（机械制造及其自动化专业论文）基于rcm的机电设备维修管理研究.pdf

基于r c m 的机电设备维修管理研究 研究生姓名：王勇 导师姓名：许飞云教授 学校名称：东南大学 机电设备的管理是一个系统工程，包含从设备的选用、安装，调试和验收等前期管 理，到设备的使用、维护保养、故障检铡及修理、改造更新等使用管理，以及设备报废 的全过程，维修管理是其中的重要组成部分。 文章首先介绍了设备维修体制的演交历程，分析了三种基本设备维修模式及其优缺 点。结合设备维修的实际情况，提出了在机电设备维修管理工作中采用以可靠性为中心 的维修理论和方法，对重点关键设备采用视情维修的方式，而其它设备根据其故障信息， 采用相应的维修方式。然后以最佳经济效益为优化目标，给出了维修策略的选择原则以 及进行可靠性维修管理的技术途径。 最后以南京某厂使用的1 3 台数控机床为例，对其非计划停机时间、故障模式、影响 与危害度进行分析，找出了其潜在的薄弱环节及最易发生故障的部位。按照r c m 思想， 通过逻辑决断和有效性分析，给出了故障处理措施和预肪方法，并确定出数控机床的维 修方式以及维修管理措施，为应用r c m 进行预防维修提供了有用的理论指导。结果表 明，r c m 方法的应用有益于提高设备维修效率和准确度，其在设备维修管理中有良好的 应用前景。 关键词：以可靠性为中心的维修，机电设备，维修管理，数控机床 东南大学硕士学位论文 r e s e a r c ho nm a i n t e n a n c em a n a g e m e n to fm e c h a t r o n i c e q u i p m e n tb a s e do nr c m b y w a n g y o n g s u p e r v i s e db yp r o f x uf e i y u n s o u t h e a s tu n i v e r s i t y t h em a n a g e m e n to fm e c h a t r o u i ce q u i p m e n ti sas y s t e m a t i ce n g i n e e r i n g i tc o n t a i n s s e l e c t i o n ，i n s t a l l a t i o i l ，a d j u s t m e n t s ，a c c e p t a n c ee t ci nf i r s ts t a g em a n a g e m e n t ，a n do p e r a t i n g ， m a i n t e n a n c e ，f a u l td e t e c t i o n ，r e p a i r i n g ，r e f o r m i n g ，u p a a t i n ge t ci no p e r a t i o nm a n a g e m e n t ，a n d t h ed e v i c er e j e e ta sw e l l t h em a i n t e n a n c em a n a g e m e n ti sa ni m p o r t a n tp a r ta m o n gi t f i r s t l y , t h ed e v e l o p m e mo f e q u i p m e n tm a i n t e n a n c es y s t e mi si n t r o d u c e d , t h r e em a i n t e n a n c e m o d e sa n dt h e i ra d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e sa r ea n a l y z e d ，a n dt h er e l i a b i l i t yc e n t e r e d m a i n t e n a n c e ( r c m ) t ot h em e c h a t r o u i ee q u i p m e n t , i sp r 0 1 ) o s e d i ti ss h o w nt h a tt ot h e m a i n t e n a n c eo f k e ye q u i p m e n t s ，c o n d i t i o n - b a s e dm a i n t e n a n c em o d es h o u l db ea d o p t e d ，w h i l et o o t h e re q u i p m e n t s ，c o r r e s p o n d i n gm o d e ss h o u l db ea d o p t e da c c o r d i n gt ot h em a l f u n c t i o n i n f o r m a t i o n f u r t h e r m o r e ，a i m i n ga tt h ee c o n o m i cb e n e f i tm a x i m i z a t i o n ，t h ep r i n c i