企业设备全面精细化管理课件(PPT 114页).ppt

企业设备全面精细化管理 基于风险的维修决策 讲师 乔文生 研究员 中国设备管理协会设备诊断工程技术中心主任中国机械工程学会设备维修分会监测诊断学术委员会联系方式 qwensheng副主任委员 2020 3 4 2 1 1设备的概念 西方国家设备的概念 即 有形固定资产的总称 物资资料生产的过程中 用来影响或改变劳动对象的劳动资料 如土地 不动产 厂房等建筑 机器及附属设施均属于设备 我国设备的概念 具备直接或间接参与改变劳动对象的形态和属性 并在长期使用中保持其原有形态和属性的劳动资料 设备属于固定资产范畴 固定资产的定义 自2007年1月1日起施行 是指同时具备下列特征的有形资产 1 为生产商品 提供劳务 出租或经营管理而持有 2 使用寿命超过一个会计年度 取消了以前对金额的限制规定 中华人民共和国企业所得税法实施条例 第五十七条规定 企业所得税法第十一条所称固定资产 是指企业为生产产品 提供劳务 出租或者经营管理而持有的 使用时间超过12个月的非货币性资产 包括房屋 建筑物 机器 机械 运输工具以及其他与生产经营活动有关的设备 器具 工具等 2020 3 4 3 1 2设备管理的概念设备管理是以设备为中心的一系列技术 经济和组织工作的总称 现代设备综合管理就是根据企业生产经营的宏观目标 通过采取一系列技术 经济 管理措施对企业主要生产设备的规划 设计 制造 或选型 购置 安装 调试 使用 维修 改造 更新直到报废的一生全过程进行管理 以保持设备良好状态并不断提高设备的技术素质 保证设备的有效使用和获得最佳的经济效益 现代设备管理涉及两方面的内容 1 从规划 设计 制造 筹措 安装 使用 维修 改造 更新直至退役全过程物质运动形态的科学管理 2 从设备的初始投资 维修费用 折旧 更新改造资金直至涉及设备的其他各种费用的筹措 积累 支出的价值运动形态的科学管理 2020 3 4 4 2 现代设备管理的理论基础及管理模式进入20世纪60年代以来 新的设备管理理论 管理方法不断出现 现代科学技术和管理科学领域内的成就也未现代设备管理的发展提供了良机 现代设备管理是在维修管理的基础上 吸取和借鉴了现代科学技术和现代管理科学的成果而形成和发展起来的一门管理科学 2 1现代设备管理的理论基础构成现代设备管理理论的基础涵盖了系统工程 价值工程 工程经济学 摩擦学 可靠性工程学等不同的专业学科 作为一门管理科学 现代设备管理必然具有三项基本特征 即系统性 择优性和重视定量分析 对现代设备管理理论的形成最有影响力的是 一 系统工程所谓系统 是指具有特定功能的互相间具有有机联系的诸多要素构成的一个有机整体 系统一般具有以下特征 整体性 相关性 目的性 环境适应性设备及设备管理具有系统的基本特征 因而可以用系统工程的观点与方法分析 解决其中的问题 2020 3 4 5 二 寿命周期费用理论 LCC LifeCycleCost 寿命周期费用是贯穿于设备寿命周期的全部费用 分为五个部分 设计费用 制造费用 试运转及故障排除费用 设备运转费用 维护及修理费用 上述五项费用中 前三项称为购置费用 除了自动化和无维修设计的设备 设备在运转及维护 修理过程中所发生的费用通常都远远超出其购置费用 设备寿命周期费用的80 是在设备的设计及制造过程中确定的 这其中既取决于设备的自动化程度 也取决于设备运转过程中所需要的操作人员数量及维护和修理的强度 在某些条件下 设备的安装及调试阶段所需的费用在全部购置费用中所占比例也是相当高的 购置费用 维持费用 2020 3 4 6 设备系统寿命周期费用的构成 2020 3 4 7 国外的统计资料表明 设备的维持费与其原始价值的比值大体为 固定资产设备 10 16 耐用消耗品 2 4 小汽车 3 5 上述三种不同类型的设备中各项费用在寿命周期费用中的比例及其与设备原始价值的比值如表所示 2020 3 4 8 2020 3 4 9 2020 3 4 10 三 可靠性工程可靠性工程是20世纪40年代发展形成和起来的 对现代设备管理产生了深远的影响 它应用概率论 数理统计方法为设备管理提供了科学的量化的依据 在设计阶段 可靠性理论预测不同的可靠度 进行择优处理 在使用阶段 则可分析设备系统的故障规律 对不同的维修策略进行优化选择 可靠性管理也是现代设备管理的重要组成部分 后面章节进一步阐述 四 摩擦学摩擦学是研究相对运动表面的摩擦 磨损 润滑 以及三者之间相互关系的基本理论和实践的一门边缘学科 其研究的内容包括设计和计算 润滑材料和润滑方法 摩擦材料和表面状态以及摩擦故障诊断 监测和预报 对于设备管理来说 研究摩擦学的目的在于掌握设备的磨损规律 以便控制和减少设备的维修费用 前苏联正是以此为基础推出计划预修制的 综合工程学也在一定程度上源自对摩擦学的研究 五 工程经济学工程经济学是研究工程项目的经济性问题 按经济准则选择工程项目最佳方案的科学 这里所讲的工程项目 可以是一个工厂 车间 也可以是一项技术革新或改造计划 还可以指一台设备 甚至是设备中某一零部件的更换方案等等 设备在其寿命周期内各个环节均有费用的支出及不同方案的比较 如何使费用支出经济 合理 求得最佳的决策方案 工程经济学即可为此提供相关的理论和方法 2 2现代设备管理的模式集中体现现代设备管理思想的管理理论与管理模式有美国的后勤工程学 