基于FMEA的設(shè)備預(yù)防維護(hù)管理的研究與應(yīng)用

摘要：通過對設(shè)備預(yù)防維護(hù)管理現(xiàn)有模式進(jìn)行分析，重點研究和探討在企業(yè)設(shè)備投入使用前及使用維護(hù)管理階段如何更好地應(yīng)用EFMEA。主要圍繞EFMEA應(yīng)用范圍、EFMEA輸入與輸出、EFMEA建立流程及EFMEA實際案例，詳細(xì)研究、探討如何在企業(yè)建立、應(yīng)用EFMEA。

關(guān)鍵詞：EFMEA;設(shè)備預(yù)防維護(hù);設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)

0? ? 引言

FMEA[Failure Mode and Effects Analysis，（潛在）失效模式及后果分析]是一種識別產(chǎn)品或過程的潛在失效，以便在失效影響到顧客之前采取糾正措施的分析工具。它是一組使設(shè)計、制造過程盡可能完善的系統(tǒng)化活動，這個活動過程由許多人員廣泛參與，形成跨職能工作小組，并由多種活動組成，認(rèn)可并評價產(chǎn)品或過程中潛在的失效以及該失效的后果，確定能夠消除或減少潛在失效發(fā)生機(jī)會的措施。其最明顯的結(jié)果就是跨職能小組的集體知識的文件化[1]。

FMEA涉及設(shè)計和制造過程的每個階段，分別形成DFMEA[Design Failure Mode and Effects Analysis，設(shè)計（潛在）失效模式及后果分析]和PFMEA[Process Failure Mode and Effects Analysis，過程（潛在）失效模式及后果分析]，同時可應(yīng)用于問題的解決。

FMEA也可應(yīng)用于非設(shè)計和制造領(lǐng)域，例如管理過程的風(fēng)險分析或是安全系統(tǒng)的評估等。

本文中研究、探討的FMEA是圍繞設(shè)備展開的，稱為EFMEA[Equipment Failure Mode and Effects Analysis，設(shè)備（潛在）失效模式及后果分析]。

EFMEA在整個設(shè)備生命周期中一般應(yīng)用于兩個階段，一是設(shè)備的設(shè)計、制造階段。此階段由設(shè)備制造企業(yè)主導(dǎo)，設(shè)備制造企業(yè)按照客戶需求，分別形成設(shè)計和制造過程的EFMEA。此階段的EFMEA支持設(shè)備從設(shè)計開發(fā)到設(shè)計批準(zhǔn)到生產(chǎn)制造的設(shè)備設(shè)計、制造過程，是對設(shè)備的整個運行過程中每一步驟或每項功能的完全評審。此階段與設(shè)備使用企業(yè)的設(shè)備前期管理聯(lián)系較為緊密。二是設(shè)備投入使用前及使用維護(hù)管理階段。此階段由設(shè)備使用企業(yè)主導(dǎo)，基于設(shè)備文檔、設(shè)備能力、過程數(shù)據(jù)等，通過對組成設(shè)備的各系統(tǒng)部件功能的分析，找出系統(tǒng)或部件潛在失效模式，分析每種失效模式對設(shè)備的影響，評價出每種失效模式影響的嚴(yán)重程度、發(fā)生率和探測度，根據(jù)評價結(jié)果制定相應(yīng)措施，從而盡可能地減少和消除失效，減少設(shè)備非計劃停機(jī)，改進(jìn)設(shè)備可靠性和可維修性，降低設(shè)備使用維護(hù)成本。

文中重點研究和探討在企業(yè)設(shè)備投入使用前及使用維護(hù)管理階段如何更好地應(yīng)用EFMEA。

1? ? 設(shè)備預(yù)防維護(hù)管理現(xiàn)有模式

據(jù)統(tǒng)計，設(shè)備等有形資產(chǎn)的維護(hù)與維修成本通常占企業(yè)生產(chǎn)成本的10%以上[2]。

EFMEA在國內(nèi)企業(yè)的應(yīng)用并不廣泛，特別是中小生產(chǎn)制造型企業(yè)沒有建立起以EFMEA為主導(dǎo)的設(shè)備預(yù)防性維護(hù)管理體系。