p l eo f s e l e c t i n gm a i n t e n a n c es t r a t e g ya n dt h et e e l m i c a lw a yf o rr c m i sg i v e n f i n a l l y , a sa na p p l i c a t i o ne x a m p l eo fr c m ，t h ef a u l tm o d e , e f f e c ta n dc r i t i c a l i t ya n a l y s i so f 1 3n u m e r i c a lc o n t r o lm a c h i n et o o l sb a s e do nt h er c ma l eg i v e n w i t ht h ea v a i l a b i l i t ya n a l y s b a n dl o g i c a ld e c i s i o n ，t h el a t e n tw e a k n e s s e so ft h er o a c h i n e , a n dt h es u b s y s t e m sf e q u tt o m a l f u n c t i o na t eo b t a i n e d ，t h ee q u i p m e n tm a i n t e n a n c em o d ea n ds o m em e a s u r e m e n t s0 1 1t h e m a i n t a i n i n ga n dm a n a g i n ga r ed e t e r m i n e d , w h i c hp r o v i d e sg u i d e st or o ma p p l i e di np r e v e n t i v e m a i n t e n a n c e t h ef 铭u i t ss h o wt h a tt h ee f f i c i e n c ya n da c c u r a c yo ft h em a i n t a n e n e ec a nb e i m p r o v e da n dt h er c mi sa v a i l a b l ea n df e a s i b l ei nt h ee q u i p m e n tm a i n t e n a n c em a n a g e m e n t k e yw o r d s ：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 , m e e h a t r o n i ce q u i p m e n t 。 m a i n t e n a n c e m a n a g e m e n t , n u m e r i c a lc o n t r o lm a c h i n et o o l 东南大学学位论文独创性声明 本入声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包 含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育 机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名： 王毳日期：趔阻2 ) 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本入所送交学 位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外， 允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文 的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名：轻导师签名： 日期： 第1 章绪论 1 1 课题意义 第1 章绪论 随着科学技术的进步，现代企业如机械、电力、石化等的机电设备正全面、迅速地朝 着大型化、连续化和自动化的方向发展，满足了提高生产率、降低生产成本、提高产品质 量等客观要求，但生产规模增大、各部分的关联越来越密切，导致机械设备的一般性故障 也会引发整个流程的停工、停产，特别是关键设备往往会涉及全厂生产系统设备的运行， 其故障将造成巨大的经济损失并引起维修费用的大幅度上升【1 j 。 目前，我国设备维修还相当落后，还不能实现全方位的综合监测，难以对运行中的状 态做出故障分析与预测；一些监测设备不能充分利用，过剩维修仍大量存在，严重故障仍 时有发生。仅以我国的火力发电企业为例，大部分企业的设备维修管理仍然采用旧的维修 管理模式即实行定期维修方式，这种维修体制存在明显的缺点： ( 1 ) 强调预防维修，按规定时间安排维修，会出现维修不足或维修过剩。维修过剩势 必增加生产成本，影响经济效益；维修不足可能造成故障停机和事后维修。 ( 2 ) 机器无故障还可继续运行，但被人为地减少正常工作时间；机器已有故障而不停 机，使故障扩大，停机维修时间必然增加，并且可能造成更大的经济损失。 ( 3 ) 设备的维修和管理计划的制订都预先按规定进行，维修过程不能反映设备的客观 实际，技术和经济效果不明显，设备的整个维修管理过程缺乏科学性和合理性“。 现有工业设备日益精密化、复杂化、高性能化，同时价格也日趋昂贵，企业生产节奏也 日渐加快。因此，维修对正常生产的保障的作用日益增大，维修工作的好坏，维修效率的提 高对企业甚至整个经济社会起着极其重要的作用【4 】。然而先进的设备与落后的维修能力的矛 盾将日益严重地困扰着企业，成为企业前进的障碍。一方面，要求企业增加设备的自诊断能 力和可维修性，要求设备具有更高的可靠性：另一方面，呼唤更良好的售后服务和社会维修 力量，减轻企业设备维修的负担。因而，先进的设备要求更先进的设备维修技术，更需要先 进的管理体系。 以可靠性为中心的维修( 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 t e n a n c e ) 最初创立于飞机行业， f 1 2 0 世纪6 0 年代首先在美国民航领域应用，飞机行业的实践表明，r c m 能以前所未有的可 信度和精确度确定设备每个部位在其运行周期内的维修需要，可导致维修工作量减少口棚。 经过近4 0 年的不断发展和完善，目前作为第三代维修管理已逐渐为其它工业部门所接受，现 正迅速成为世界上许多工业、军事、施工等领域维修管理实践的基础。在我国，各部门也开 始从传统的维修模式向以可靠性为中心的维修模式转变。 以可靠性为中心的维修策略抛弃了传统维修思想中不合理的部分，使机电设备维修迈 进了科学管理的新阶段。如果运用得当，r c m 可改变应用r c m 的企业、企业现有的有形 资产和使用与维护这些资产的人员三者之间的关系，还能使新的设施以更快的速度、更大 的把握和更高的精度投入到有效的应用 7 1 。 东南大学硕士学位论文 1 2 设备维修管理的发展与研究现状 1 2 1 设备维修管理发展概况 设备管理研究设备寿命周期中存在的物质运动形态和价值运动形态，是研究领域十分广 泛、得到迅速发展的应用科学，并与现代工程技术和管理科学的理论发展密切相关”】。随着 企业生产规模的扩大和设备型号不断增多、技术日新月异，抟统的维修管理模式不能适应现 代化设备维修管理的要求，因此有必要总结传统管理经验、借鉴国内外先进管理模式。 6 0 年代至今，国际上的设备工程与管理，随着设备的技术进步有了本质上的变革。世界 上先进的工业发达国家为适应激烈的市场竞争需要，不断寻求和创造新的、先进的管理理论 和模式。在设备管理与维修方面也出现了重大的突破，相继出现了“设备综合工程学”、“全 员生产维修”、“适时管理”等现代设备管理与维修理论和与之相适应的模式p ”j 。各种新 技术、新思想不断涌现，给设备管理领域注入了活力。 工业发展从手工作坊到机械化和电气化，再到今天的信息化，各个时期的设备管理与维 修方式有很大的变化，可概括为事后维修、预防维修、生产维修和各种设备综合管理阶段l l ” 每个时期的维修方式都是与当时工业的发展水平直接相关，各个时期维修方式的发展变化也 反映了人们对维修认识的深入全面，以及维修水平的提高。 1 事后维修阶段 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 ) 也就是经验管理阶段，它是指机械设备发 生故障后才进行的维修。它包括查找故障部位，进行修复或更换零部件，进行调整，验收等 一系列技术活动。生产设备发生故障后，往往会给生产造成较大损失，也会给修理工作造成 被动和困难。但对故障停机后再维修并不会给生产造成损失的设备，采用事后维修的方法往 往更经济。例如对利用率低，修理技术不复杂，能及时提供备件。实行预防维修经济上不 合算的设备，便可采用这种维修方法。 在这一阶段设备维修的特点可概括为“坏了才修，不坏不修”，称之为事后维修阶段。 2 预防维修阶段 2 0 世纪初，随着生产技术不断的发展，开始出现了半自动、自动化设备，以及装配流水 线，使生产效率大大提高，同时，也使设备停机损失相应加大。事后维修方式已不适应生产 水平的提高，同时由于科学管理理论的产生和发展，使人们认识到一切管理问题都应当而且 可能用科学的方法加以研究和解决【1 2 】。原苏联和美国先后出现了以预防为主的定期维修做 法即预防维修( p m ：p r e v e n t i v em a i n t e n a n c e ) 。 为了防止设备性能、精度劣化或降低故障率，按事先规定的计划和相应的技术要求进 行的维修活动，称为预防维修。随着设备或系统结构的日趋复杂，以及因发生故障所造成 的经济损失日益增大，那种只通过事后维修的方法越来越满足不了需要，尤其是那些安全 性受到特别重视的交通运输工具或生产系统中的关键设备，采用预防维修是不可缺少的。 这一阶段又分为两大体系。一种是以原苏联为首的计划预防修理制度，它具有三种具 体形式；检查后修理制度、标准修理制度和定期修理制度。旨在通过计划对设备进行周期 性的修理。其中包括按照不同设备和不同使用周期安排的大修、中修和小修。一般情况下 设备一出厂，其维修周期基本上就确定下来，这种模式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，缺点是维修的经济性和设备基础保养考虑不够。