基于參數(shù)監(jiān)測與故障診斷的預(yù)見性維護(hù)及應(yīng)用*

吳春其

(浙江造船有限公司，浙江寧波 315537)

1 引言

在制造業(yè)中，人、機(jī)、料、法、環(huán)是生產(chǎn)過程質(zhì)量控制的五大要素，而設(shè)備作為重要的生產(chǎn)資源，對其連續(xù)可靠運(yùn)行的要求越來越高，突發(fā)的故障停機(jī)會造成極大的損失。當(dāng)前，幾乎所有的制造業(yè)都在最大限度地避免損失和浪費(fèi)，降低生產(chǎn)制造成本，而設(shè)備維護(hù)費(fèi)用又占產(chǎn)品制造成本的15% ～60%，有統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，約有1/3的維護(hù)費(fèi)浪費(fèi)在不必要或不適當(dāng)?shù)木S護(hù)上［1］。因此，應(yīng)該意識到，傳統(tǒng)的設(shè)備維護(hù)觀念和手段已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代化精益生產(chǎn)的需求，正如汽車行業(yè)ISO/TS16949:2009質(zhì)量管理體系標(biāo)準(zhǔn)明確提出了“組織應(yīng)使用預(yù)見性維護(hù)方法，以持續(xù)改進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備的有效性和效率”的要求［2］。

2 設(shè)備維護(hù)方法的基本類型

設(shè)備維護(hù)有三種基本模式:故障維護(hù)、預(yù)防性維護(hù)和預(yù)見性維護(hù)。

2.1 故障維護(hù)

故障維護(hù)又稱事后維護(hù)，這是最傳統(tǒng)的停機(jī)維護(hù)方式。讓設(shè)備盡可能長時間地工作，一旦發(fā)生故障就對設(shè)備進(jìn)行停機(jī)維修，即搶修。這種無計劃、被動性的維護(hù)方式，比有計劃的停機(jī)維護(hù)時間更長，維護(hù)難度更高，既增加成本又影響生產(chǎn)。

2.2 預(yù)防性維護(hù)

長期以來，大多數(shù)工廠沿用的是定期的預(yù)防性維護(hù)體制，也稱計劃維修，它是根據(jù)生產(chǎn)計劃和經(jīng)驗，規(guī)定在設(shè)備運(yùn)行一定時間后，進(jìn)行解體、檢查、修理、更換零部件。這種維修制度下，無論設(shè)備有無故障都要解體，維護(hù)工作帶有很大的盲目性，有可能因過剩維修而浪費(fèi)人力、物料和時間，而且過多拆卸還可能會降低設(shè)備原有精度。

2.3 預(yù)見性維護(hù)

預(yù)見性維護(hù)也稱預(yù)知性維護(hù)、預(yù)測性維護(hù)或策略性維護(hù)，是近年來新興的一種先進(jìn)維護(hù)方式，ISO/TS16949:2009對它的定義是“基于過程數(shù)據(jù)，通過對可能的失效模式進(jìn)行預(yù)測而避免維護(hù)問題的活動”［2］。預(yù)見性維護(hù)的基本模式是:不定期或連續(xù)對表征設(shè)備實際運(yùn)行狀態(tài)的參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測;根據(jù)監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行技術(shù)診斷，做出是否發(fā)生故障以及故障類型、故障程度的評價;推測設(shè)備故障趨勢，識別最佳維護(hù)時機(jī)。

3 預(yù)見性維護(hù)的必要性與優(yōu)越性

設(shè)備磨損一般存在如圖1所示的三個階段:第一階段(AB)為磨合階段，這是設(shè)備初期使用階段，這時設(shè)備零部件接觸面磨損較為激烈，經(jīng)過短期運(yùn)行較快地消除了原有的粗糙部分，形成最佳表面粗糙度;第二階段(BC)為漸進(jìn)磨損階段，此階段是在一定工作條件下，以相對恒定的速度磨損;第三階段(CD)為加劇磨損階段，設(shè)備磨損到一定程度，磨損加劇，影響設(shè)備正常運(yùn)行。