LogisticsEngineering 英国的综合工程学 Terotechnology 日本的全员生产维修 TotalProductiveMaintenance 和德国的综合管理 IntegrierteAnlagenwirtschaft 一 后勤工程学美国于20世纪60年代首先提出后勤工程学的观点 强调对对设备的系统管理 同时提出设备寿命周期费用最经济的目标及可靠性 维修性设计的问题 定义 涉及保障目标 计划 设计和设施的各项要求 以及与资源供应与维持等相关的管理 工程与技术的艺术与科学 后勤工程学的理论基础是系统论 二 综合工程学1970年英国人丹尼斯帕克斯首先提出了以设备寿命周期为基础的 设备 综合工程学 的观点 其核心是将设备寿命周期内的各个不同阶段作为研究和管理对象 以寿命周期费用优化作为研究的目的 定义 为求得有形资产经济的寿命周期费用而将相关的工程技术 管理 财务及业务加以综合的科学 综合工程学的主要观点 1 追求寿命周期费用最佳2 对设备资产进行综合管理3 可靠性 维修性理论在产品设计中的应用 4 以系统论的观点对设备整个寿命周期进行管理5 管理过程中的信息反馈 15 三 全员生产维修TPM TotalProductiveMaintenance 20世纪50年代初日本引进了通用电气公司创建的预防维修体制 如同质量管理与零故障管理的引进一样 日本人改进和发展了预防维修模式 使之更加适应日本企业的实际 日本设备维修协会副主席中岛青一在全日本积极推动TPM 被称为TPM之父 他就TPM题材所写成的著作也被日本和许多国家认为是维护和生产管理领域内的圣经 20世纪70年代初 日本在学习 推广设备综合工程学及预防维修 生产维修的基础提出了 全员生产维修 的概念 全员生产维修的首要目标是 通过减少计划外停机时间和废品数量以提高设备的有效利用时间 同时通过满足不断变化的需求以延缓生产设备的使用年限 16 全员生产维修的第二个目标 减少维修费用 全员生产维修的特点 全效率 全系统 全员 TPM模式实际上反映的是一种企业文化 而这种企业文化的核心就是团队精神 强调的是协作 小组自主活动 6S活动 设备点检制等具有鲜明的 全员 特色的管理模式 6S活动 整理 整洁 清洁 清扫 素养 安全设备点检就是根据相关的标准 周期对设备的薄弱环节进行状态检查 将可能发生的故障隐患消除在萌芽状态 点检的特点是 定人 定点 定量 定周期 定标准 定工况 定记录 定作业流程 三个层面的点检 操作人员的岗位点检 专业点检员的定期点检 专业技术人员的精密点检 17 四 设备综合管理德国的设备综合管理以 一体化 和 综合 的观点研究设备寿命周期中的经济问题 从财务管理及投资分析的目的出发 综合管理强调对设备费用的构成研究 并应用盈亏分析 投资收益分析以及投资经济计算法对相关费用进行分析 计算 在德国的设备综合管理中包括前期和实物管理及资产和信息管理两部分内容 前者涉及设备的筹措 使用 维修 技改 退役及再利用 更新 后者则与设备的投资核算 设备核算 资料及数据管理等内容有关 3 1管理的方式与选择 3 2设备管理组织机构设置的原则 一 精简的原则 二 统一领导 分级管理的原则 三 分工与协作统一的原则 四 责权统一的原则3 3设备管理组织机构的形式及特点 直线制组织结构的特点 是组织中的各种职位均按垂直系统直线排列 不存在管理上的职能分工 任何级别的管理人员均不受同一级别的指挥 一 直线制组织结构简图 特点 适应现代工业技术复杂 管理专业化程度高 分工细致的特点 缺点 多头领导 使基层部门无所适从 二 职能直线制组织结构简图 23 特点 项目管理时可按横向系统管理 日常管理按纵向系统管理 缺点 信息交流需要较多 加大了成本和决策时间 管理人员过多 参与决策层面过多将导致协调与决策的困难 三 矩阵型组织结构简图 例 宝钢公司设备组织体系 例 宝钢炼钢设备系统组织体系 1 事后维修阶段BM BreakdownMaintenance 2 预防维修管理阶段PM PreventiveMaintenance上世纪60 80年代 3 第三代维修模式阶段设备全面精细化管理阶段 系统管理阶段 上世纪60年代出现 80年代至今广泛使用 全员生产维修TPM 状态维修 视情维修CBM 费用有效性维修CEM 基于可靠性的维修RCM 基于风险的维修RBM 从人类生产工具产生到1930 1940年 美国的 预防维修制 前苏联的 计划预修制 2020 3 4 30 自从人类使用机械以来 就伴随有设备的管理工作 只是由于当时的设备简单 管理工作单纯 仅凭操作者个人的经验行事 随着工业生产的发展 设备现代化水平的提高 设备在现代大生产中的作用与影响日益扩大 加上管理科学技术的进步 设备管理也得到了相应的重视和发展 以致逐步形成一门独立的学科 设备管理 纵观其发展过程 大致可以分为三个阶段 5 1事后维修阶段资本主义工业生产刚开始时 由于设备简单 修理方便 耗时少 一般都是在设备使用到出现故障时才进行修理 这就是事后维修制度 此时设备修理由设备操作人员承担 后来随着工业生产的发展 结构复杂的设备大量投入使用 设备修理难度不断增大 技术要求也越来越高 专业性越来越强 于是 企业主 资本家便从操作人员中分离一部分人员专门从事设备修理工作 为了便于管理和提高工效 他们把这部分人员统一组织起来 