由于计 2 第1 章绪论 划固定，较少考虑设备使用实际、负荷情况，容易产生维修过剩或维修不足。中国在五六 十年代，工业受前苏联影响较多，也基本采用这种维修体制。 另一种是以美国为首的预防维修制。它是一种通过周期性的检查、分折来制定维修计 划的管理方法，也属于预防性维修体系，多被西方国家采用。其优点是可以减少非计划的 故障停机，检查后的计划维修可以部分减少维修的盲目性；其缺点是由于当时检查手段、 仪器尚比较落后，受检查手段和检查人员经验的制约，可能使检查失误，进一步使维修计 划不准确，仍可能造成维修冗余或不足【1 3 i 。 3 生产维修阶段 随着科学技术的发展，1 9 5 4 年美国通用电器公司提出了“生产维修”( p m ：p r o d u c t i v e m a i n t e n a n c e ) 概念，强调以生产为中心，为生产服务，提高企业的综合经济效益1 1 4 q 5 1 。它 由四种具体的维修方式构成：事后维修、预防维修、改善维修和维修预防。针对不同设备 及其使用情况分别采取不同的维修方式。例如，对重点设备实行预防维修，对一般设备进 行事后维修，其目的是提高设备维修的经济性。 为了减少设备故障，单纯的预防维修还是不够的，必须提高设备的可靠性和维修性，改 进设备的设计和制造质量。对于使用中的设备是改善维修；对新设计的设备，则是实行维修 预防，以消除或减少维修活动。 4 各种维修管理模式并行阶段 从上世纪8 0 年代以来，以信息技术为主的产业高速发展，使生产向集约化发展，实现高 度自动化和信息化，并向智能化大系统管理的控制自动化发展。这一阶段由于技术进步及管 理思想的发展产生了一些更加适于现代工业发展的新的维修管理方式。尤其是九十年代，国 际国内的维修体制不断变革，出现了不少新的维修思想理论，计算机技术的发展也使计算机 辅助设备维修管理成为大势所趋。诸如设备综合管理( e q u i p m e n tm a n a g e m e n t ) 、全员生产 维修t p m ( t o t a lp r o d u c t i v em a i n t e n a n c e ) 、以可靠性为中心的维修r c m 、状态维修c b m ( c o n d i t i o n - b a s e dm a i n t e n a n c e ) 、点检制度、优化维修p m o ( p l a n tm a i n t e n a n c e o p t i m i z a t i o n ) 等维修管理方式不断出现，维修管理的水平也不断提高f l q 。其中有代表性的 是以可靠性为中心的维修思想、全面计划质量管理和计算机辅助维修管理等【1 7 1 。 ( 1 ) 以可靠性为中心的维修 以可靠性为中心的维修思想与其他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，以经济性和使用率为使用 性和非使用性后果的设备确定维修方式的依据。r c m 在世界各国得到广泛应用，设备综合 工程学、全员生产维修制、后勤工程学等管理模式都或多或少的吸收了r c m 思想。 ( 2 ) 全面计划质量管理 1 9 8 9 年，美国提出全面计划质量管理( t p q m ：t o t a lp l a n n i n gq u a l i t a t i v em a i n t e n a n c e ) ， 其资源管理目标是实现设备寿命周期内的高质量、高可靠性、高利用率和经济安全。t p q m 与t p m 的区别在于t p q m 更强调质量过程、质量规定和维修职能的发挥，其实现主要靠程序 和组织的规范化，而不是员工的自觉。 。 还有其他一些新的维修管理模式，如以利用率为中心的维修( a c m ：a v a i l a b i l i t yc e n t e r e d m a i n t e n a n c e ) 、费用有效维修( c e m ：c o s t - e f f e c t i v em a i n t e n a n c e 】、适应性维修( a m ：a d a p t i v e m a i n t e n a n e e ) 、准时生产理论( j i t ：j u s ti nt i m e ) 等。这些维修模式都是综合维修思想的反映， 主要特点是对不同的设备有针对性地采取合适的维修措施。 ( 3 ) 计算机辅助维修管理 计算机辅助设备维修管理是设备维修管理现代化与企业管理现代化同步的必然趋势， 3 东南大学硕士学位论文 可以规范设备维修管理工作，提高管理工作的质量、效率和设备资源的利用率，保证作业计 划的准确性和科学性，实现企业的经营目标。 计算机辅助设备维修管理主要表现为三个方面：设备故障诊断专家系统、设备维修管 理信息系统、设备维修决策支持系统i l ”。一个综合设备维修管理系统应包含设备诊断系统、 定期诊断信息管理系统和维修管理系统组成，以及支持这些系统的专家系统。有代表性的设 备维修管理软件有t p m 综合设备维修管理系统、p m i s 设备管理信息系统等。 1 2 2 设备维修管理研究现状 随着工业设备日益精密化，复杂化、高性能化，工厂的设备维修费用占生产成本的比 例也在增大，因而设备维修规划策略的研究愈显重要。