缺少系統(tǒng)、完整的設(shè)備潛在失效風(fēng)險的識別，往往單純依靠設(shè)備文檔、以往經(jīng)驗等方式建立設(shè)備點檢、設(shè)備維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，沒有搭建起有效的設(shè)備預(yù)防性維護(hù)管理體系，設(shè)備故障率高、使用成本高、效率低、壽命短成為常態(tài)。

部分已經(jīng)建立起EFMEA體系的企業(yè)，設(shè)備點檢、設(shè)備維護(hù)等標(biāo)準(zhǔn)的建立比較粗放、不完整，流程缺失，難以指導(dǎo)實際并有效執(zhí)行，設(shè)備預(yù)防性維護(hù)管理作用有限。

此外，依據(jù)設(shè)備文檔資料建立起來的設(shè)備日常自主維護(hù)與專業(yè)維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)存在與設(shè)備實際使用脫節(jié)的情況。設(shè)備進(jìn)入到企業(yè)投入使用以后，人員、工藝、材料、環(huán)境、檢測等條件出現(xiàn)變化時，設(shè)備運行狀態(tài)也會隨之變化。

所以，設(shè)備出廠后，設(shè)備狀態(tài)差異也會越來越大。此時，單純依靠廠家提供的原始設(shè)備文檔資料，很難進(jìn)行有效的設(shè)備預(yù)防性維護(hù)管理。

2? ? EFMEA在設(shè)備預(yù)防維護(hù)管理中的應(yīng)用研究

EFMEA的應(yīng)用可以幫助企業(yè)建立和完善以預(yù)防為主的設(shè)備管理體系。

在整個設(shè)備生命周期中，企業(yè)EFME的建立起始于產(chǎn)品過程開發(fā)設(shè)備規(guī)劃階段，此階段企業(yè)對設(shè)備需求相關(guān)信息進(jìn)行調(diào)查研究，提出規(guī)劃方案，進(jìn)行方案論證決策，編制設(shè)備規(guī)劃，編制費用預(yù)算，確定實施程序及預(yù)期效果，制定評價標(biāo)準(zhǔn)等。

設(shè)備的選型一般應(yīng)遵循生產(chǎn)上適用、經(jīng)濟(jì)上合理、技術(shù)上領(lǐng)先的原則，重點考慮設(shè)備的規(guī)格、功能、性能、精度、生產(chǎn)效率、配套性、能耗、安全環(huán)保、快換技術(shù)、防錯和糾錯技術(shù)、人機(jī)工程、備件的供應(yīng)及設(shè)備廠家的售后服務(wù)質(zhì)量等方面[3]。

在設(shè)備投入使用前，企業(yè)應(yīng)建立起以EFMEA為主導(dǎo)的設(shè)備預(yù)防性維護(hù)管理體系，并在設(shè)備使用維護(hù)管理階段應(yīng)用、保持和完善。

2.1? ? 應(yīng)用范圍

EFMEA可以應(yīng)用于企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)輔助設(shè)備和辦公設(shè)備等所有設(shè)備，也可以根據(jù)企業(yè)自身需要，選擇生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)輔助設(shè)備等關(guān)鍵、重要設(shè)備建立EFMEA。

2.2? ? EFMEA輸入與輸出

EFMEA的建立主要依據(jù)設(shè)備文檔、設(shè)備運行流程、設(shè)備可靠性信息、設(shè)備能力（CMK/CPK/平均合格率/開工率等）、設(shè)備故障停機(jī)及維修記錄、過程數(shù)據(jù)等設(shè)備相關(guān)信息資料。