建立相应的设备维修机构 并制定适应当时生产需要的最基本管理制度 在西方工业发达国家 这种制度一直持续到20世纪30年代 而在我国 则延续到20世纪40年代末期 事后维修能够最大限度地利用设备的零部件 提高了零部件的经济型 因此离散型生产 关联度不高的设备通常采用事后维修的模式管理 2020 3 4 31 5 2预防维修管理阶段预防维修即基于时间或工作量的维修 预防维修制有两大体系 分别是前苏联的 计划预修制 和美国的 预防维修制 1925年前后 美国首先提出了预防维修的概念 对影响设备正常运行的故障 采取 预防为主 防患于未然 的措施 以降低停工损失费用和维修费用 主要做法是定期检查设备 对设备进行预防性维修 在故障尚处于萌芽状态时加以控制或采取预防措施 以避免突发事故 前苏联在20世纪30年代末期开始推行设备计划预防维修制度 前苏联的计划预防维修制度除了对设备进行定期检查和计划修理外 还强调设备的日常维修 预防维修比事后修理有明显的优越性 预先制定检修计划 对生产计划的冲击小 采取预防为主的维修措施 可减少设备恶性事故的发生和停工损失 延长设备的使用寿命 提高设备的完好率 有利于保证产品的产量和质量 计划预修制是以设备的磨损规律为基础制定的 按照计划预修制的理论 影响设备修理工作量的主要因素是设备的开动台时 一系列定期检查 小修 中修 大修组成的 修理周期结构 以及计算各种修理消耗定额的 修理复杂系数 构成了计划预修制的两大基础 2020 3 4 32 计划预修制的不足在于 片面强调定期修理而忽视了设备的实际状态 容易导致维修过剩和维修不足 另一方面忽视操作人员的参与 易导致修理与维护保养的失调 美国预防维修制的基本内涵是对设备故障采取 预防为主 的方针 加强设备使用时的维护保养 在设备发生故障前进行预防性维修 以减少故障停机前的直接或间接损失 预防维修制以设备的日常检查和定期检查为基础并据此确定修理内容 方式和时间 由于没有严格规定的修理周期 因而有较大的灵活性 也出现了由于日常检查过于频繁而导致的维修费用过大的问题 于是出现了将预防维修与事后维修结合的 生产维修制 即对主要生产设备实施预防维修 对一般设备实施事后维修 与事后维修相比 预防维修有如下优点 按计划进行预防维修 减少了故障停机造成的损失 大大降低设备恶性事故的发生 设备维修是预先制定的 不会造成对生产计划的冲击和干扰 2020 3 4 33 20世纪50年代初期我国引进计划预修制度 对于建立我国自己的设备管理体制 促进生产发展起到了积极的作用 经过多年实践 在 以我为主 博采众长 精神的指导下 对引进的计划预修制度进行了研究和改进 创造出具有我国特色的计划预修制度 其主要特点是 计划预修与事后修理相结合对生产中所处地位比较重要的设备实行计划预修 而对一般设备实行事后修理或按设备使用状况进行修理 合理确定修理周期设备的检修周期不是根据理想磨损情况 而是根据各主要设备的具体情况来定 如按设备的设计水平 制造和安装质量 役龄和使用条件 使用强度等情况确定其修理周期 使修理周期和结构更符合实际情况 更加合理 正确采用项目修理通常 设备有保养 小修 中修和大修几个环节 但我国不少企业采用项目修理代替设备中修 或者采用几次项目修理代替设备大修 使修理作业量更均衡 节省了修理工时 2020 3 4 34 修理与改造相结合我国多数企业往往结合设备修理对原设备进行局部改进或改装 使大修与设备改造结合起来 延长了设备的使用寿命 强调设备保养维护与检修结合这是我国设备预防维修制的最大特色之一 设备保养与设备检修一样重要 若能及时发现和处理设备在运行中出现的异常 就能保证设备正常运行 减轻和延缓设备的磨损 可延长设备的物质寿命 20世纪60年代 我国许多先进企业在总结实行多年计划预修制的基础上 吸收三级保养的优点 创立了一种新的设备维修管理制度 计划保修制 其主要特点是 根据设备的结构特点和使用情况的不同 定时或定运行里程对设备施行规格不同的保养 并以此为基础制定设备的维修周期 这种制度突出了维护保养在设备管理与维修工作中的地位 打破了操作人员和维护人员之间分工的绝对化界限 有利于充分调动操作人员管好设备的积极性 使设备管理工作建立在广泛的群众基础之上 2020 3 4 35 5 3全面精细化管理 设备综合管理 阶段5 3 1综合管理思想起步阶段随着科学技术的发展 尤其是宇宙开发技术的兴起 以及系统理论的普遍应用 1954年 美国通用电器公司提出了 生产维修 的概念 强调要系统地管理设备 对关键设备采取重点维护政策 以提高企业的综合经济效益 主要内容有 对维修费用低的寿命型故障 且零部件易于更换的 采用定期更换策略 对维修费用高的偶发性故障 且零部件更换困难的 运用状态监测方法 根据实际需要 随时维修 对维修费用十分昂贵的零部件 应考虑无维修设计 消除故障根源 避免发生故障 20世纪60年代末期 美国企业界又提出设备管理 后勤学 的观点 它是从制造厂作为设备用户后勤支援的要求出发 强调对设备的系统管理 设备在设计阶段就必须考虑其可靠性 维修性及其必要的后勤支援方案 设备出厂后 要在图样资料 技术参数 检测手段 备件供应以及人员培训方面为用户提供良好的 周到的服务 以使用户达到设备寿命周期费用最经济的目标 2020 3 4 36 日本首先在汽车工业和家电工业提出了可靠性和维修性观点 