圖1 設(shè)備磨損階段性曲線

根據(jù)上述規(guī)律，設(shè)備維修的最佳時機(jī)，應(yīng)是在設(shè)備由漸進(jìn)磨損轉(zhuǎn)化為加劇磨損之前，即C點附近。通過先進(jìn)的技術(shù)和儀器對設(shè)備及部件的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)化監(jiān)測和診斷，可以尋找到C點的發(fā)生期，并制定相應(yīng)的維修計劃，這便是預(yù)見性維護(hù)的目的。

預(yù)見性維護(hù)實際上是一種由運(yùn)行狀態(tài)驅(qū)動的預(yù)防性維護(hù)程序，它和定期的預(yù)防性維護(hù)相比，具有明顯的優(yōu)勢。

(1)克服定期維護(hù)的盲目性，根據(jù)設(shè)備實際狀態(tài)進(jìn)行適時維護(hù)，具有很強(qiáng)的針對性，避免維護(hù)不足或維護(hù)過剩。

(2)減少停運(yùn)(總維護(hù))時間，提高設(shè)備可靠性和可用系數(shù)，延長設(shè)備使用壽命，保證生產(chǎn)穩(wěn)定和安全。

(3)減少維護(hù)工作量，降低維護(hù)工作強(qiáng)度，節(jié)省維護(hù)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

4 預(yù)見性維護(hù)技術(shù)的應(yīng)用步驟

根據(jù)預(yù)見性維護(hù)的基本模式，在企業(yè)實際應(yīng)用中一般應(yīng)包括以下幾個步驟。

4.1 確定維護(hù)基準(zhǔn)

預(yù)見性維護(hù)的第一步是確定設(shè)備或設(shè)備系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測參數(shù)，如:機(jī)床的轉(zhuǎn)速，電氣設(shè)備的電流、電壓，破碎機(jī)的油溫、電流、壓力，等等［3］。所選擇的參數(shù)應(yīng)能準(zhǔn)確地反映出設(shè)備的實際運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)參數(shù)確定之后還要確定參數(shù)的工程極限范圍，用來作為監(jiān)測的判斷標(biāo)準(zhǔn)。一般情況下參數(shù)及其標(biāo)準(zhǔn)可以參照設(shè)備制造商提供的設(shè)備說明書，或由企業(yè)工藝和設(shè)備工程師根據(jù)技術(shù)經(jīng)驗來確定。

4.2 參數(shù)監(jiān)測

確定了維護(hù)基準(zhǔn)參數(shù)之后，就可以對其進(jìn)行監(jiān)測，以獲知設(shè)備的實際運(yùn)行狀態(tài)。監(jiān)測可以采用在線監(jiān)測、定期監(jiān)測(如每周、每月等)和隨機(jī)監(jiān)測。

4.3 分析診斷

當(dāng)參數(shù)的測量值超出了工程標(biāo)準(zhǔn)極限范圍，就要進(jìn)行進(jìn)一步的技術(shù)分析和診斷。分析診斷一般可由工藝和設(shè)備工程師進(jìn)行，既可以對零件和部件進(jìn)行診斷，也可以對整臺設(shè)備甚至機(jī)組進(jìn)行診斷，它們和工藝過程的診斷相結(jié)合形成對設(shè)備綜合系統(tǒng)的診斷［3］。

4.4 實施維護(hù)

診斷結(jié)果出來后，如果發(fā)現(xiàn)有設(shè)備故障的跡象或趨勢，就要及時確定維修方案，對設(shè)備進(jìn)行維修或調(diào)整，把可能造成設(shè)備故障的狀態(tài)參數(shù)調(diào)整或恢復(fù)到正常范圍內(nèi)。

5 實際應(yīng)用案例解析

以某涂漆設(shè)備為例，需對生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的有害廢氣通過催化燃燒后予以排放，以達(dá)到環(huán)境保護(hù)的要求。根據(jù)催化燃燒的工作原理，催化燃燒的有效性主要取決于催化劑活性，因此催化劑成為催化燃燒系統(tǒng)的關(guān)鍵維護(hù)對象。從該設(shè)備和生產(chǎn)特點來看，可采用預(yù)見性維護(hù)的方式對其實施有效維護(hù)，具體如下。

第一步，確定維護(hù)基準(zhǔn)。根據(jù)設(shè)備的工作原理，催化燃燒是否有效，可通過對“一次催化燃燒后溫度”這一過程參數(shù)進(jìn)行觀察，這為催化燃燒裝置采取預(yù)見性維護(hù)創(chuàng)造了前提條件。根據(jù)該設(shè)備以往生產(chǎn)經(jīng)驗，可確定每臺設(shè)備正常運(yùn)行時“一次催化燃燒后溫度”的范圍(見表1)，作為異常判斷的基本依據(jù)。