在国际上，七十年代以前，许多企 业在生产中采用设备损坏后再维修的被动的修复性维修方式。随着计算机技术的发展和应 用，许多公司采用了周期性的预防性维修方式。八十年代后期，由于科学技术的进步，出 现了一些先进的检测仪器和技术，能够识别出设备中的缺陷与故障，同时还出现了一种更 先进的维修方式，系统地消除故障根源，集中力量来减少所需要的总的维修量，b 日主动性 维修。九十年代后，众多企业都在积极倡导一种以可靠性为中心的维修方式。这一技术综 合预防性维修、预测性维修和主动性维修，以设备的全过程寿命管理和高可靠性为目标， 形成了一个统一完整的维修策略【1 w 。以可靠性为中心的维修方式被誉为工业管理的未来。 在过去的二十年中，西方工业界兴起了工厂设备管理计算机化的热潮，出现了许多容 量大小不等的数据信息系统、计算工具、模拟软件等。欧洲联盟委员会组织了三十多个不 同国家的公司，投入大量资金，开发了许多设备管理计算机辅助工程工具软件。美国和日 本也同样组织实施了多项研究计划。即便是一些工业新兴的国家也高度重视先进的设备管 理技术，如南非的s a s o l 公司倡导的设备风险综合评估法( f a c i l i t yr i s kr e v i e w ) 也颇受国 际瞩目。 我国自八十年代以后也开始强化了设备的管理，国际上一些先进的设备管理理论和方 法，逐渐被中国企业所认识和接受。有的企业在设备维修管理中引进了视情维修，并把“全 员”的思想或5 s 的做法应用到设备现场管理中；一些企业也采用了“设备重要度分类”方法 来确定设备的维修策略；随着计算机及信息技术的飞速发展，很多企业都加强了对计算机管 理的投入，一些企业使用了计算机维修管理系统口q 。 可见，设备维修管理的研究进展概括来说就是从人工管理到计算机自动管理、由被动 维修方式到主动维修方式、由维修成本高到维修成本低、由单一维修模式到多个维修模式 相结合设备维修管理的研究发展呈现以下一些特点1 2 l j ： ( 1 ) 把寿命周期理论应用于实际，用视情维修代替部分定期维修，维修科学向多学 科组合、维修组织科学化方向发展f ( 2 ) 系统工程、计算机及行为科学进入维修管理之中，维修工程开始运用工业工程、 价值工程、质量工程和系统工程等现代管理科学； ( 3 ) 社会化维修体制的进步，开始更多的社会化和专业化维修、更多的视情维修和更 有计划的维修； ( 4 ) 维修在企业中的地位更加重要，不亚于生产计划、质量控制和生产经营； ( 5 ) 状态监测技术的进步和修理技术的更加先进。 4 第1 章绪论 1 3 机电设备可靠性研究概述 可靠性是指系统、设备或零部件等，在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能 的能力。可靠性技术在科学实验，生产实践和人们习常生活等各方面都有很重要的意义。 可靠性理论萌芽于4 0 年代的航空领域，创建于5 0 年代的美国国防部门，在6 0 年代开始全 面发展，7 0 年代进入成熟阶段。2 0 世纪7 0 年代，各种各样的电子设备或系统广泛应用于 各科学技术领域、工业生产部门以及人们的日常生活中。电子设备的可靠性直接影响着生 产的效率、系统、设备以及人们的生产安全，对可靠性问题的研究显得日益重要。 2 0 世纪8 0 年代，可靠性研究继续向广度和深度发展。中心内容是实现可靠性保证。 1 9 8 5 年美国军方提出在2 0 0 0 年实现“可靠性加倍，维修时间减半”目标，并开始实施。 2 0 世纪8 0 年代初，我国掀起了电子行业可靠性工程和管理的第一个高潮。1 9 8 4 年组建了 全国统一的电子设备可靠性信息交换网，并颁布了g j b 2 9 9 8 7 ( 电子设备可靠性预计手册， 有力地推动了我国电子设备可靠性工作田j 。2 0 世纪9 0 年代，原机械电子工业部提出了“以 科技为先导，以质量为主线”，沿着管起来控制好一上水平的发展模式开展可靠性工作， 兴起了我国第二次可靠性工作的高潮，取得了较大的成绩。 现代设备很多都是机电设备，而数控机床是典型的机电一体化产品，它是先进制造技术 的基础设备，其停机时间直接影响产品制造的生产率，然而作为一种加工精度高、自动化程 度好的加工设备，数控机床的结构非常复杂，它由n c 系统、进给系统、机械传动系统、冷 却系统、润滑系统和电源等许多子系统组成，而且故障现象和故障原因之间不是“一对一” 的关系，而是“一对多”的关系，即一种故障现象可能是由多种故障原因引起的，而一种故 障原因又可能引起多种故障现象 2 3 - 2 4 1 。 从当前数控机床市场来看：一方面，为了提高产品的竞争力和经济效益，可靠性己成为 设计人员进行产品设计时所追求的重要指标；另一方面，用户购买使用数控机床时，也经常 将可靠性放在首位盼j 。为此，发达国家早已开展了可靠性的研究工作。 机床可靠性技术在7 0 年代发源于前苏联。俄罗斯学者对机床早期故障的研究特别关注， 对机床故障情况进行分类，进行了故障预防和机床保护方法等方面的研究。西方工业发达国 家的高校，在8 0 年代初从理论和实践两个方面提出了与数控机床产品密切结合的可靠性研究 方法。美国学者y g u p t a 和t s o m e r s 等提出了数控机床维修性的传递函数理论。日本机床界 的一些学者，从数控机床的故障诊断分析入手，根据数控机床工作和功能特点，研究数控机 床的故障模式和原因以及提高可靠性的措施。