以及无维修设计和无故障设计的要求 至此 设备管理已从传统的维修管理转为重视先天设计和制造的系统管理 设备管理进入了一个新的阶段 5 3 2综合管理思想成熟阶段体现设备综合管理思想的两个典型代表是 设备综合工程学 和 全员生产维修制 由英国1971年提出的 设备综合工程学 是以设备寿命周期费用最经济为设备管理目标 对设备进行综合管理 紧紧围绕四方面内容展开工作 以工业管理工程 运筹学 质量管理 价值工程等一系列工程技术方法 管好 用好 修好 经营好机器设备 对同等技术的设备 认真进行价格 运转 维修费用 折旧 经济寿命等方面的计算和比较 把好经济效益关 建立和健全合理的管理体制 充分发挥人员 机器和备件的效益 研究设备的可靠性与维修性 无论是新设备设计 还是老设备改造 都必须重视设备的可靠性和维修性问题 因为提高可靠性和维修性可减少故障和维修作业时间 达到提高设备有效利用率的目的 2020 3 4 37 以设备的一生为研究和管理对象 即运用系统工程的观点 把设备规划 设计 制造 安装 调试 使用 维修 改造 折旧和报废一生的全过程作为研究和管理对象 促进设备工作循环过程的信息反馈 设备使用部门要把有关设备的运行记录和长期经验积累所发现的缺陷 提供给维修部门和设备制造厂家 以便他们综合掌握设备的技术状况 进行必要的改造或在新设备设计时进行改进 20世纪70年代初期 日本推行的 全员生产维修制 是一种全效率 全系统和全员参加的设备管理和维修制度 它以设备的综合效率最高为目标 要求在生产维修过程中 自始至终做到优质高产低成本 按时交货 安全生产无公害 操作人员精神饱满 全系统 是对设备寿命周期实行全过程管理 从设计阶段起就要对设备的维修方法和手段予以认真考虑 既抓设备前期阶段的先天不足 又抓使用维修和改造阶段的故障分析 达到排除故障的目的 全员参加 是指上至企业最高领导 下到每位操作人员都参加生产维修活动 在设备综合管理阶段 设备维修的方针是 建立以操作工点检为基础的设备维修制 实行重点设备专门管理 避免过剩维修 定期检测设备的精度指标 注意维修记录和资料的统计及分析 2020 3 4 38 综合管理是设备管理现代化的重要标志 其主要表现有 设备管理由低水平向制度化 标准化 系列化和程序化发展 1987年国务院正式颁布了 全民所有制工业交通企业设备管理条例 使设备管理达到 四化 有了方向和依据 由设备定期大小修 按期按时检修 向预知检修 按需检修发展 状态监测技术 网络技术 计算机辅助管理在许多企业得到了应用 由不讲究经济效益的纯维修型管理 向修 管 用并重 追求设备一生最佳效益的综合型管理发展 实行设备目标管理 重视设备可靠性 维修性研究 加强设备投产前的前期管理和使用中的信息反馈 努力提高设备折旧 改造和更新的决策水平以及设备的综合经济效益 由单一固定型维修方式 向多种维修方式 集中检修和联合检修发展 设备维修从企业内部走向了社会 从封闭式走向开放式 联合式 这是设备管理现代化的一个必然趋势 维修技术向新工艺 新材料 新工具和新技术发展 如热喷涂 喷焊 堆焊 电刷镀 化学堵漏技术 废渣 废水利用新工艺 以及防腐蚀 耐磨蚀新材料 得到了广泛应用 5 3 3以可靠性为中心的维修 RCM 的产生与发展RCM ReliabilityCenteredMaintenance 的产生与设备维修方式的多样化与人们对维修实践的不断认识有直接的关系 二十世纪50年代末以前 在各国设备维修中普遍的做法是对设备实行定时翻修 这种做法来自早期对机械事故的认识 机件工作就有磨损 磨损则会引起故障 而故障影响安全 所以 设备的安全性取决于其可靠性 而设备可靠性是随时间增长而下降的 必须经常检查并定时翻修才能恢复其可靠性 基于这种认识 人们认为 预防性维修工作做得越多 翻修周期越短 翻修深度越大 设备就越可靠 但是 对于复杂设备或产品来说 传统的做法常常会遇到两个重大问题 一是随着设备的复杂化 无论机件大小都进行定时翻修其维修费用不堪重负 二是有些产品或项目 不论其翻修期缩到多短 翻修深度增到多大 其故障率仍然不能有效控制 60年代初 美国联合航空公司通过收集大量数据并进行分析 发现航空机件的故障率曲线有六种基本形式 符合典型的 浴盆曲线 的仅占4 且具有明显耗损期的情况也并不普遍 没有耗损期的机件约占89 见页下图 通过分析他们得到两个重要结论 即 对于复杂设备 除非具有某种支配性故障模式 否则定时翻修无助于提高其可靠性 对许多项目 没有一种预防性维修方式是十分有效的 在其后近10年的维修改革探索中 通过应用可靠性大纲 针对性维修 按需要检查和更换等一系列试验和总结 形成了一种普遍适用的新的维修理论 以可靠性为中心的维修 航空机件的六种基本形式的故障率曲线 1968年 美国空运协会颁发了体现这种理论的飞机维修大纲制订文件MSG 1 手册 维修的鉴定与大纲的制订 RCM的最初版本 该文件由领导制订波音747飞机初始维修大纲的维修指导小组 MaintenanceSteeringGroup MSG 起草的 在波音747飞机上运用后获得了成功 按照RCM理论制订的波音747飞机初始维修大纲 在达到20000h以前的大的结构检查仅用6 6万工时 而按照传统维修思想 对于较小且不复杂的DC 8飞机 在同一周期内需用400万工时 对于任何用户这种大幅度的减少维修工时 费用 其意义是显而易见的 