包裝設(shè)備故障分析與維護(hù)策略改進(jìn)研究

鄧秀保

（河北工業(yè)大學(xué)，天津 300401）

包裝設(shè)備故障分析與維護(hù)策略改進(jìn)研究

鄧秀保

（河北工業(yè)大學(xué)，天津 300401）

對包裝設(shè)備的故障進(jìn)行分析，確定影響包裝設(shè)備停機的主要故障，并運用強化學(xué)習(xí)方法對主要故障進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)，從而減少由于設(shè)備故障的引起企業(yè)設(shè)備維護(hù)費用的支出以及帶來的經(jīng)濟(jì)損失。

包裝設(shè)備故障分析；強化學(xué)習(xí)；預(yù)防維護(hù)

隨著經(jīng)濟(jì)全球化和科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模日益擴大，這對生產(chǎn)管理提出了更高的要求。在制造系統(tǒng)中，設(shè)備會由于疲勞、磨損、老化及動態(tài)環(huán)境中各種不確定性的影響導(dǎo)致狀態(tài)不斷劣化，工作效率和性能逐漸下降，如果不進(jìn)行維修，最終會無法滿足工作需求，甚至出現(xiàn)嚴(yán)重故障導(dǎo)致停機。運行狀態(tài)衰變的設(shè)備往往會引起設(shè)備故障率的增加、生產(chǎn)成本的提高，以及產(chǎn)品質(zhì)量的降低。設(shè)備故障的意外發(fā)生，會增加企業(yè)的設(shè)備維護(hù)費用的支出，因為在絕大多數(shù)情況下，設(shè)備發(fā)生故障后導(dǎo)致的事后維修相較平日設(shè)備的預(yù)防性維護(hù)支高出許多。除去維修費用外，設(shè)備故障造成的計劃外停機也會造成生產(chǎn)及生產(chǎn)相關(guān)的一系列損失，使企業(yè)蒙受巨大的損失。因此，為了減少這種經(jīng)濟(jì)上的巨大損失，對設(shè)備進(jìn)行預(yù)防維護(hù)顯得尤為重要。

1 包裝設(shè)備發(fā)展現(xiàn)狀

我國一直到20世紀(jì)50年代，才開始出現(xiàn)國產(chǎn)包裝設(shè)備，在解放前出現(xiàn)的包裝設(shè)備基本都是進(jìn)口的。開始時的包裝設(shè)備多限于香煙、牙膏、肥皂等產(chǎn)品的包裝，包裝物產(chǎn)量少，生產(chǎn)水平低，也不稱為包裝機械，而統(tǒng)稱為輕工機械。

我國真正意義上的包裝機械行業(yè)是在改革開放后，隨著商品經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，商品生產(chǎn)、商品流通領(lǐng)域出現(xiàn)了空前繁榮景象，這就給商品的包裝及包裝機械行業(yè)帶來了發(fā)展空間。到了80年代，許多高校設(shè)置了包裝機械專業(yè)，為行業(yè)的發(fā)展提供人才。80年代末，行業(yè)中的企業(yè)生產(chǎn)出的設(shè)備類型基本齊全，能初步滿足用戶需求。90年代初，由于外資、合資企業(yè)的增加，帶來了大量的先進(jìn)技術(shù)，行業(yè)得到了快速發(fā)展。進(jìn)入本世紀(jì)后，企業(yè)加大了自主創(chuàng)新力度，設(shè)備技術(shù)含量顯著提高。

目前，世界先進(jìn)包裝機械的發(fā)展已呈現(xiàn)出集機、電、氣、液、光、磁、生為一體的勢頭，生產(chǎn)的高效率化、產(chǎn)品節(jié)能可回收化、高新技術(shù)實用化、智能化已成趨勢。包裝機械已成為我國機械工業(yè)中十大行業(yè)之一。我國包裝機械也正向著光機電一體化、自動化推進(jìn)。在灌裝設(shè)備、包裝設(shè)備、包裝材料生產(chǎn)設(shè)備等方面有了長足的進(jìn)步。但同時也應(yīng)看到，與國外包裝機械相比，我國包裝機械在科技水平等方面還有很大差距，需要繼續(xù)前行，以滿足越來越龐大的市場需求。

2 故障分析

由于包裝設(shè)備自動化程度較高，集機、電、氣、液、光、磁、生為一體，所以故障類型也變得多種多樣、紛繁復(fù)雜。因此要加強包裝設(shè)備故障管理，管理工作中不但要對每一項具體的設(shè)備故障進(jìn)行分析，查明發(fā)生的原因，而且應(yīng)對出現(xiàn)的故障、原因以及解決故障的時間等相關(guān)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。

2.1 測量數(shù)據(jù)

影響設(shè)備的包裝效率，根據(jù)不同的類型，具體有很大差異性。在包裝線上主要體現(xiàn)在：包裝線上物料搬運設(shè)備；生產(chǎn)線平面布置的類型；節(jié)拍控制形式；裝配品種；包裝線工作站特性；包裝線的長度。