澳大利亚昆士兰理工大学和格里菲斯大学 m k a r y a g i n a 、w w a n g 和l v l a c i c 等人对数控机床的故障数据进行了分析，就系统故障的成 本统计性质和非恒定值故障强度建立了寿命周期成本( l c c ) 模型1 2 6 j 。台湾学者王国松在9 0 年 代初，对柔性制造系统提出了1 7 种故障模式，建立了动态可靠性模型。 我国从8 5 年开始，机械委机械研究院可靠性研究中心进行了故障案例库的研制工作。9 0 年代以来，我国把数控机床可靠性的基础研究工作列入到“八五”国家重点科技攻关计划， 制订了c n c 机床等可靠性测定试验方案及一系列标准，对国内外部分加工中心的使用现状， 进行了可靠性初步考核。 九十年代初，沈阳第一机床厂、长城机床厂等数控车床生产厂家对数控车床的故障和维 修数据进行分析处理，考查了平均无故障工作时间、平均修复时间及可用度等主要可靠性指 标。西北工业大学王润孝等分析了数控机床故障的特征及故障诊断方法，探讨了容错技术在 数控机床设计中的应用。北京理工大学的张之敬等研究了机电系统概念描述和故障诊断知识 5 东南大学硕士学位论文 的表达。吉林工业大学计算机数控机床可靠性研究室进行了大量的研究工作。对数控车床进 行初步故障分析和维修性分析，建立了数控车床无故障工作时间和维修时间的分布模型，对 机床的主传动系统进行了动力特性分析，并对传动件进行了可靠性设计的初步研究1 2 7 】。 我国可靠性的研究已经取得了长足进展，在关键技术研究和应用示范上获得了重要突破 和较好的经济效益。其主要研究方法和步骤为：( 1 ) 早期故障实验规范的制定。( 2 ) 故障 数据的收集和处理。( 3 ) 可靠性设计。包括可靠性设计准则、可靠性设计检查表、可靠性 设计评审、可靠性实验规范等内容。( 4 ) 制定关键工序的可靠性保证措施。( 5 ) 制定外购 外协件的可靠性保证措篪。( 6 ) 故障树分析。( 7 ) 故障模式、影响和危害度分析。( 8 ) 可靠性改进措施。 我国的可靠性工程虽然发展快，但应该看到，目前与发达国家相比，还有很大的差距。 把设备性能和可靠性同等看待，是推动可靠性发展的关键。与此同时，将可靠性理论研究 成果应用于可靠性工程实践中，把对设备的可靠性要求纳入设备指标体系，并要有相应的 考核要求和办法。虽然可靠性工程起源于军事领域，但从它的推广应用和给企业与社会带 来的巨大经济效益的事实中，人们更加认识到提高设备可靠性的重要性。 1 4r c m 的研究现状 设备的维修一直在不断变革，维修要与不断变化的期望值相适应。这种变革对所有生 产行业中的观念和技能都能进行严格的考验。与工程人员和管理人员一样，维修人员不缛 不彻底更新思维方式和行为方式删。与此同时，无论怎么使维修系统计算机化，其局限性 正变得日益明显。为此，他们要寻求一种战略性框架系统，该框架系统将新的发展结果并 入一种相关联的模型中，这样他们就能对新的发展加以合理评价，并且采用其中对自己和 公司最有价值的那一部分。r c m 正是这种框架系统，称为以可靠性为中心的维修印】。 上个世纪6 0 年代末r c m 起源于美国航空界，首次应用r c m 制定维修大纲的是波音7 4 7 飞机。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，促使航空公司努力去尝试新的维修策略。7 0 年代后期r c l i 引起美国军方的重视，进行了 大量的理论与应用研究，终于形成了以可靠性为中心的维修体制。在r c m 的发展过程，里 程碑之一是美国联合航空公司的s t a n l e yn o w ! a l l 和h o w a r dh e a p 于1 9 7 8 年所完成的一份关于 民用航空工业编写飞机维修大纲所采用的方法的报告。该报告全面阐述了鼬c m 在民用航空 工业中的研究与应用情况，成为以可靠性为中心的维修这一学科的重要理论基础。随后， r c m 又普遍应用于冶金、化工等许多行业。 这种维修方式一改传统的定期维修凭经验和推断以及设备厂商推荐和上级规定来确定 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 好的避免了维修不足和过度维修问题，有效的提高了设备的可用率和可靠性，使传统的只考 虑“要做那些维修工作”的思想拓展成为进一步考虑“为什么和是否需要做这些维修工作”。 这些思想和观点为视情维修的推广和应用奠定基础，导致了逻辑决断法的产生。并于7 0 年代 末，形成了系统的以可靠性为中心的维修思想”u j 。 r c m 思想是在“以预防为主”的计划预防维修体制基础上发展起来的一种现代维修思 想。其内涵为以最低的费用实现机械设备固有的可靠性水平即充分利用设备固有可靠性的维 修理论j 。与传统的维修方法相比，r c m 方法更加注重结果，在进行维修之前，人们首先 要决定那些维修工作是值得做的，那些不值得做，如果做出了正确的选择，就能够改善设备 6 第l 章绪论 的性能且同时控制住、甚至降低维修费用。如果选择是错误的，就会产生新的问题，同时现 存问题只能更加严重。