重要的这是在不降低设备可靠性的前提下实现的 1974年美国国防部明令在全军推广以可靠性为中心的维修 1978年 美国国防部委托联合航空公司在MSG 2的基础上研究提出维修大纲制订的方法 诺兰 Nowlan F S 与希普 Heap H F 合著的 以可靠性为中心的维修 正是在这种情况下出版的 在此书中正式推出了一种新的逻辑决断法 RCM法 它克服了MSG 1 2中的不足之处 明确阐述了逻辑决断的基本原理 自此 RCM理论在世界范围内得到进一步推广应用 并不断有所发展 美国国防部和三军制订了一系列指令 军用标准或手册 推行RCM取得成功 进入90年代后 RCM已广泛应用于世界上许多工业部门或领域 其理论又有了新的发展 1991年 英国的约翰 莫布雷 JohnMoubray 撰写了新的 以可靠性为中心的维修 简称RCM2 并于1997年修订后再版 5 3 4以可靠性为中心的维修 RCM 的定义可靠性的定义 是指系统 设备或零部件在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力 以可靠性为中心的维修 RCM 是目前国际上通用的用以确定设 装 备预防性维修需求 优化维修制度的一种系统工程方法 按国家军用标准GJB1378 92 设备预防性维修大纲的制定要求与方法 RCM定义为 按照以最少的资源消耗保持装备固有可靠性和安全性的原则 应用逻辑决断的方法确定装备预防性维修要求的过程或方法 它的基本思路是 对系统进行功能与故障分析 明确系统内各故障后果 用规范化的逻辑决断程序 确定各故障后果的预防性对策 通过现场故障数据统计 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 以最小的维修停机损失和最小的维修资源消耗为目标 优化系统的维修策略 5 3 5可靠性的特征量 1 平均故障间隔时间 MTBF MeanTimeBetweenFailures 2 平均修理时间 MTTR MeanTimeToRepair 3 平均寿命 MTTF 4 故障率常用故障分布函数 一 指数分布 1 2 3 4 当设备的工作时间题t 时 可靠度R e 1 0 368 不可靠度F t 0 632 指数分布的可靠度函数 例1 某设备运行5000h发生10次故障 故障发生的时间是随机的 故障发生的时间是随机的 故障分布为指数型 试求该设备的平均寿命及从开机到运行1000h后的可靠度 解 由于是指数分布 因而平均寿命为 工作1000h后的可靠度为 即工作1000h后的可靠度为0 135 例2 某设备在其故障服从指数分布的条件下 如果要求该设备的可靠度达0 9 则其检修间隔应为多少小时 解 依题意 有等式两边取对数 1 141 46 例3 故障遵从指数分布的产品有10件 其故障前的工作时间分别为30 70 110 120 140 250 320 360 400 450小时 试求其平均寿命 故障率 工作300小时无故障的可靠度及可靠度为99 时的工作时间 解 平均寿命故障率 0 044工作300小时的可靠度 0 263 26 3 R 0 99时的工作时间 二 正态分布 正态分布也称高斯分布 在设备管理中主要用于描述磨损阶段的故障特征 轴承齿轮 密封件的寿命分布大多服从正态分布 故障概率密度函数 随机变量t平均值的估计值 随机变量t方差的估计值一般用N 2 正态分布 参数 0 1的正态分布 即N 0 1 称为标准正态分布 其故障概率密度为 1 141 48 例4 从某批故障服从正态分布的仪器中抽取5台进行寿命试验 各台仪器到发生故障的时间分别为10 5 11 11 2 12 5 12 8 X103h 试求该批仪器工作12 103h时的可靠度 解 求正态分布下的可靠度 只需求出参数 并据此求出参数u即可查表求出 u 值 在此基础上计算可靠度的数值 三 威布尔分布威布尔分布是对指数分布和正态分布的扩展 指数分布是威布尔分布的一种特殊情况 正态分布则可运用威布尔分布作近似计算 对于疲劳和磨损而失效的系统 威布尔分布是最好的描述 威布尔分布的可靠度函数 故障概率密度函数 故障率函数 m 形状参数 t0 尺度参数 m 1 m 4 m 3 m 2 f t 0 t 形状参数有改变威布尔曲线形状的作用 如f t 曲线 当m 2 4时 威布尔分布的故障概率密度曲线形状接近于正态分布 m 3 3086时为正态分布 m 1时 曲线呈指数分布 对于威布尔分布 改变m即可得到其它故障形式的函数式 只需求出参数m t0即可计算产品的可靠度 实际应用中一般是通过威布尔概率纸加以估算 1 威布尔概率纸的结构原理 将式两边取自然对数 得 将其变形为 两边再取对数 令 使其具有直线方程的形式 即 Y AX B 2 威布尔概率纸的结构 1 两组坐标 X轴和Y轴构成的直角坐标系 X轴 概率纸上边线 lnt Y轴 概率纸右边线t轴和F t 轴构成的威布尔坐标系 t轴 概率纸下边线 对数坐标刻度 F t 轴 概率纸左边线 威布尔刻度 2 横主轴 平行t轴 过F t 63 2 和3 纵主轴 垂直于横主轴 过t 1和lnt 0点 4 形状参数m值估算点 位于X轴 1 和Y轴 0 点 1 141 54 3 威布尔概率纸的应用程序1 计算累积故障率从实测数据 或按某时段的统计数 求累积故障概率F t 不同时间内的累积故障率为 