（机械电子工程专业论文）基于rcm理论的维修决策研究.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 本文在简要阐述了设备维修管理的研究现状之后，介绍了设备维修管理的 发展历史和存在的问题。并结合国内外研究现状，提出了将r c m ( r e l i a b i l i t y c e n t e r e dm a 证e i 瑚c e 一以可靠性为中心的维修) 理论引入设备维 修管理中的建议。 在详细介绍了r c m 理论的基础上，着重研究了三种维修方式的选择问题。 传统的维修决策都是凭管理人员和技术人员的经验来定，由于人员变动，资料 不全，导致维修随机性很大，不是维修过度就是维修不足。因此有必要利用r c m 理论，对维修对象按设备予以分类，根据设备的可靠性、维修性、经济性等影 响因素，判断设备应该采用何种维修方式，即事后维修、定期维修和状态维修， 以实现设备维修周期费用最经济、利用率最高。 影响维修方式选择的因素较多，有些是可以量化的，有些则不可以量化， 只能进行定性分析，且对各因素的评估往往具有模糊性。多因素模糊综合评判 是一种解决多因素、多层次带有模糊性评判问题的较好办法，而a h p ( a n a l y t i c h i e r a r c h yp r o c e s f 一层次分析法) 对具有定性与定量因素的复杂系统是一种非 常有效的权重确定方法。基于上述分析，本文决定采用多层次模糊综合评判的 方法，使得权重的确定更为简单，计算程序的编制也更为筒捷。 预防维修周期是一个重要指标，若周期过短，不仅增加了维修时间及维修 费用，也影响了设备的固有可靠性和利用率。若周期过长，会因系统不应有的 故障而造成不应有的损失。因此，合理的确定预防维修周期是对设备进行科学 维修决策的必然要求。 预防维修周期一般依据某一因素来确定，如按可用度最大或总费用最小确 定。但这样做带有片面性，不同因素具有不同的目标函数，确定出的结果往往 也不相同，有时甚至相差很大，所以本文采用模糊理论，通过多因素综合确定 最佳预防维修周期。 由于维修决策过程涉及了大量的矩阵，而矩阵的计算比较复杂繁琐，若计 算的精度不高，则结果可能不正确。m a t l a b 语言具有较高的运算精度，为方 便、快捷、准确地进行决策，作者利用m a t l a b 编写了维修方式决策界面和维 修周期决策界面。 关键字：r c m ，维修决策，模糊综合评判，a h p ，预防维修周期 武汉理工人学硕士学位论文 a b s t r a c t t l i s p a p e r s t a r sw i t ht h e s t u d y s i t u a t i o no f e q m p m e n tm a i n t e n a n c e m a n a g e m e n t ，t h e ni n t r o d u c e si t sd e v e l o p m e n th i s t o r ya n de x i s t e n tp r o b l e m s a n d a c c o r d i n gt ot h es t u d ys i t u a t i o no fd o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n m ，p u t sf o r w a r dt h ea d v i c e t h a tu s e st h er c m ( 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 ) i nt h ee q m p m e mm a i n t e n a n c e m a n a g e m e n t o nt h eb a s i so fa n a l y z i n gt h er c mt h e o r y ，e m p h a s i z e st h es e l e c t i o no ft h r e e m a i n t e n a n c em o d e s t m d 试o n a im a i n t e n a n c ed e c i s i o ni sb a s e do nt h ee x p e r i e n c eo f m a n a g e r s a n dt e c h n i c i a n s ，t h e r e f o r em a i n t e n a n c er a n d o m i c i t yi s g r e a ta n d m a i n t e n a n c ei se x c e s so ri n a d e q u a t eb e c a u s ep e r s o n n e lc h a n g e sa n di n c o m p l e t ed a t a i ti sn e c e s s a r yt ou s et h er c m t h e o r yt oc l a s s i f ym a m t c m m c eo b j e c t sb ye q u i p m e n t b