由于r c m 强调了维修结果，人们在研究中发现将r c m 技术与故障诊 断有机地结合起来，提出了基于r c m 技术的故障诊断方案，强调了可靠性在故障诊断中的 作用，解决了传统的故障诊断的为诊断而诊断的问题，同时强调了设备管理机制的作用。把 r c m 理论与专家系统理论相结合对设备进行故障诊断已成为现今故障诊断一个新发展方 向。 r c m 研究发展过程可分为四个阶段 3 2 - 3 3 1 ： ( 1 ) 1 9 6 8 年，美国在给新生产的波音7 4 7 飞机建立健全维修制度时，设计了包含有判定( 故 障的) 逻辑和制造商和使用者之间协同措施的一种程序或大纲。这是r c m 形成的最早雏形， 尽管当时并没有称之为r c m 。 ( 2 ) 1 9 7 9 年，对上述的维修制度进行了重大修改，形成维修指导文集 - a ( m s o - 3 ，m a i n t e n a n c es t e e r i n gg r o u p ) 。这一维修制度为确保飞机安全飞行发挥了重要作用。 其效果引起了广泛的关注。 ( 3 ) 1 9 8 8 年，英国人j o h nm o u b r a y 进- - 步针对工业设备发展了故障模式、效应及临界性分 析( f m e c a ：f a u l tm o d e ，e f f e c ta n dc r i t i c a l i t ya n a l y s i s ) 的概念，并将此技术称之为以可靠性 为中心的维修。 ( 4 ) 1 9 9 1 年，j m o u b r a y 又提出了完善r c m 的观点r c m i i ，强调了可靠性的一些主要特点 和故障的性质，也强调了环境保护问题。 r c m 自从在美国民航领域应用以来，经过几十年的不断发展和完善，目前作为第三代 维修管理己逐渐为其它工业部门所接受，现正迅速成为世界上许多工业、军事、施工等领 域的维修管理实践的基础。在我国，各部门也开始从传统的维修模式向以可靠性为中心的 维修模式转变l ”。通过r c m 的应用，改变了企业、企业现有的机械设备、使用与维修 这些机械设备的人员三者之间的关系，使新的机械设备以更快速度、更大的把握和更高的 精度投入有效的应用。 1 5 本文研究内容 在大型企业和流程化企业中，设备维修管理的科学化和综合化已经成为必然的发展趋 势，研究和应用新的设备维修管理理论是当前的热门课题，本课题根据机电设备当前维修管 理的情况，结合设备可靠性的特点，在r c m 的基础上，将维修的传统观念和现代思想进行 对比研究，确定机电设备的维修策略，确立r c m 实施的内容和步骤，为设备维修管理提供 有意义的方法，实现工厂设备的有效和更高效率的维修，确保企业设备的正常运行。 通过收集各机电设备使用厂家的可靠性数据，评定机电设备的可靠性水平。对现场实 验数据进行可靠性参数计算，求得机电设备的可靠性指标数值，如可靠度、故障率、平均 无故障工作时间等，从而对现有设备的可靠性进行分析评估。对机电设备进行故障部位和 故障模式分析，找出故障最频繁的部件或子系统和对整机影响最大的故障模式并进一步对 故障最频繁的部件或子系统进行故障模式分析。通过对机电设备整机进行危害度分析，找 出机电设备的薄弱环节，找出设备故障原因及处理方法，从而来减少机电设备的维修时间， 提高可用度。 一 本论文共分为五章，各章的主要内容为： 第1 章：主要论述了设备维修领域的发展状况和研究现状，阐述了各种理论的应用特点， 7 东南大学硕士学位论文 接着分析了机电设备的可靠性研究现状，然后研究了以可靠性为中心的维修研究现状，提出 目前在机电设备维修中应用可靠性维修管理理论，最后介绍了论文的主要研究内容。 第2 章；介绍了以可靠性为中心的维修这一模式，研究其基本理论，新型维修观念和维 修策略，分析了其具体维修步骤，最后提出其在机电设备维修管理工作中的具体实施。 第3 章：分析了r c m 分析和决策。首先概述了决策问题，对设备维修方式进行了比较， 重点分析了对维修方式的选择，然后分析了对预防维修周期的确定，对其进行决策，最后确 定维修策略和制定维修计划。 第4 章：将上述研究结果应用于数控机床可靠性的研究，对数控机床维修时间的分布模 型做出了判断，并统计出了数控机床各予系统故障率。提出了维修的关键设备，并研究了它 们的主要故障、征兆及处理措施，为实现预知维修提供了理论基础。 第5 章：论述本论文研究的主要结论，对全文进行了总结，并提出了对课题未来的展望。 8 第2 章以可靠性为中心的维修理论和方法分析 第2 章以可靠性为中心的维修理论和方法分析 本章主要分析以可靠性为中心的维修理论及方法，研究其基本理论，新型维修观念和 维修策略，分析了其具体维修步骤，最后提出其在机电设备维修管理工作中的具体实施。 2 1 以可靠性为中心的维修理论 2 1 1 可靠性基本概念 ( 1 ) - - i 靠性的定义可靠性定义为产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能 力。这里所指的规定条件及功能，不同的产品都有其具体规定。 ( 2 ) 可靠性分类可靠性又分为固有可靠性和使用可靠性。固有可靠性是指在生产过 程中，根据产品的设计、工艺制造及材料、零件的选择等因素确定的可靠性。它决定着产 品的质量，是产品内在的特性，取决于制造厂的水平。而使用可靠性是与产品在使用过程 中的运行状况、工作条件、维修方式及使用厂家技术水平有关。 ( 3 ) 机械设备的可靠性机械设备是一个复杂的综合性机电系统，它由各种零件，机 构合理且有效地组合而成，以达到规定的性能和履行规定的功能。随着使用时间的延续， 组成机械设备的零件将逐渐丧失原有的性质，导致技术状况逐渐变化，直到不能履行规定 的功能。因此，机械设备在设计、生产、装配、使用及维修过程中都始终伴随着可靠性问 题。 ( 4 ) 机械设备可靠性评价指标可靠性包括耐久性和维修性两方面。耐久性对于可修 复系统而言是指故障少，其评价指标是平均故障寿命( m t t f ) 。维修性是指设备在发生故障 后是否容易诊断和修复，其评价指标为平均修复时间( m t i r ) 。要提高机械设备的可靠性， 不仅要求故障少( 即m t i t 值小) ，还要求故障发生时能快速维修使其恢复功能( 即m t t r 值 小) 。 2 i 2 r c m 概念 以可靠性为中心的维修r c m 可以这样定义：它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，也即是一种用于确定为确保任一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 3 6 - 3 7 1 。它最大的特点是从故障后果的严重程度出发， 以尽可能避免或至少可减轻故障后果为目的，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。 r c m 强调对设备的异常工况进行早期诊断和维修，以设备状态为基础来安排各种方式 的维修，以达到最高的设备利用率和最低的维修费用 3 8 - 3 9 。它的基本思路是对系统进行功 能与故障分析，明确系统内各故障发生的后果，用规范化的逻辑决断方法，确定各故障后 果的预防性对策，通过现场故障统计、专家评估、定量化建模等手段，在保证安全性和完 好性的前提下，以维修停机损失最小为目标，优化系统的维修策略。 r c m 对传统的维修思维方式和维修行为方式提出了挑战，其维修策略是建立在故障模 9 东南大学硕士学位论文 式，故障影响和故障后果上，是一种将预防维修、预知维修和主动维修等结合起来的总体维 修模式。与传统的维修方法相比，r c m 方法更加注重结果。在进行维修之前，首先要决定 那些维修工作是值得做的，那些不值得做，如果做出了正确的选择，就能够改善设备的性能 且同时控制住、甚至降低维修费用。如果选择是错误的，就会产生新的问题，司时现存问题 只能更加严重。实施r c m 有助于企业提高设备的安全性和保护环境，提高设备运行性能， 提高维修人员的主观能动性，降低设备维修费用 * o - 4 “。 2 1 3 以可靠性为中心的维修观念 根据设备的可靠性状况，r c m 以最少的维修资源消耗，确定所需的维修内容、维修类 型、维修问蕊期和维修级别，制定出预防维修大纲。r c m 基于对设备维修全新的研究和认 识，对设备故障特性特别是隐蔽故障特性进行研究，从而形成新的观念，为制定维修策略打 下基础。 对故障特性的研究，传统观念认为。设备老，故障多，设备故障与使用时间直接相关。 预防维修是根据设备故障曲线或浴盆曲线制定维修计划，在设备进入耗损故障期之前安排维 修活动。r c m 的观念认为：设备老，故障不见得多；设备新，故障不见得少；设备故障与 使用时间一般没有直接关系，定时维修不普遍适用脚删。 传统的维修观念中故障的概念是指功能性故障，即设备已经丧失了规定的功能。r c m 提出设备潜在故障的理论，即设备故障在发生之前的一些征兆，是可以识别的物理状态预 防维修是在设备进入潜在故障期，但尚未发展成功能故障时进行的维修活动。设备在发生功 能性故障之前先进入潜在故障期，称设备从潜在故障到功能故障的间隔期为p - f 问隔，如图 2 1 示。 设 备 状 态 故障开始发生点 i 、 潜在故障毒 设备已故障点i8 在p - f 间隔进 行预防维修 时间 圈2 - 1 故障的p f 间隔期 图2 一l 中。p 点表示设备性能已开始劣化并进入潜在故障期。状态监测技术可以监测到设 备的潜在故障。r 点表示人类感官能够检查到的故障点，f 点表示设各已丧失规定功能，即 已发展为功能故障。各种设备和不同的p - f 间隔期差别很大。较长的p - f 间隔期，可以减少检 查次数，有更多的时间来组织排除潜在故障所需的人员和材料，更容易在不干扰设备的使用 或其它维修活动情况下安排排除潜在故障。 r c m 的维修观念同传统的观念差异见表2 1 。 l o 第2 章以可靠性为中心的维修理论和方法分析 1 设各故障的发生和发展与使用时 间有直接关系，定时计划拆修普遍 采用 2 预防性维修能提高固有可靠度 3 没有潜在故障的概念 4 无隐蔽故障和多重故障的概念 预防性维修能避免故障的发生，能 改变故障的后果 能做预防性维修的都尽量作预防 性维修 通过更新改造来提高设备的性能 8 完善的预防性维修大纲由维修部 门的维修人员制定 9 维修的目标是以最低费用优化设 备可靠度 故障与使用时闻一般没有直接关系，定时计 划维修不一定好 预防性维修不能提高固有可靠度 许多故障具有一定潜伏期，可通过现代各种 手段检测到，从而安全、经济地决策维修 从可靠性原理及实践寻找或消除隐蔽故障， 可以预防多重故障的严重后果 预防性维修难以避免故障的发生。不能改变 故障