式中 Ki 到时间ti时的故障累计数 n 设备或零件数 求出F ti 后 将不同的t值及相应的F t 值列表如下 1 141 55 表中 b 描点 将与时间t相应的F t 值标在威布尔概率纸上并将各点拟合成为一条直线 即为威布尔直线 c 估算各参数值 形状参数m值的估算 将威布尔直线平移 使之通过m值估算点 从通过m点的直线与纵主轴的交点右引水平线与Y轴相交 交点刻度的绝对值即m值 1 141 56 尺度参数的估算 从威布尔直线与纵主轴交点右引水平线与Y轴相交 将该交点所示刻度的绝对值移至X轴刻度上 向下作垂线与t轴相交所显示的刻度即t0值 如图所示 应用威布尔概率纸时 求出形状参数m后 可大致判断故障分布类型并可据此运用相应公式求解任意时间的可靠度参数 1 141 57 例5 某企业有100台设备 按1 10月份的故障统计 每月故障数和累积故障数如下表所示 试用威布尔概率纸求m t0 10 R 10 的值 月份 故障数 累积故障数 累积故障率F t 月份 故障数 累积故障数 累积故障率F t 1333 622222 2366 783030 341010 823232 451515 984040 552020 1024242 1 141 59 解 将表中数据描在威布尔概率纸上 将各点拟合成一条直线 如图所示 可求得 形状参数 m 1 35尺度参数 t0 38 5 5 3 6RCM分析中的七个基本问题1999年国际汽车工程师协会 SAE 颁布的RCM标准 以可靠性为中心的维修过程的评审准则 SAEJA1011 给出了正确的RCM过程应遵循的准则 按照SAEJA1011第五章的规定 只有保证按顺序回答了标准中所规定的七个问题的过程 才能称之为RCM过程 1 功能 在当前的使用环境下 设备的功能及相关的性能标准是什么 2 功能故障模式 什么情况下设备无法实现其功能 3 故障模式原因 引起各功能故障的原因是什么 4 故障影响 各故障发生时 会出现什么情况 5 故障后果 各故障在什么情况下至关重要 6 主动性工作类型与工作间隔期 做什么工作才能预计或预防各故障 7 被动维修对策 找不到适当的主动性维修工作应怎么办 5 3 7RCM分析过程5 3 7 1收集RCM分析所需的信息 进行RCM分析 根据分析进程要求 应尽可能收集下述有关信息 以确保分析工作能顺利进行 产品概况 如产品的构成 功能 包含隐蔽功能 和余度等 产品的故障信息 如产品的故障模式 故障原因和影响 故障率 故障判据 潜在故障发展到功能故障的时间 功能故障和潜在故障的检测方法等 产品的维修保障信息 如维修设备 工具 备件 人力等 费用信息 如预计的研制费用 维修费用等 相似产品的上述信息 5 3 7 2RCM分析的一般步骤 RCM分析的一般步骤如下 确定重要功能产品 FSI FunctionallySignificantItem 进行故障模式影响分析 FMEA FailureModeandEffectAnalysis 应用逻辑决断图选择预防性维修工作类型 系统综合 形成计划 5 3 7 2 1重要功能产品确定设备是由大量的零部件组成的 这些零部件都有其具体的功能 也都有可能发生故障 其中有些故障的后果危及到安全 有的对完成任务有直接的影响 而大部分的故障对设备整体没有直接影响 这些故障发生后及时地排除就是了 其唯一的后果就是事后修理的费用 且这个费用一般会比预防修理的费用为低 因此 制订维修大纲时 没有必要对所有的成千上万个零件逐一进行分析 预防性维修大纲的工作只针对比较少的一部分产品 重要功能产品确定是指那些故障会影响任务和安全性 或有重大经济后果的产品 下列产品归为不重要的产品 1 它们的功能与设备的使用功能没有重大影响 它们在设计上有余度 其功能不会影响使用能力 故障没有安全性和使用性后果 很容易进行修复 根据经验和实际分析不可能发生故障的产品 但是隐蔽功能产品不管它们是否重要都要求做预防性维修 因此 隐蔽功能产品都要做为重要产品 这样的划分具有以下性质 包含有重要产品的任何产品 其本身也是重要产品 任何非重要产品都包含在其上一层的重要产品之一 包含在非重要产品之下的任何产品也是非重要产品 这样从简化的 构造树 中 我们就可以确定一个重要产品的层次 我们把这个层次的产品做为重要产品分析 从而可以使我们的分析工作集中于几十个产品 而不是成千上万个零部件 从而大大简化了分析过程 5 3 7 2 2故障模式及影响分析RCM分析的第二步就是对选定的重要功能产品进行故障模式及影响分析 FMEA 通过FMEA 明确产品的功能 故障模式 故障原因和故障影响 从而为基于故障原因的RCM决断分析提供基本信息 5 3 7 2 3RCM逻辑决断对于重要功能产品的每一个故障原因严格按RCM逻辑决断图进行分析决断 提出针对该故障原因的预防性维修工作与工作间隔期 各类预防性维修工作间隔期的确定可以参考以下数据与方法 产品生产厂家提供的数据 类似产品的相似数据 已有的现场故障统计数据 有经验的分析人员的主观判断 对重要 关键产品的维修工作间隔期的确定要有模型支持和定量分析 5 3 7 2 4系统综合 形成计划单项工作的间隔期若是最优 并不能保证总体的工作效果最优 有时为了提高维修工作的效率 我们需要把维修时间间隔各不相同的维修工作组合在一起 这样也许会使某些工作的频度比其计算出的结果要高一些 