現(xiàn)代鋁加工設備維修策略及選擇研究

姚 杰 ，包 珣，李如偉

（云南鋁業(yè)股份有限公司，云南 昆明 650502）

0 前言

鋁加工設備是決定鋁加工產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量和成本的重要因素。鋁加工設備在使用過程中，零部件會產(chǎn)生不同程度的磨損、疲勞、腐蝕、變形、老化等問題，使設備的技術狀態(tài)會逐漸變差，使用性能下降。設備維修作為設備管理的重要環(huán)節(jié)，是延長設備壽命，保證生產(chǎn)正常運行，防止事故發(fā)生的重要保證。

1 維修策略分析

維修策略的發(fā)展與工裝技術的發(fā)展相比具有一定的滯后性，導致設備使用維護成本大幅升高，可用性急劇下降。隨著現(xiàn)代裝備設計、制造技術的發(fā)展，鋁加設備由過去單純的機械結(jié)構逐步向機、電、液一體化，自動化、智能化方向發(fā)展，使鋁加工設備性能不斷改進和提高，同時鋁加工設備的維修策略也在不斷進步，從最初根據(jù)經(jīng)驗進行維修，到現(xiàn)在的基于系統(tǒng)的維修思想。

1.1 事后維修

20世紀初期，設備維修一般是在發(fā)生故障后或者性能滿足不了使用要求后才進行修理，即事后維修，也稱作故障維修。維修內(nèi)容包括故障定位、隔離、分解、更換、調(diào)校、檢驗以及修復損壞件等。這一時期的設備維修特點是“不壞不修，壞了再修”。事后維修的優(yōu)點是充分利用了零部件的使用壽命。但事后維修是非計劃性維修，缺乏靈活性和主動性，浪費了較多的剩余修理。當停機損失較小，只需要調(diào)整或更換易損件即可排除故障時，采用事后維修比較經(jīng)濟。

1.2 計劃維修

20世紀50年代，隨著人們對機械設備的磨損機理認識的深入，為使每個零部件都達到使用安全、可靠，就必須在故障發(fā)生前進行維修，從而形成了以預防為主的維修理念。其實質(zhì)是通過采取各種預防性措施，將故障消滅在萌芽狀態(tài)，改變了事后維修缺乏計劃性的被動局面。計劃性維修也是現(xiàn)在普遍采用的一種維修策略。

圖1 浴盆曲線

實踐證明大部分機械設備的故障發(fā)生率遵循浴盆曲線規(guī)律（見圖1）。早期故障期又稱為磨合期，在磨合期設備運行故障率很高，但隨時間的推移，故障率迅速下降。此期間發(fā)生故障的特點，主要是設計、制造的缺陷或使用不當，人機磨合太差造成；進入偶發(fā)故障期，設備故障率基本趨于穩(wěn)定狀態(tài)，故障發(fā)生具有隨機性、故障率低、且穩(wěn)定的特點，這是設備運行的最佳狀態(tài)期。在此間發(fā)生的故障多因使用不當或維修不力，可以通過加強設備維護保養(yǎng)，提高維修質(zhì)量、改進設備使用管理，使故障率降到最低；在設備使用后期，由于設備零部件的磨損、疲勞、腐蝕、變形等因素的影響，使故障率不斷上升。如果能在損耗故障期開始時進行大修，可經(jīng)濟而有效地降低故障率。計劃性維修是按預定的進度計劃實施的預防性維修，可以事先安排好設備的使用和維修時間，準備好維修所需的人、財、物等，便于管理者對生產(chǎn)計劃流程管控，降低了偶發(fā)性設備故障對生產(chǎn)計劃的影響，與事后維修相比有明顯的優(yōu)勢。在進行計劃性維修時，必須準確地找到故障轉(zhuǎn)折點(M)，而鋁加工設備的故障與使用環(huán)境、人機磨合程度、維護保養(yǎng)質(zhì)量、來料等因素密切相關，難以科學合理地確定設備的故障周期，因此其理論故障周期與實際技術狀況差距較大，從而不可避免地會造成維修過?；蚓S修不足，使維修的經(jīng)濟性和可靠性降低。隨著現(xiàn)代鋁加工設備技術發(fā)展，尤其是自動化技術與傳統(tǒng)的機械設備深度融合后，其局限性也逐漸顯現(xiàn)出來。