在具體的包裝設(shè)備上經(jīng)常出現(xiàn)的損失有：設(shè)備的故障停機；設(shè)備調(diào)整耗用時間；空轉(zhuǎn)和短暫停機；設(shè)備速度的降低；質(zhì)量缺陷及返工；設(shè)備啟動損失。根據(jù)公司的效益和包裝效率以及其收集數(shù)據(jù)的可用性和可行性進(jìn)行分析，選出需要測量的對象和內(nèi)容。表1是進(jìn)行選擇測量對象的一些參考建議。通過對收集數(shù)據(jù)的可用性和可行性進(jìn)行分析，結(jié)合本文的內(nèi)容，選出需要測量的對象和內(nèi)容為設(shè)備的停機故障。

確定需要測量的對象后，就需要我們收集其對應(yīng)的時間參數(shù)。通過收集與記錄的生產(chǎn)包裝設(shè)備的停機故障，對停機故障進(jìn)行分類整理。

2.2 分析數(shù)據(jù)

目前收集到的停機故障是在包裝生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的所有的故障類型，包括設(shè)備每天的開啟準(zhǔn)備工作、由于生產(chǎn)計劃調(diào)度而進(jìn)行的必要性停機故障、輸入生產(chǎn)原料而形成的等待時間、處理設(shè)備運轉(zhuǎn)出現(xiàn)的隨機突發(fā)故障等等。所以根據(jù)是否和設(shè)備運轉(zhuǎn)有關(guān)而造成的停機故障，把其故障分為故障性停機和非故障性停機。非故障性的停機故障基本上是由于生產(chǎn)計劃調(diào)度而進(jìn)行更改批號、更改模具、調(diào)整監(jiān)管碼等所引起的，所以降低其故障頻率，減少其故障時間的主要辦法是依靠調(diào)整生產(chǎn)計劃調(diào)度。故障性停機則基本上是由于設(shè)備質(zhì)量的衰變，壽命的遞減等造成的。如何減少故障性停機是本文研究的主要內(nèi)容。為了提高效率，減少由于故障性停機所造成的維修時間，所以需對其故障進(jìn)行優(yōu)化維護(hù)。在此，選擇其主要的停機故障進(jìn)行優(yōu)化維護(hù)。

表1 選擇測量對象時的一些參考建議

通過對故障性停機數(shù)據(jù)運用Pareto圖分析，在這里選取影響一定百分比以上的故障進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)。由此，我們可以確定其故障性停機故障中的主要停機故障，對主要故障進(jìn)行維護(hù)。

3 維護(hù)策略

強化學(xué)習(xí)本質(zhì)上是一種基于仿真的動態(tài)規(guī)劃，其主要思想是通過智能體與動態(tài)環(huán)境間的相互作用，即釆取行動獲得的成本和收益進(jìn)行學(xué)習(xí)，在不斷的試錯過程中得到最優(yōu)的策略。

本文釆用強化學(xué)習(xí)方法求解問題模型，在保證系統(tǒng)平均回報率最大的前提下尋求最優(yōu)的維護(hù)策略。

強化學(xué)習(xí)算法包含兩層嵌套式結(jié)構(gòu)，內(nèi)循環(huán)為策略評估過程，外循環(huán)為策略提高過程。在策略評估過程中,平均收益率ρ保持不變。步驟如下。

3.1 探索階段

（1）初始化狀態(tài)行動值P為隨機值；外循環(huán)策略提高次數(shù)E=1,策略提高次數(shù)最大值Emax；內(nèi)循環(huán)策略更新次數(shù)最大值Nmax。

（2）根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)行動值P，選擇當(dāng)前維護(hù)策略，計算出平均收益率ρ并更新當(dāng)前策略次數(shù)N=l。

3.2 策略評估過程

（1）模擬生產(chǎn)包裝過程，設(shè)定其生產(chǎn)過程中設(shè)備質(zhì)量狀態(tài)為衰變過程。生產(chǎn)一個新產(chǎn)品后立即檢測其質(zhì)量狀態(tài)是否合格；

（2）生產(chǎn)產(chǎn)品后，設(shè)備質(zhì)量狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)移，由最初的s轉(zhuǎn)移到s′。由此可獲得的狀態(tài)轉(zhuǎn)移時間，從而可得到累計狀態(tài)轉(zhuǎn)移時間；

（3）若累計狀態(tài)轉(zhuǎn)移時間大于其主要故障的平均故障間隔時間，則執(zhí)行3.2（4）步驟，否則，執(zhí)行3.2（5）；

（4）執(zhí)行大修，初始化累計狀態(tài)轉(zhuǎn)移時間。令N=N+1，若 N＞ Nmax，執(zhí)行3.3（1）步驟；否則，執(zhí)行3.2（5）步驟。

（5）繼續(xù)生產(chǎn)產(chǎn)品，獲得新的觀測狀態(tài)和狀態(tài)轉(zhuǎn)移時間，跳轉(zhuǎn)到3.2（2）步驟。

3.3 策略提高過程

4 結(jié)束語

通過分析包裝設(shè)備的停機故障，運用強化學(xué)習(xí)方法對主要故障進(jìn)行分析，可以提前預(yù)測出設(shè)備發(fā)生故障的時間，進(jìn)而可以對設(shè)備進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)或維修，從而可以減少由于設(shè)備故障的意外發(fā)生而引起企業(yè)的設(shè)備維護(hù)支出以及可能發(fā)生的經(jīng)濟(jì)損失。

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1671-0711（2016）11（上）-0059-02