a s e do ne q u i p m e n tr e l i a b i l i t y ，m a i n t e n a n c e ，e c o n o m i ca n do t h e rf a c t o r s ，d e t e r m i n e w h a te q u i r m e n ts h o u l db em a i n t e n a n c em o d e ，a sb r e a k d o w n m a i n t e n a n c e ，p r e v e n t i v e m a i n t e n a n c ea n dc o n d i t i o nb a s e dm a i n t e n a n c et oa c h i e v ee q u i p m e n tm a i n t e n a n c e c y c l ec o s te c o n o m ya n dt h eh i g h e s tu t i l i z a t i o nr a t e f a c t o r sa f f e c t i n gt h ec h o i c eo fm a i n t e n a n c ea r em u c h ，s o m ec a nq u a n t i f ya n d s o m ec a nn o tq u a n f i f yb u tq u a l i t a t i v ea n a l y s i s ，a n de v a l u a t i o no ft h ef a c t o r si so f t e n f u z z y m u l t i f a c t o r 如z z yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o ni s ab e t t e rm e t h o d ，w h i c hc a l l s o l v em u l t i f a c t o ra n dm u l t i l a y e rf u z z ye v a l u a t i o np r o b l e m ，a n da h p ( a n a l y t i c h i e r a r c h yp r o c e s s ) i sav e r ye f f e c t i v em e t h o do f d e t e r m i n i n gt h ew e i g h to f c o e f f i c i e n t t oq u a l i t a t i v ea n dq u a n t i t a t i v ef a c t o r so ft h ec o m p l e xs y s t e m b a s e do nt h ea b o v e a n a l y s i s ，t h ep a p e rd e c i d e st oa d o p tm u l t i l a y e rf u z z yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nt o m a k et h ew e i g h to fc o e f f i c i e n ts i m p l ea n d l a k ep r o g r a r m n i n go ft h ec a l c u l a t i o n p r o c e d u r e sm o r ec o n v e n i e n t p r e v e n t i v em a i n t e n a n c ec y c l ei sa ni m p o r t a n tm d i c a t o r ，i f t h ec y c l ei st o os h o r t ， w h i c hn o to n l yi n c r e a s e sm a i n t e n a n c et i m ea n dc o s to fr e p a i r s ，b u ta l s oa f f e c t st h e e q u i p m e n ti n h e r e n tr e l i a b i l i t ya n du t i l i z a t i o n i f t h ec y c l ei st o ol o n g ，w h i c hc a r lc a u s e u n d u e1 0 s s e sb e c a u s et h es y s t e mf a i l u r e t h e r e f o r er e a s o n a b l ec o n f o r m a b i l i t vo f p r e v e n t i v e m a i n t e n a n c e c y c l e i s n e c e s s a r yd e m a n do fs c i e n t i f i ce q m p m e n t m a i n t e n a n c ed e c i s i