但是提高工作效率所节约的费用会超过所增加的费用 组合工作时应以预定的间隔期为基准 尽量采用预定的间隔期 确定预定的间隔期时应结合现有的维修制度 尽可能的与现有的维修制度一致 武器设备的预定的间隔期可以考虑以训练日 周 月 季 年为预定间隔期 把各项预防性维修工作按间隔时间靠入相邻的预定间隔期 但对安全后果和任务后果的预防性维修工作靠入的预定间隔期 不应大于其分析得到的工作间隔期 掌握设备功能并对其进行分类 功能 RCM的分析步骤 设备发生故障的模式有哪些 发生每个故障模式的原因有哪些 每个故障模式所带来的影响是什么 故障模式最终造成什么后果 采取什么措施能阻止或减少故障的发生 模式 原因 影响 后果 措施 故障模式的严酷性分为4类 灾难的 设备故障会造成人员死亡 环境重大破坏和系统损坏 致命的 设备故障会造成人员重伤 环境较大损坏和系统严重损失 临界的 设备故障会造成人员轻伤 周围环境轻度损坏和系统轻度损坏 轻度的 设备故障不会导致上述三类后果 但它会导致需要进行非计划维修 故障模式的发生概率等级分为5类 A级 经常发生 设备在工作期间 故障发生的概率大于该总故障率的20 B级 很可能发生 设备在工作期间 故障发生的概率在该总故障率的10 和20 之间 C级 偶然发生 设备在工作期间 故障发生的概率在该总故障率的1 和10 之间 D级 很少发生 设备在工作期间 故障发生的概率在该总故障率的0 1 和1 之间 E级 极少发生 设备在工作期间 故障发生的概率小于该总故障率的0 1 1 故障模式危害度定性分析法 将设备故障的危害性指标标注在危害性矩阵图相应的位置上 例如经过研究分析滤器脏堵塞的发生概率为B级 严重性等级为III级 在危害性矩阵上对应为1 III B 点 而燃油泵故障发生概率等级为C级 严重等级为IV级 在危害性矩阵上对应为2 C 点 将这1点和2两点分别在矩阵对角线上做投影 分别为1 2 由于投影点距离O点距离越远 则危害程度越大 投影点1 较2 点距O点远 故而滤器阻塞故障危害度比滑油泵故障危害度大 因此优先考虑滤器阻塞故障 2 故障模式危害度定量分析法在能得到故障率数据 严酷度数据情况下 用定量分析的方法来评价故障模式危害度 故障模式危害度 故障率X故障模式频数比X故障影响概率X工作时间故障率 是指设备发生故障的概率 故障模式频数比 表示故障模式发生的故障占各种故障模式发生的故障数总和的百分百 故障影响概率 表示设备在故障模式发生的条件下 可能导致设备丧失功能的条件概率 工作时间 表示每次任务时间中 设备的工作时间 或循环次数 在实际应用中 由于得到设备故障率数据和严酷度数据往往比较困难 对设备重要度进行定性分析则更为实用 例 5 3 8RCM分析过程案例 5 3 8 1 收集相关信息 5 3 8 2机组功能层次分析 5 3 8 3故障模式影响分析表 5 3 7 4预防性维修大纲汇总表及维修计划 6基于风险的维修RBM6 1什么是 基于风险的维修 英文为 Risk basedMaintenance简称RBM 是根据由设备基本信息和故障模式库构成的知识库为依据 以风险等级作为维修决策的依据 根据风险等级的高低确定维修方式和维修内容 20世纪90年代出现了基于风险的维修 是指在维修过程中要充分考虑由于信息的不确定性而使维修过程产生的风险 预测技术是基于风险维修的核心 是一种旨在提高维修管理系统 规划和实践效果的系统方法 更有效地用于 高危行业 核电站 海洋钻探 民航维修 国防设备 化工等 与传统的维修方法相比 其基于风险的决策是在维修决策过程中进行的 6 2基于风险的维修的主要分析步骤 1 确定分析对象 收集相关资料 建立设备资料数据库首先确定研究对象 根据要求划出分析系统边界 收集系统的工艺 设备和维修等相关信息 对以上数据进行整理 以数据库存储在计算机中以方便决策时的查询与数据更新 2 系统划分将系统根据工艺或功能把整个分析系统划分成几个相对独立的单元 3 设备重要度评价设备重要度评价以故障后果作为依据 首先对设备进行功能分析 故障模式和故障后果分析 综合考虑每个故障后果以确定整个设备的故障后果 然后采用模糊综合评价方法对设备故障后果进行评价 4 对设备进行详细的故障模式分析 原因和根本原因分析 5 进行故障模式风险评价首先确定出故障模式风险评价准则 风险划分为高 中 低三个等级 再根据设备故障发生的可能性和故障后果 安全 环境 停车损失 和维修成本 进行风险评价 6 基于风险的维修决策根据风险值确定设备故障模式的维修方式 以高 中风险的故障模式占据大部分维修资源为原则 对不同风险等级的故障模式 采取逻辑决断方法确定出针对性的维修方式和状态检测的建议 维修决策原则如下 对于高 中风险的故障模式 以视情维修 状态维修 为主 对于低风险的故障模式实施以事后维修为主的维修方式 对于突发性故障 配置维修资源还应确定每一维修项目的优先级别 可分为紧急维修 优先维修和一般维修 对于高风险的故障模式 一般为紧急维修 对于中风险的故障模式 安排优先维修 对于低风险的故障模式 为一般维修 7 提出根治维修建议和状态检测建议一方面 针对故障的根本原因 提出相应的根治维修措施 另一方面 对采用状态检测的故障模式提出相应的检测方案 如检测参数 检测周期 8 优化视情维修周期对于采用视情维修的故障模式 首先提出了视情维修应用的判别准则 