1.3 以可靠性為中心的維修

20世紀60年代，以可靠性為中心的維修思想產(chǎn)生于航空領域。隨著航空裝備使用規(guī)模和范圍越來越大，維修費用急劇上升，而航空裝備的可用率卻不斷下降，發(fā)展科學維修成為迫切的內(nèi)在需要，表現(xiàn)的問題主要有：故障不再是簡單的時間函數(shù)；早檢查，多檢查未必就能預防所有故障；故障未必都危及飛行安全等。人們逐漸認識到維修的出發(fā)點和落腳點應該是可靠性而不是故障。60年代初，美國民航界運用現(xiàn)代科技，對航空維修的基本規(guī)律進行深入研究，得出了兩個重要的結(jié)論，即：對于復雜的飛機系統(tǒng)，除非具有某種支配性故障模式，否則定時翻修無助于提高其可靠性；對于許多項目，沒有一種預防性維修方式是十分有效的。在其后近十年的維修改革探索中，逐漸形成了一種普遍使用的新的維修理論—以可靠性為中心的維修。

以可靠性為中心的維修是從技藝發(fā)展成為科學的重要標志。在對設備特性、運行功能、故障模式、故障后果科學分析的基礎上，運用可靠性理論、邏輯決斷、數(shù)理統(tǒng)計、等新理論，采用新技術、新方法確定維修的必要性、可行性和有效性，最終制定出實用的、合理的維修大綱，科學指導實踐。以可靠性為中心的維修其優(yōu)越性對設備的保障能力是毋庸置疑，其應用主要針對民航、戰(zhàn)斗機、核潛艇等領域。它真正實現(xiàn)了根據(jù)設備發(fā)生故障的規(guī)律來確定檢修內(nèi)容，避免了過度維修或維修不足，提高了設備的可靠性。

1.4 狀態(tài)維修

近年來隨著傳感器技術、計算機技術、信號處理技術以及故障診斷技術的不斷進步人們又提出了狀態(tài)維修理念。狀態(tài)維修是基于設備運行狀態(tài)進行的，設備狀態(tài)監(jiān)測有兩種方法：一種是依靠五官檢測，即眼看、耳聽、手摸、鼻聞、問使用者的方法；另一種是用科學儀器對設備和產(chǎn)品狀態(tài)進行檢測。前者簡單、快捷、直觀，對裝備和產(chǎn)品的檢測診斷停留在定性階段；而后者較前者更客觀、準確，對設備和產(chǎn)品的狀態(tài)檢測診斷上升到定量階段，對裝備和產(chǎn)品維修更具有指導意義。利用狀態(tài)監(jiān)測技術來獲取反映設備狀態(tài)的有關信息，利用信號分析、故障診斷、可靠性評估、壽命預測等技術，判斷設備的狀態(tài)，識別故障的早期征兆，對故障情況以及故障發(fā)展趨勢做出分析和預測，根據(jù)設備狀態(tài)診斷和預知的結(jié)果采取最佳的維修策略。據(jù)權威雜志統(tǒng)計表明：實施基于狀態(tài)維修后設備故障率下降63%～84%，設備維修用工下降26%～30%，物料下降22%～31%，計劃停機率降低2.5%～3.7%。

狀態(tài)維修是相對于事后維修和計劃性維修而提出的，區(qū)別于傳統(tǒng)的計劃性維修關鍵在于：在制定維修計劃時，考慮到設備運行的實際狀態(tài)及設備個體之間由于制造過程、工作環(huán)境、備件來源、維修保養(yǎng)質(zhì)量等原因所造成的差異，盡可能地使每個設備在故障發(fā)生之前進行維修，這樣既保證設備安全、可靠地運行，避免或減少故障發(fā)生次數(shù)，又可充分利用設備零部件的有效使用壽命，解決維修不足或維修過剩問題，減少停機損失，降低運營成本。

2 現(xiàn)代鋁加工設備的故障率特點及維修策略選擇

縱觀我國鋁加工業(yè)的發(fā)展史，我們不難發(fā)現(xiàn)，我國鋁加工業(yè)正在經(jīng)歷由粗加工到精深加工轉(zhuǎn)變，這種轉(zhuǎn)變必然促使其工裝設備加速更新?lián)Q代，向大型化、整體化、精密化、緊湊化、自動化和標準化方向發(fā)展。我國現(xiàn)在擁有全球數(shù)量第一的鑄軋機、熱軋機、冷軋機、鋁箔軋機、擠壓機等鋁加工裝備，各種鋁加工材的產(chǎn)能約占到了全球一半左右的水平，而鋁材市場也發(fā)生了由供不應求到供過于求的大轉(zhuǎn)變，激烈的鋁加工產(chǎn)品市場競爭，其實質(zhì)就是質(zhì)量與成本的競爭，一個合理維修策略將能有效地降低設備的維修使用成本，延長設備使用壽命，提高產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量。