o n i i 武汉理j = 人学硕士学位论文 p r e v e n t i v em a i n t e n a n c ec y c l ei so f t e nc o n f i r m e db yac e r t a i nf a c t o r s ，s u c ha st h e m o s ta v a i l a b l eo rt h es m a l l e s tt o t a lc o s t b u tt od os oh a v eo n e s i d e d n e s s ，t h e d i f f e r e n tf a c t o r sh a v ed i f f e r e n to b j e c f i v e sf u n c t i o ns ot h a tt h er e s u l t s a r eo f t e n d i s a f f i l i a t e sa n ds o m e t i m e se v e nh a v eab i gd i f f e r e n c e s ot h i sp a p e ra d o p t sf u z z y t h e o r yt od e t e r m i n et h eb e s tp r e v e m i v em a i n t e n a n c ec y c l et h r o u g hm u l t i f a c t o r s y n t h e s i z i n g t h em a i n t e n a n c ed e c i s i o np r o c e s si n v o l v e sal o to fm a t r i xa n dm a t r i x c a l c u l a t i o n sa l em o r ec o m p l e xa n dc u n a h e r s o m e ，i fp r e c i s i o no fc a l c u l a t i o n si s s k e t c h y ，t h er e s u l t sm a yb ei n c o r r e c t m a t l a bl a n g u a g eh a sh i g h e rp r e c i s i o n f o r c o n v e n i e n t ，f a s ta n da c c u r a t ed e c i s i o n ，t h ea u t h o ru s e sm a r l a bt op r o g r a mi n t e r f a c e o f m a i n t e n a n c em o d ed e c i s i o na n di n t e r f a c eo f m a i n t e n a n c ec y c l ed e c i s i o n k e yw o r d s ：r c m ，m a i n t e n a n c ed e c i s i o n ，f u z z yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n ，a h p ， p r e v e n t i v em a i n t e n a n c ec y c l e l i l 武汉理t 大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 论文研究目的及意义 随着科技的发展，现有工业设备f 1 益精密化、复杂化、商性能化，同时价 格也同趋昂贵，企业生产节奏也日渐加快。为了维护设备的性能，必须花费大 量的人力资源和维修资源。因此，维修对生产正常进行的保障作用日益增大； 维修也是设备正常使用的前提和安全的保障。 长期以来，我国设备采用的维修模式是定期维修，这种根据经验决定延长 或缩短维修周期的维修方式为设备可靠性做出了不可磨灭的贡献。但是，工业 的飞速发展，以及先进技术和工艺在设备制造厂家的广泛应用所带来的设备产 品质量性能的提高，使过去忽略的问题逐步暴露，甚至开始形成潜在危害。定 期维修存在着如下的弊端：随着设备的复杂化，定期维修的投入相应增加，使 定期维修“性价比”降低，从而相对降低了劳动生产率，不适应以经济效益为 中心的现代企业营运方式；定期维修必然导致部分运行状态较好的设备周期性 停运，定期维修导致某一时间段维修工作量集中，不利于提高维修质量。 随着社会的发展和市场的变化，这样的维修方式己经不能满足我国企业的 要求。寻找一种合适的维修决策方法是论文的中心。鉴于我国企业目前的技术 与经济条件，r c m ( r e l i a b i l i t y - c e n t e r e dm a i n t e 啪c e 以可靠性为中心的维修) 可以算是一种最佳的选择。这种方法是以设备的故障模式和影响效果系统分析 为基础的，其出发点不是单纯提高可靠性、可用率，而是考虑经济性与可靠性 的最佳结合，即以最经济的方式提高可靠性。所采用的方法是用技术分析代替 经验规定，用技术分析的结果作为维修决策的依据。 