表1 正常情況下一次催化燃燒后的溫度范圍

第二步，參數(shù)監(jiān)測。確定好上述監(jiān)測參數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)后，可以讓操作工每班觀察一次催化燃燒后溫度2～3次，并做好參數(shù)記錄。當(dāng)一次催化燃燒后溫度低于正常范圍時，立即通知現(xiàn)場工藝技術(shù)人員進(jìn)行現(xiàn)場檢查與診斷。

第三步，分析診斷。由于“一次催化燃燒后溫度”這一參數(shù)除了受催化劑活性影響以外，還會受到涂漆工藝過程其它參數(shù)的影響。因此，為了更準(zhǔn)確地識別催化劑的維護(hù)時機(jī)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)“一次催化燃燒后溫度”超標(biāo)時，還應(yīng)對該設(shè)備的工藝系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場檢查和診斷，以進(jìn)一步判定催化劑活性是否真正失效:如果工藝系統(tǒng)是正常的，則表明催化劑活性不足，此時需要及時維護(hù);如果工藝系統(tǒng)不正常，那么，首先要把生產(chǎn)工藝系統(tǒng)參數(shù)調(diào)整到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，調(diào)整正常后一周內(nèi)繼續(xù)觀察“一次催化燃燒后溫度”，若仍達(dá)不到正常范圍，方可判定為催化劑活性不足，此時可由工藝技術(shù)人員通知設(shè)備維護(hù)部門對催化劑進(jìn)行維護(hù)。

第四步，實施維護(hù)?？梢愿鶕?jù)催化劑表面狀況，有針對性地確定催化劑維護(hù)方法。催化劑常見失效及維護(hù)措施如下。

(1)催化劑顏色正常，蜂窩孔積灰或輕微堵塞，主要原因是蜂窩孔表面積灰，溶劑氣體與催化劑接觸不充分，導(dǎo)致催化劑處理能力降低，此時應(yīng)對催化劑表面進(jìn)行清灰處理。

(2)催化劑顏色發(fā)黑，蜂窩孔表面積炭，是由于催化劑表面積毒，導(dǎo)致催化劑活性下降或失效，此時應(yīng)對催化劑進(jìn)行更換。

通過上述系統(tǒng)化的預(yù)見性維護(hù)方法，通過對生產(chǎn)過程中一次催化燃燒后溫度的監(jiān)測，結(jié)合工藝系統(tǒng)技術(shù)診斷，判斷催化燃燒裝置中催化劑的實際處理能力，查明異常趨勢并采取針對性的維護(hù)措施，確保催化燃燒的持續(xù)充分性，以實現(xiàn)清潔生產(chǎn)，穩(wěn)定工藝過程和產(chǎn)品質(zhì)量。

6 結(jié)語

預(yù)見性維護(hù)是以過程參數(shù)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)為基礎(chǔ)，以設(shè)備實際運(yùn)行狀態(tài)為依據(jù)，在設(shè)備故障最終失效之前將故障排除的一種高級維護(hù)模式。系統(tǒng)、有效地應(yīng)用預(yù)見性維護(hù)技術(shù)，可以提高設(shè)備維護(hù)的精準(zhǔn)度，減少盲目和浪費(fèi)，保持設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，實現(xiàn)ISO/TS16949:2009質(zhì)量管理體系所述“避免維護(hù)問題”的意圖，確保生產(chǎn)過程和產(chǎn)品質(zhì)量的持續(xù)穩(wěn)定與可靠。

［1］ 張 兵.設(shè)備維護(hù)管理——從搶修到預(yù)測性維護(hù)［J］.設(shè)備維護(hù)，2004(2):42-44.

［2］ IATF.ISO/TS16949.汽車行業(yè)生產(chǎn)件及相關(guān)服務(wù)件的組織應(yīng)用ISO9001:2008的特殊要求［S］.

［3］ 黃培華，何鐵牛.應(yīng)用TPM管理模式 開展設(shè)備預(yù)測性維修［J］.礦山機(jī)械，2006(1):16-19.