2.1 現(xiàn)代化鋁加工設備故障率特點

隨著鋁加工裝技術的快速發(fā)展，其維修理念也在不斷的更新完善之中，研究發(fā)現(xiàn)除了大多數(shù)機械設備故障率特點遵循浴盆曲線外，現(xiàn)代化鋁加工設備的故障率還有以下五種故障率曲線特點（見圖2）。曲線A顯示了略增的故障率，有明顯的磨損期。曲線B顯示了緩慢增長的故障率，但沒有明顯的磨損期。曲線C顯示了新設備從剛出廠的低故障率，急劇地增長到一個恒定的故障率。曲線D顯示設備的故障為恒定值，出現(xiàn)的故障常常是偶然因素造成的。而曲線E顯示設備開始有高的初期故障率，然后急劇下降到一個恒定的或者是增長極為緩慢的故障率。

圖2 五種故障率曲線圖

以云鋁冷軋機為例，它由高低壓液壓系統(tǒng)、軋制油系統(tǒng)、熱邊噴系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)、軋機主傳動、軋制輔助傳動、油氣潤滑系統(tǒng)、油霧回收系統(tǒng)、火災防止報警系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、備卷站、托盤儲運系統(tǒng)、自動換輥裝置、套筒處理系統(tǒng)、軋機機架及輥系、軋機出入口自動裝卸卷小車、激光測速系統(tǒng)、X射線測厚系統(tǒng)、板型系統(tǒng)、一級功能控制系統(tǒng)、二級模型系統(tǒng)等子系統(tǒng)組成。通過對冷軋機的故障進行統(tǒng)計調(diào)查發(fā)現(xiàn)，31.3%的設備遵循典型的浴盆曲線，2%的設備遵循曲線A，5.5%的設備遵循曲線B，10%的設備遵循曲線C，4%的設備遵循曲線D，不少于47.2%的設備遵循曲線E。

2.2 現(xiàn)代鋁加工設備的維修策略選擇

維修策略的選擇原則上是用最小的維修資源消耗取得最佳的維修效果。通過上面五種曲線的特點可以看出，單一的維修策略難以覆蓋所有零部件的故障特點，針對不同設備的重要程度及使用情況，從設備的可靠性、維修性和經(jīng)濟性，結(jié)合設備類型和故障模式的不同，綜合考慮各種因素，采取不同的維修策略，做出合理的維修決策。對故障遵循浴盆曲線發(fā)展、演變、有規(guī)律的故障特點，采用計劃維修；對故障有發(fā)展期，并且可以進行狀態(tài)監(jiān)測，維修成本高的重要設備采用狀態(tài)維修；對可靠性和安全性要求高、但不容易監(jiān)測的設備采用以可靠性為中心的維修；而對故障危害性較小、故障隨機性很大的設備實施事后維修，并在維修過程中針對具體情況進行改善維修，以提高設備的可靠性、有效性。

以X射線測厚系統(tǒng)為例，在分析研究其結(jié)構及故障模式的基礎上，以一些典型的零部件為例，進行維修策略的分析與選擇。例如電離室、X射線源、高壓單元的性能劣化過程，可以通過電流、電壓監(jiān)測進行狀態(tài)維修，避免造成批量的厚度不合格品。測量窗口、絕緣硅膠、空氣濾清器等隨著使用時間的增加，會積累污染物使鋁帶材測量的準確性、重復性降低，并有一定的規(guī)律，因此可采用計劃維修法?？扉T機構、位置開關、狀態(tài)指示燈等發(fā)生故障具有很大隨機性，且不對產(chǎn)品質(zhì)量造成影響，危害性較小可以采用事后維修法。通過分析，做出改型測厚儀零部件維修策略選擇，如表1所列。

表1 X射線測厚儀維修策略選擇表

3 結(jié)論

通過論述現(xiàn)代鋁加工設備各種維修策略的優(yōu)缺點、應用特點和發(fā)展趨勢，提出了根據(jù)設備類型及故障特點的不同，合理選擇科學的維修策略的方法，以提高鋁加工設備維修的效率、可靠性和經(jīng)濟性。維修策略是一門綜合的學問，以狀態(tài)維修為主，綜合運用多種維修策略能夠克服單一維修策略的不足，將各種維修策略的優(yōu)勢結(jié)合，是現(xiàn)代鋁加工設備維修發(fā)展的趨勢。

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