论文研究目的：运用r c m 理论，综合考虑设备的可靠性、维修性、经济性 等影响因素，判断设备应该采用何种维修方式，并合理的确定最佳预防维修周 期。 1 2 设备维修管理的发展历史 1 8 世纪资产阶级工业革命，改变了原有的生产方式，机械设备逐步加入到 工业生产中来，并且发挥越来越大的作用。随着设备复杂程度的增加，企业对 武汉理工大学硕士学位论文 设备维修能力的要求也逐步提高，设备维修逐渐成为一个独立的专业。在泰勒 的科学管理思想被普遍接受的时候，设备维修管理作为企业管理的一个单独组 成部分而独立出来。从总体上看，设备维修管理的发展历史主要体现在维修方 式的演变上，可分为下面几个阶段i lj ： 第一阶段：事后维修阶段( b m ：b r e a k d o w nm a i n t e n a n c e ) ( 1 9 5 0 年前) 就是在设备发生故障之后才进行检查，这种制度仅适于造价较低、事故停 机造成的直接损失不大的机器设备。在这一时期，设备管理最显著的特点是坏 了再修、不坏不修，由维修工专门维修。 第二阶段：定期维修阶段( p m ：p r e v e n t i v em a i n t e n a n c e ) ( 1 9 5 0 1 9 6 0 ) 随着设备的臼益复杂，修理所占用的时间己成为影响生产的一个重要因素。 为了尽量减少设备修理对生产的影响，当时美国和前苏联等国提出了定期维修 的概念。定期维修制又派生为两大体系。 一个是以前苏联为首的计划预修体制，它是以摩擦学与摩擦理论为基础。 特点是通过计划对设备进行周期性的维修，它的优点是可以减少非计划( 故障) 停机，将潜在故障消灭在萌芽状态。但是，由于计划固定，较少考虑设备的实 际使用、负荷情况，容易产生维修过度或维修不足。我国的维修制度就是由前 苏联引进的计划预修制。 另一个是以美国为首的定期维修体制，它是以摩擦学、诊断理论为依据。 是一种通过周期性的检查、分析来制定维修计划的管理方法，它的优点是减少 故障停机，检查后的计划可以减少维修的盲目性。但由于受检查手段和人经验 的制约，仍可能使计划不准确，造成维修过度或不足。 第三阶段：生产维修阶段( p m ：p r o d u c t i v em a i n t e n a n c e ) ( 1 9 6 0 - - - - 1 9 7 0 ) 随着科学技术的发展，尤其是宇宙开发工程的兴起，以美国为代表的西方 国家大多推行生产维修管理体制。该管理体制由四部分内容组成：事后维修 ( b r e a k d o w nm a i n t e n a n c e ，简称b m ) ：定期维修( p r e v e n t i v em a i n t e n a n c e ，简 称p m ) ；改善维修( c o r r e c t i v em a i n t e n a n c e ，简称c m ) ：维修预防( m a i n t e n a n c e p r e v e n t i v e ，简称m ) 。 这一体制突出了维修策略的灵活性，吸收了后勤工程学的内容，提出了维 修预防、提高设备可靠性设计水平以及无维修设计的思想。 第四阶段：状态维修阶段( c b m ：c o n d l i t i o nb a s e dm a i n t e n a n c e ) ( 1 9 7 0 年 至今) 2 武汉理上大学硕士学位论文 状态维修亦称为状态检修。这种体制着眼于每台设备的具体技术状况，一 反定期维修的思想而采取定期检测，对设备异常运转情况的发展密切追踪监测， 仅在必要时才进行修理。状态维修起始于2 0 世纪7 0 年代初期，在连续生产过 程的企业取得了显著效果，提高了设备利用率以及生产效率。在以状态维修为 主要特征的第四阶段，还相继出现了“后勤学”、“设备综合工程学”、“全 员生产维修( t o t a lp r o d u c t i o nm a i n t e n a n c e ，简称t p m ) ”、“以可靠性为中心的 维修( 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 ) ”、“以利用率为中心的维 修( a v a i l 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a c m ) ”、设备综合等现代设备管 理理论。 1 3 我国设备维修管理的发展历史及存在的问题 建国以来我国设备管理工作大体上经历了三个阶段p 1 ： 1 恢复引进阶段( 1 9 4 9 - - - 1 9 5 8 ) 经过三年经济恢复时期，1 9 5 3 年开始执行第一个五年计划，重点工程和大 型企业相继建立，与之相适应的企业管理水平也得到了提高。1 9 5 6 年，在设备 管理方面引进了前苏联的计划预修制。经过几年的推广和实践，培养了我国的 设备工程师、管理人员和维修技工，建立和健全了相应的设备管理组织。 2 提高发展阶段( 1 9 5 8 - - 1 9 6 5 ) 在这个时期，在实行前苏联计划预修制的基础上，结合我国的具体情况， 逐步创造出一套我国自己的设备管理方法。如“三级保养大修制”、“三好四 会”、“润滑五定”等，还设立了群专结合管理的组织，开展经常性的维修评 比检查活动。 