然后把潜在故障与功能故障之间的间隔引入到维修周期优化模型中 考虑到动设备故障发生的随机性 建立以单位时间维修成本最低为目标的基于蒙特卡罗的维修优化仿真模型 基于风险的动态智能维修流程图 例 建立动态工况数据库 例 6 3 RBM能解决哪些问题 合理地提高维修决策水平 在决策过程中整合风险信息 解决导致系统失效的高风险设备故障所需的备件筹措 通过以下途径减少维修费用 系统的决策 优化计划的维修作业 以及确定关键备件和优化维修资源库存量 为评估维修检查方案和测试策略提供较为客观的手段 为规划维修作业次序提供一种较为客观的方法 为收集和分析失效诱因信息和失效数据 如MTBF 建立一套系统 确定高风险维修任务 并依此确定培训的重点 主要以量化的方式来决策 6 4实施RBM的前提条件 一是建立在RCM的分析基础上 二是设备管理和维修计算机信息化 有关设备管理和维修系统的计算机软件应含有设备基本情况 设备可能发生的故障及其故障模式 故障后果 故障发生概率 维修活动成本费用等信息 同时维修资源和维修活动都要标准化 代码化 6 5实施RBM的程序 1 什么会导致设备发生故障 2 故障可能会怎么发生 3 故障发生的后果是什么 4 系统地 直接地 定量地考虑风险 风险 故障发生概率 故障后果5 把风险排序 根据风险安排维修方案 活动 6 评价现行维修方案 从效益 费用和潜在故障的概括比例来评价 6 6实施RBM优点 RBM的好处在于为每一台设备的维修活动进行确认并分清风险 减少不必要的检查 维修等 使维修部门把注意力和资源集中到最有意义的维修活动上 使维修活动得到有力的保证 最终降低设备的寿命周期费用 实现企业利润最大化 故障原因分析及根治维修 6 7 关键绩效指标评价为了对维修效果进行定量评价 采用关键绩效指标KPI KeyPerformanceIndication 进行评价 设备资产的管理的关键绩效指标是通过对组织内部某一流程的输入端 输出端的关键参数进行设置 取样 计算 分析 衡量流程绩效的一种目标式量化管理指标 是把企业战略目标分解为可运作的远景目标的工具 是企业绩效管理系统的基础 它是以全寿命周期费用为基础 综合地对设备基础管理的质量进行量化评价 通过量化指标 反映设备的运行能力 设备管理工作质量和工作效率等 目的是为维修计划的持续改进提高可靠的依据 在设备维修管理中一般可采用可靠性指标和经济性指标作为关键绩效指标 平均故障间隔时间 MTBF MeanTimeBetweenFailures 平均修理时间 MTTR MeanTimeToRepair 设备可用度 万元产值维修费用 例2 RCM关心的是设备系统的可靠度的保持与恢复 通过对故障后果的分析 系统可靠度的逻辑决断以及重要部件的界定 确定维修模式和方式的选择 RBM关心的是设备系统的故障后果发生概率有多大 直接或定量按风险排序研究 安排维修活动 从而在系统可靠度与费用决策中判断维修模式和方式 相互支持与补充 安全的 环境的 系统运行的经济性 非系统运行的经济性损失和风险的决断 RCM是一种用于确定某设施在其运行环境下维修需求的方法 即RCM是一种用于确定为确保任一设施在现行使用环境下保持实现其设计功能的状态所必需的活动方法 RCM从逻辑关系上对故障 性能 功能标准 故障模式 故障后果进行了定性分析 是对传统的维修方式和维修行为的挑战 即预定大修对复杂设备的整体可靠性影响很小 除非该设备具有一种支配性故障模式 RCM在做风险测定与分析的基础工作 也是系统可靠性分析的必要 RCM更多地对传统维修理论进行了挑战 RBM在RCM的支持下更多地进行高层次 多视角的后果风险的判断 RCM的主要观点是 1 只有损耗性故障才与时间有关 而随机性故障是与时间无关的 再多的定期维修也无济于事 2 对于复杂设备和系统 除某些主导性损耗故障外 多属于随机性 浴盆曲线对此类产品不适用 3 在采用冗余技术进行可靠性设计的情况下 一个元器件 零部件 设备成分系统的故障不一定造成整个系统的故障 4 定期维修是不能预防早期故障和随机故障的 应该采用保护 监测和自诊断等方法 来消除或减弱故障后果 5 定期维修并不是 预防维修 的唯一方式 在RCM大纲中 预防维修作业包括四类基本形式的工作 发现任何潜在故障率为目的的定期检查 以降低故障率为目的的定期维修 以避免故障或降低故障为目的的定期更换 以发现功能故障为目的的隐蔽功能项目的定期检查 即确定两次维修作业的时间间隔 并将相近或相同的作业组合成套 以便执行 值得注意的是 上面仅仅是RCM对定期维修的贡献 而RCM根据决断图所作出的维修模式才是最大的贡献 维修人员面临的挑战是 怎样制定和实施成本 效益维修 CEM 程序和计划 使收入损失和维修所投入的总和最小 实现寿命周期费用的最经济 RCM从逻辑关系上对故障 性能 功能标准 故障模式 故障后果进行分析 研究如何预防故障和开展合适的维修活动 CEM CostEffectiveMaintenance 在此基础上定量的提出制定和实施费用有效维修的程序和计划 RBM能够更好地在决策过程中整合风险信息 合理地提高维修决策水平 重点解决导致系统失效的高风险设备故障所需的措施 资源 备件以及应急的体系 CEM指导使用者按照下列思路实施CEM的维修程序和计划 1 设备在什么情况下会发生故障 原因是什么 2 后果是什么 故障造成多少损失 3 为了减少损失 应实施哪些预防