表性的模式【2 5 1 。这一设备管理模式强调以设备的可靠性、设备故障后 果作为制定策略的主要依据。按照以可靠性为中心的维修管理模式，首先应对设备的故 障后果进行评价、分析并综合出一个有关安全、运行经济性和维修费用节省的维修策略； 另外，在制定维修策略时，自觉地以故障模式的最新探索成果作为依据。也就是说，以 可靠性为中心的维修管理是综合了故障后果和故障模式的有关信息，以运行经济性为出 发点的维修管理模式。根据设备的可靠性状况，以最少的维修资源消耗，运用逻辑决断 分析法来确定所需的维修内容、维修类型、维修间隔期和维修级别，制定出预防维修大 纲，从而达到优化维修的目的。基于r c m 的维修理论体系可被概括为八个方面，分别 与传统维修做对比，以下将分别阐述这些内容。 ( 1 ) 关于定时维修的作用 t b m ( 以时间为基础的维修即定时维修) 对复杂设备的故障预防作用不明显，仅对 简单设备的故障预防有作用。 传统维修观念与r c m 原理的比较见表1 1 。 表1 1 传统维修观念与r c m 原理1 比较 t a b 1 1 c o m p a r i s o nb e t w e e nt r a d i t i o nc o n c e p ta n dr c mt h e o r y1 传统维修观念设备老，故障多，设备故障与使用时间直接相关，定时维修是普遍有效的。 r c m 原理 没有芸姜羹集霪孬案鬈柔暮塞耋蓄：故障不见得少。设备故障与使用时间一般 设备浴盆曲线( 故障率曲线) 随时间的变化情况如图1 3 所示。 大连理l ：人学专业学位硕士学位论文 其原因有 现代设备的可靠性增大，使有形磨损速度降低，无形磨损速度相对加大。 复杂设备故障定律( 德雷尼克定律) ：可修复的复杂设备，故障件修复或更新 之后，其故障率随着时i 日j 的增长而趋于常数。 第三阶段 一 耳蚀 j 。 一一 ) 厂 j 。 第一阶段第二阶段 i 4 一 右半浴盆 上典型浴盆 6 8 j 左半浴盆 l 1 9 4 0 非主流 次主流 主流 1 9 5 01 9 6 01 9 7 01 9 8 01 9 9 0 2 0 0 0 ( 年份) 图1 3 故障率曲线的演变 f i g 1 3c h a n g eo ff a u l tr a t ec u r v e ( 2 ) 潜在故障 r c m 提出设备潜在故障概念，可使设备在不发生功能故障的前提下得到充分地利 用，达到既安全，又经济的目的。 传统维修观念与r c m 原理比较见表1 2 。 表1 2 传统维修观念与r c m 原理2 比较 t a b 1 2 c o m p a r i s o nb e t w e e nt r a d i t i o nc o n c e p ta n dr c mt h e o r y2 传统维修观念 修与耄盏霪鬈震裹_ 譬蔫耋；翟罢爹修的依据仅是故障频率和危险程度，视情维 r c m 原理 有明确的潜在故障概念，视情维修是根据由潜在故障发展为功能故障的间隔 时间米确定。与定时维修比较，倾向于视情维修。 化i ：企业生产设备预防性维护策略研究 o t 图1 4 潜在故障的p f 间隔示意图 f i g 1 4 s k e t c ho fp o t e n t i a lf a u l tp fi n t e r v a l 潜在故障的内涵为：临近功能故障，处于渐变状态，可观察，可检测，可鉴别。 由图1 4 可见，a 为故障丌始发生点，p 为能检修到的潜在故障点，f 为实际检测 到的故障点，d 为功能故障发生点。t 为由潜在故障发展到功能故障的间隔期，设备虽 然在a 开始发生故障异常，但只有到p 才能被观察、检测到。从p 点到实际检测到的 故障点f ，称为p f 间隔。t c 为视情维修检测间隔期，仅当t c t ，才能在功能故障发 生之前检测到故障，以便及时进行视情维修。当t c t ，则潜在故障难以及时发现，要改进检测方法、手段。 ( 3 ) 隐蔽功能故障 检查和排除隐蔽功能故障是预防多重故障的严重后果的必要措施。传统维修观念与 r c m 原理的比较见表1 3 。 表1 3 统维修观念与r c m 原理3 比较 三兰：! ：! ! ! ! ! 璺! ! ! 旦! ! ! 竺! ! 竺! ! ! ! ! ! ! ! 竺竺璺坠! 竺! 竺! ! ! ! 传统维修观念 故障翥霉篁警譬萋霪篙言：不了解隐蔽功能故障与多重故障的关系并认为多重 隐蔽功能故障的内涵为： 大连理l ：人学专业学位硕+ 学位论文 正常运转情况下工作的设施对于使用设备的人是不明显故障( 如动力设备的火 警探测器，不着火时难以发现问题) ； 正常运转情况下不工作的设施，使用时是否良好，对于设备使用人员不明显( 如 配合火警系统的灭火装置，只有在灭火时才可发现问题) 。 多重故障是由连续发生的两个或两个以上独立故障所组成的故障事件。多重故障发 生举例如下： 火警探测系统故障发生，对于正常情况下是不明显的，直到火灾发生或有入去 检查时才可能发现。 正常情况下，自动灭火的火警探测系统故障不产生直接后果，只有当火灾发生 时，才产生直接后果。 在无人情况下，火灾发生，以上两个隐蔽功能故障构成多重故障，后果严重。 在有人情况下，如果人工控制系统也失灵，则三个隐蔽功能故障共同构成多重 故障，后果严重。 降低隐蔽功能故障发展成为多重故障可能性的措施：一是适当增加检测的频率，使 隐蔽功能故障及时发现；二是改进设计，增加冗余保护，把多重故障概率降低到可以接 受的水平。 ( 4 ) 设备固有可靠性 预防性维修仅能保持设备固有可靠性，不能改善设备可靠性。如果要改善设备