3 恢复和发展阶段( 改革开放以来) 通过学习和借鉴国外设备管理与维修工作的科学方法，闯出符合我国国情 的设备管理与维修的新路子。在企业中建立了设备管理的专管机构，开始树立 新的设备综合管理概念。 与国外相比，我国设备维修管理的现状不尽人意，主要存在以下问题： 1 对设备管理认识的片面性、局限性 由于在设备管理认识上、工作上的片面性，形成了在设备管理上各管一段， 缺乏系统的有机联系，把设备的购买、使用、更新、改造、制造分割开来；同 3 武汉理工大学硕士学位论文 时也无法进行设备寿命周期费用的管理，设备管理工作严重与经济管理工作相 脱节。 2 设备管理缺乏经济观点，不进行综合经济分析 长期以来，设备是由国家投资而企业占有，因而购置设备时不进行技术经 济分析，不进行可行性论证，造成设备购置的盲目性。虽然近年来国家采取了 一些措施，但设备价值形态与实物形态管理的结合，还缺乏必要的章法。 3 重修理，轻改造 企业片面追求成本降低，产量增加，不惜拼设备，对设备管理采取敷衍的 态度，使设备带病运行，等待大修。对设备的改造就更不重视。 4 修理组织结构不合理 目前，我国设备维修力量多数是“大而全”、“小而全”的落后结构，与 专业化维修结构相比，占用设备多，利用率低；占用人员多，劳动生产率低。 5 设备检测技术，故障诊断技术尚待进一步发展 目前，我国在这方面的研究还很欠缺，企业应用不成熟，亟待发展。 6 设备管理与维修技术力量薄弱，技术业务培训跟不上 企业内部设备管理人员、专业维修人员匾乏，对设备操作人员的专业培训 不够，造成设备的操作、维修工作落后。 1 4 论文的研究内容和技术路线 论文的研究内容如下： 1 利用r c m 理论，建立维修方式决策模型； 2 建立按可用度最大确定最佳预防维修周期的算法； 3 建立按总费用最小确定最佳预防维修周期的算法； 4 利用模糊理论，建立最佳预防维修周期的算法； 5 根据模型和算法，设计相关应用程序。 论文的技术路线如下： 1 结合我国制造业设备维修现状，说明r c m 理论的重要性，对r c m 理论 进行全谣分析； 2 在r c m 理论的基础上，利用两层模糊综合评判理论建立维修方式决策模 型； 4 武汉理工人学硕士学位论文 3 利用模糊理论，同时考虑可用度最大和总费用最小两个因素，建立最佳 预防维修周期的算法； 4 根据设备的具体情况和目标函数，结合实例验证模型和算法的可行性； 5 设计应用程序，建立用户界面，设计对话框和消息响应菜单，使用户只 要在对话框中输入系统中各种参数值，响应菜单命令就可以给出维修方式决策 和计算出最佳预防维修周期。 1 5 本章小结 本章首先分析了课题研究目的及意义，然后着重分析了国内外设备维修管 理的发展历史及存在的问题，最后介绍了论文的研究内容和拟采用的技术路线。 5 武汉理工大学硕士学位论文 2 1r c m 概述 第2 章r c m 理论研究 随着企业生产规模的不断扩大和生产技术的不断发展，企业的设备f | 趋大 型化、高速化、连续化、自动化和结构复杂化。为了保持设备在设计中的固有 可靠性和稳定性，设备管理和维修工程已成为系统工程的一个重要分支。7 0 年 代至今，是维修观念和技术迅速发展，维修由被动排除故障变为主动预防并发 展成为一门科学的重要时期。这一时期对维修的期望值有了较大提高，通过维 修要求达到更高的设备可用度和可靠性、更高的安全性、更高的产品质量、更 长的设备寿命、更高的成本效益、对环境无危害等等。由此可见，可靠性和可 用度已成为关键性因素。除了提高期望值外，人们对设备工龄期与故障的很多 基本看法也发生了重大变化，尤其是大多数复杂设备的运行工龄与设备发生故 障可能性之间的联系很明显越来越少。 8 0 年代在美国开始引入一种新的维修体制r c m ( r e l i a b i l i t y - c e n t e r e d m a i n 把n a n c r 以可靠性为中心的维修) 。其维修思想源于美国航空业对飞机维 修方式的反思探索。早在6 0 年代，由于波音7 4 7 的产生，这种技术先进的飞机 给维修体制提出了严峻的考验。如果还是依照传统的维修体制，高额的维修费 用将使用户没有利润可言。这就促使航空公司努力去尝试新的维修策略，并在 7 0 年代末形成了以可靠性为中心的维修体制。这种维修方式一改传统的定期维 修那种只凭经验和推断以及上级规定来确定维修计划的模式，而根据可靠性评 价的结果和保持设备功能的需要来确定维修计划。这就较好的避免了维修过度 和维修不足问题。不仅控制了维修费用，而且还有效的提高了设备的可用率 和 可靠性。 r c m 是近二十年由众多的维修理论中脱颖而出，并逐步被广泛接受的一种 全新的维修方法。它是建立在设备的设计特点、运行功能、故障模式和后果分 析的基础上，以最大限度提高设备的使用可靠性为目的，应用可得到的安全性 和可靠性数据，判别哪些子系统和零部件处于临界状态，哪些需要修复、改进 或重新设计，确定维修必要性和可行性，对维修要求进行评估，最终制订出实 用、合理的维修计划。 6 武汉理工大学硕士学位论文 r c m 是近年来在国际上日益受到重视并推广的先进设备维护模式，它是在 一般视情维修的基础上，吸收了以可靠性为中心的维修分析法的优点，并充分 考虑到经济性、可靠性原则与先进的设备诊断技术相结合的一种维修模式。与 其它传统维修思想最大的不同就是以可靠性、故障后果作为具有安全性、环境 性故障或隐蔽性故障的设备确定维修方式的依据；以经济性和使用率作为具有 使用性和非使用性后果的设备确定维修方式的依据。 2 2r c 8 基本问题 r c m 即以可靠性为中心的维修，是一种用于确定设备在其运行环境下维修 需求的方法。它是为确保设备在现行使用环境下保持实现其设计功能的状态活 动的方法。在开始分析某单位设备的维修需求之前，我们需要了解这些设备是 什么，以及哪些设备需要进行r c m 审查，这就要求必须首先建立起一份详细的 设备登记表。然后，r c m 需要对每个设备就下列问题进行分析【l 3 】： 1 在现行的使用环境下，设备的功能及相关的性能标准是什么? 2 什么情况下设备无法实现其功能? ( 功能故障) 3 引起各故障的原因是什么? ( 故障模式和故障原因) 4 各故障发生时会出现什么情况? ( 故障影响) 5 什么情况下各故障至关重要? ( 故障后果) 6 做什么工作才能预防各故障? ( 预防维修工作) 7 找不到适当预防工作应怎么办? ( 暂定措施) 1 功能和性能标准 维修意味着保证设备能保持实现其设计功能的状态，因此，任何设备的维 修目标只能通过限定设备的功能和期望的性能水平才能确定。为此，r c m 首先 要确定设备在其使用条件下的功能和性能标准。正常标准下，设备功能和性能 标准的分析阶段占整个r c m 分析时间的三分之一，在分析过程的同时还可使进 行分析的人员加深对设备的实际工作过程的了解程度。 2 功能故障 设备不能实现其设计功能时，称为功能故障。如果设备设计的完整，那么 唯一妨碍它正常运行的就是某种故障，这表明维修必须借助于适当的故障处理 方法来达到目的。可是，在我们采用适当符合故障的处理手段之前，需要确定 7 武汉理工大学硕士学位论文 会发生什么故障? r c m 在两个层次上进行确定。首先，提问部件故障到什么程 度才能实现其功能。然后，提问什么能引起每种可能的功能丧失。当然，只有 在明确了设备的功能和性能标准后，才能鉴别出功能故障。 3 故障模式和故障原因 一旦确认了功能故障，就要设法确定比较可能引起每种功能丧失的故障模 式，这有助于我们正确地理解我们正寻找预防的是什么? 为此，保证把时i 训和 精力花费在研究起因而不是征兆上，详细地确定每一故障的起因是重要的。另 外，为避免分析本身过于详细而浪费时间也是很重要的。 4 故障影响 当确定故障模式时，还要把故障影响记录下来。故障影响所描述的是故障 模式发生时将会出现什么情况，包括像停工期、对产品质量的影响、故障发生 的迹象、可能的纠正措施、对安全和环境的维修等等。这一步使得我们有可能 确定每一故障的重要程度，因此也可决定所需预防维修的级别。 5 故障后果 包括安全性和环境性后果、隐蔽性后果、操作性后果和非操作性后果，详 见下文。 6 预防维修工作 为避免或减轻故障后果所采取的维修工作。 7 暂定措施 如果找不到技术可行且值得做的预防性维修工作，必须采用合适的暂定措 施，这种措施的性质取决于故障后果。 2 3r c m 基本思想 r c m 的准确定义为：一种用于确定为确保设备在现行使用环境下保持实现 其设计功能的状态所必须的活动的方法。它最大的特点是从故障后果的严重程 度出发，尽可能避免或至少可减轻故障后果，改变了过去那种根据设备故障的 技术特性对故障本身进行预防的传统观念( 容易造成头痛医头、脚痛医脚的不 合理维修决策) 。r c m 中将故障后果根据重要性分为四种： 1 安全性和环境性后果故障会引起人员伤亡或导致违反行业、地方和国 家的环境标准。此类故障后果是应该避免或应尽一切努力将其风险降到可接受 8 武汉理工大学硕士学位论文 的水平； 2 隐蔽性故障后果对设备运行没有直接影响，但可能导致严重的，甚至 灾难性的故障后果。r c m 可有效检测和排除隐蔽性故障； 3 使用性后果影响n i l e 常使用，如停产、产量下降、次品率提高等； 4 非使用性后果只涉及直接维修费用的故障后果。 针对上述故障后果，r c m 遵循如下四种原则： 1 功能丧失或者其故障具有安全性和环境性后果，则必进行预防维修，如 果预防维修不能满足要求，即不能将该故障的危害降低到一个可接受的水平， 必须重新设计或改变工艺流程； 2 功能故障对操作人员来说不是显而易见的( 隐蔽性故障) ，则必须进行预 防维修； 3 故障后果的经济性，即预防故障的维修任务经济上必须是合理的； 4 设计中考虑维修性原则，即尽量满足标准化、模块化、互换性、可达性 的要求，易于故障查找和识别。 2 4r c m 基本观点 r c m 是一种以对重要设备的可靠性进行分析，以故障模式和故障影响分析 为基础，以维修的适应性、有效性和经济性为决断准则，确定是否进行预防性 维修工作，并确定工作的内容、维修级别、时机等的逻辑决断方法。其基本观 点如下： 1 以最小的经济代价来保持和恢复设备的固有可靠性与安全性。由于设备 的可靠性与安全性是设计制造赋予的固有特性，有效的维修可以提高使用可靠 性，或者防止固有可靠性水平的降低；优良的维护工作可以使设备接近或达到 已经具有的固有可靠性水平，但不能超过它。假如设备的可靠性与安全性水平 满足不了使用要求，只有重新设计才能提高它们。因此，维修越多不一定越安 全、越可靠。 2 设备故障有不同的影响或后果，应采取不同的维修。故障后果的严重性 是确定要不要作预防性维修工作的出发点。对某个设备来说，故障是不可避免 的，但后果不尽相同，所以，重要的是预防故障的严重后果。安全性、隐患性 后果要预防维修，反之则需按经济性原则确定是否预防。对于采用余度技术的 9 武汉理= 大学硕士学位论文 设备来说，其安全性一般已不再与其可靠性有关了，因此可以从经济性来权衡 是否需要进行预防性维修工作。 3 设备的故障规律不同，应采取不同方式控制维修工作时机。对于有耗损 性故障规律的设备适宜定时拆修或更换，以预防功能故障或引起多重故障。对 于无耗损故障规律的设备，定时拆修或更换常常是有害无益，适宜于通过检查、 监控、视情进行维修。 4 预防维修能够预防和减少功能故障的次数，但是不能改变故障的后果。 故障的后果( 包括经济性后果) ，都是由设备的设计特性所决定的，只有更改设 计，才能改变故障的后果。安全性后果可以通过余度技术、破损安全设计、损 伤容限设计等措施而降低为经济性后果。通常隐蔽功能可以通过设计转变为明 显功能。 2 5r c m 优势 由以上分析可知，与传统的维修方法相比，r c m 具有九大优点： l i 对设备的故障模式、机理等能有较好的了解： 2 改善安全性和环境完整性； 3 提高运行性能和维修成本效益； 4 延长设备的使用寿命； 5 增进设计、生产、使用和维修部门之间的协作精神； 6 以最低费用保证最大安全性和可靠性： 7 大大减少维修项目； 8 节省人力、物力和财力，缩短维修时间； 9 追求故障率最小、寿命周期费用最低、机械综合经济效益最好。 2 6 本章小结 本章研究r c m 理论，全面介绍了r c m 的概念、基本问题、基本思想、基 本观点和优势等问题。本章的理论研究为下面章节r c m 在具体实例中的顺利运 用，作了较好的技术基础和实施条件分析的保证。 1 0 武汉理t 大学硕士学位论文 第3 章维修方式决策 维修方式是指为了保证维修对象在使用中的可靠性达到一定水平，而对预 防性维修工作的时机和类型加以控制的不同形式和方法的统称。对维修对象可 靠性的控制，需要从两个方面进行，即一方面掌握故障发生的规律性，从嗨确 定维修的时机；另一方面是控制故障的后果，从而确定维修的内容( 包括范围 和深度) 4 6 】。 3 1 三种基本维修方式 维修方式一般划分为事后维修方式、定期维修方式和状态维修方式三种【”。 1 事后维修方式 事后维修也称故障维修，其特点是除了日常的润滑、清理、紧固外，不考 虑预防措施，只是等设备出了故障时再修理，在修理期间，设备不能使用。事 后维修的优点是能充分利用零件寿命。其缺点是： ( 1 ) 因故障发生时间是随机的，无法有计划地安排修理时间，会打扰生产 作业计划，使生产秩序陷于被动； ( 2 ) 为了生产的需要，经常需要抢修，容易造成修理质量不高； ( 3 ) 人力、备件和工具上必须有一定的保障； ( 4 ) 设备故障率较高，容易发生事故； ( 5 ) 修理准备时间紧，工作仓促，修理时间长。 根据事后维修的特点，它适用于下列情况： ( 1 ) 故障是突发的，无法预测，而且故障的后果不影响安全性； ( 2 ) 故障是渐进的，但故障后果不涉及运行安全，所造成的损失小于定期 维修故障的费用。 2 定期维修方式 定期维修通常也称计划维修，是按照一定周期进行维修的传统体制。它具 有对设各进行周期性修理的特点，根据设备的磨损规律，事前确定修理类别， 修理间隔期及修理工作量，所需的备件，材料可预计。定期维修是一种以时间 为基准的维修方式，只要设备使用到预先规定的时间，不管其技术状态如何， 都要进行规定内容的维修工作。根据设备的磨损规律，设备性能的变化，预测 武汉理j = 大学硕士学位论文 故障发生的日期，并提前安排修理。这种维修方式的优点是维修生产可以有准 备、有计划地进行，便于组织安排，可以利用生产空隙离线操作，人力、备件 均有充分的准备；另外维修工作一般可在其对生产影响最小时进行，所花费时 间可能比事后维修短，维修质量高，同时有较好地预防故障的作用。这种维修 方式比较适合于故障特征随时间变化的设备；但对于复杂的成套设备、故障无 时间规律的设备，这种维修方式就不适合。 3 状态维修方式 状态维修亦称状态检修。是相对事后维修和以时间为基础的定期维修而提 出的。状态检修以设备当前的实际工作状况为依据，它通过先进的状态监测和 诊断手段、可靠性评价手段以及寿命预测手段，判断设备的状态，识别故障的 早期征兆，对故障部位其及严重程度、故障发展趋势做出判断，并根据分析诊 断结果，在设备性能下降到一定程度或故障将要发生之前主动实施维修。 状念检修是一种基于设备状态的检修方式，它是基于一个这样的事实，即 大量的故障发生都有一个发展过程，即大部分故障在它们快要发生时都有一些 预告信号，这些预告信号称为潜在故障。如果采用新技术来检测这些信号( 潜 在故障) ，就可以发现故障过程正在继续的迹象，便可以采取措施预防故障的发 生或避免故障后果。 这种体制着眼于每台设备的具体技术状况，一反定期维修的思想而采取定 期检测，根据设各的日常点检，定期检查，状态监测和诊断提供的信息，经过 统计分析处理，来判断设备的劣化程度，并在故障发生前有计划地进行适当的 维修。基于状态监测的状态维修起始于2 0 世纪7 0 年代初期，在连续生产过程 的企业取得了显著效果，提高了设备利用率以及生产效率。 状态维修以数据为依据做出检修决策，是一种不同于传统的以周期( 时间) 为依据的检修方式。由于采用了大量的信息和数据，用于分析和形成检修决策， 所以数据管理就成了状态检修的重要基础工作。它是一种建立在计算机技术、 检测技术、诊断技术等多学科基础上的检修模式。 它为设备安全、稳定、长周期、全性能、优质运行提供了可靠的技术和管 理保障。作到状态检修的关键是对设备状态的判断，不仅要识别已经发生的故 障，而且预测未来可能发生的故障。解决这些问题，一些常规的计算程序和分 析程序无能为力或不够有效。因为在这些问题中，人类专家的经验起着主导作 用。 1 2 武汉理工大学硕士学位论文 由于这种维修方式对设备适时地、有针对性地进行维修，不但能保证设备经常 处于完好状态，而且能利用零件的寿命，因此比定期维修更加合理，但由于进 行状态监测往往需要停机和使用价格昂贵的监测仪器，主要适用于设备利用率 高的重点设备。 在实际维修工作中主要采用事后维修、定期维修、状态维修三种，表3 - 1 列出了这三种主要维修方式的特征。 表3 - i 三种维修方式比较表 特征事后维修定期维修状态维修 维修性质不能预防故障可以预防故障可以预防故障 维修对象一个或几个项目一个项目一个项目 检查方法解体解体不解体 状态监测技术、监测 基本依据故障统计数据或经验磨损故障规律或经验 性能参数、参数标准 监控项目故障后的状定期进行全面分解，事故发生前监控项目 维修判据态变化，按故障统计检修或更换，可能出的状态，按状态监控 结果采取相应措施。现维修过度。数据维修或更换。 安全无直接危害的偶有安全性、环境性故有安全性、环境性故 然故障、规律不清楚障后果，发展迅速、障后果，发展缓慢， 适用范围 的故障、且经济性好无状态维修技术、经有状态维修技术、经 的耗损故障。济性好的耗损故障。 济性好的耗损故障。 需要充分的维修资源接近事后维修的费用 需要高投资、日常维 维修费用和一定的维修费用。，但所需备件量过多 护费用高。没有生产 有生产停机损失。 。有生产停机损失。停机损失。 3 2 维修方式决策的内容 对于复杂设备的维修工作，以上三种方式可以同时存在，只不过对于不同 设备，它们所占比例不同而已。总之，采取什么维修方式取决于维修对象本身 的设计制造情况，并要根据维修制度，维修技术和维修手段等情况来确定，以 达到既经济又有效的目的。 由上述可以看出，三种维修方式各有其特点，定期维修和状态维修都是预 防性的。定期维修是传统的故障预防技术；状态维修是新型的故障预防技术； 1 3 武汉理工大学硕士学位论文 事后维修是非预防性的。定期维修是以设备的使用时间为标准报修；而状态检 修是根据设备的实际状态决定是否修理；事后维修则不可控制维修的时间。它 们各有优缺点，因此，一个企业设备的维修方式不应只有一种，也不应固定不 变，而应针对不同设备、不同的故障模式、企业条件、生产的需要等从设备的 可靠性、维修性、经济性等方面综合考虑，来决定设备的维修方式。 既然维修采用多种方式，就必然引起应用中怎样选择的问题。而影响设备 维修方式决策的因素又很多，因此，要综合多种因素，依据一定的目标，进行 逻辑的判断，根据判断结果确定维修方式。本文综合考虑多方面的利弊，根据 制造业生产的实际情况和设备特点，结合r c m 理论，从设备的可靠性、维修性 和经济性方面综合考虑，选择了设备的专用程度、在生产中的重要程度、对安 全环境的影响、设备质量的稳定性、维修的难易程度、备件供应程度、设备原 值、维修费用等几个因素。 由以上这些影响因素可以看出，设备维修方式决策属于一个典型的定量分 析与定性分析相结合的问题，怎样在分析和处理问题时，识别出有显著影响的 定量和定性之问的相互关系，以便掌握本质的规律，就成为解决问题的关键。 在系统工程的各种方法中，能够应用自如的解决各种问题的方法并不多， 许多问题还没有找到适当的解决方法，特别是用于解决定量与定性相结合的方 法就更少。而模糊综合评判就是一种定性与定量分析相结合的用于解决多目标 决策分析的方法，它适用于结构较复杂，决策准则较多且不易量化的决策问题， 它是一种可对人的主观判断作定量描述的方法，尤其适用于多目标为主的决策。 预防维修中一般普遍采用的形式是定期维修，即每隔一定时间就进行一次 维修。因而维修周期就成为一个重要指标。若周期过短，不仅增加了维修时间 及维修费用，也影响了设备的固有可靠性。若周期过长，会因设备不应有的故 障而造成不应有的损失。因此，对不同设备确定出各自合理的维修周期无疑是 非常必要的，这也是对设备进行科学管理的必然要求。 预防维修周期的确定，虽然可以仅仅依据某一因素来确定，但作者认为这 样做带有片面性，况且，不同因素具有不同的目标函数，确定出的结果往往也 不相同，有时甚至相差很大。在实际工作中，除非特殊情况，一般来说不可能 只单一地考虑一种因素，而忽略别的因素。 为确定最佳维修周期，要建立几个模型来求解，但不论哪种模型，其最佳 维修周期通常由以下因素之一确定：一是系统的可用度达到最大值；二是花的维 1 4 武汉理工大学硕士学位论文 修费用( 包括预防维修、事后维修及故障所造成的损失费等) 最小。 设备维修方式决策的完成，也就完成了按维修方式对设备的分类，这种设 备分类是有意义的。它可以指导备件工作，明确备件工作的重点和主攻方向。 定期