以上信息資料作為生成EFMEA文件的輸入信息和重要依據(jù)，通過對輸入信息的分析、識別與評價，重點通過對組成設(shè)備的各系統(tǒng)部件功能的分析，找出系統(tǒng)或部件潛在的故障模式，分析每種故障模式對設(shè)備的影響，根據(jù)評價結(jié)果，制定相應(yīng)的設(shè)備預(yù)防性維護(hù)措施，形成EFMEA的輸出。

一般情況下，EFMEA的輸出主要包括操作人員的自主點檢、自主維護(hù)、設(shè)備操作、設(shè)備潤滑、設(shè)備報警復(fù)位等，維修人員的專業(yè)點檢、預(yù)檢預(yù)修（檢修、大修、改造、異損件更換等）、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與維修、定期潤滑（清洗、換油等）、功能小組活動、備件管理、設(shè)備事故預(yù)防等。

2.3? ? EFMEA建立流程

EFMEA建立流程如下：成立小組→分析啟動時機(jī)→收集輸入信息→確定分析范圍→確定分析目標(biāo)→識別功能和要求→識別潛在失效模式→識別潛在后果→識別潛在要因→現(xiàn)行探測和預(yù)防→識別和評估風(fēng)險（嚴(yán)重度、發(fā)生率、探測度、風(fēng)險順序數(shù)）→提出建議措施→措施實施結(jié)果→EFMEA文件評審→EFMEA文件發(fā)布→持續(xù)改進(jìn)。

2.3.1? ? 成立小組

EFMEA小組一定是一個跨部門的聯(lián)合多方人員組成的工作團(tuán)隊，這是保證EFMEA順利建立的基石。

EFMEA小組至少應(yīng)由設(shè)備管理員、設(shè)備技術(shù)人員、設(shè)備維修人員、設(shè)備操作人員、工藝技術(shù)人員組成，必要時需請設(shè)備制造商加入小組。

2.3.2? ? 分析啟動時機(jī)

EFMEA小組至少應(yīng)在產(chǎn)品過程開發(fā)階段、新設(shè)備投入使用前、產(chǎn)品發(fā)生變化時、EFMEA輸入信息發(fā)生變化時、設(shè)備能力及可靠性等發(fā)生明顯變化時啟動EFMEA分析。

2.3.3? ? 資料收集

EFMEA小組應(yīng)主動收集設(shè)備潛在失效模式及后果分析所需的資料作為輸入，這些資料一般包括設(shè)備文檔、設(shè)備運行流程、設(shè)備可靠性信息、設(shè)備能力（CMK/CPK/平均合格率/開工率等）、設(shè)備故障停機(jī)及維修記錄、過程數(shù)據(jù)等。

2.3.4? ? 確定分析范圍

EFMEA小組在進(jìn)行設(shè)備潛在失效模式及后果分析時應(yīng)確定分析的界線，根據(jù)所界定的EFMEA范圍來確定所包含的內(nèi)容，一般包括系統(tǒng)級（生產(chǎn)線，多臺設(shè)備聯(lián)合作業(yè)時）、設(shè)備單機(jī)、設(shè)備部件。

系統(tǒng)級EFMEA由多臺同類或不同類別的設(shè)備組成，系統(tǒng)級設(shè)備潛在失效模式及后果分析的重點是闡述構(gòu)成系統(tǒng)（生產(chǎn)線）設(shè)備單機(jī)之間及外部環(huán)境和過程需要之間的所有界面（接口）和相互作用、影響。

設(shè)備單機(jī)EFMEA可能是系統(tǒng)級（生產(chǎn)線）EFMEA的一個子集，但通常指可獨立完成某一功能的單一設(shè)備，例如單臺數(shù)控加工中心。

設(shè)備單機(jī)EFMEA重點是闡述構(gòu)成設(shè)備的各部件之間的所有界面和相互作用、影響。設(shè)備部件EFMEA是設(shè)備單機(jī)EFMEA的一個子集，例如主軸是數(shù)控加工中心的一個部件。

設(shè)備部件EFMEA重點是闡述構(gòu)成部件的各零件之間的所有界面和相互作用、影響。

2.3.5? ? 確定分析目標(biāo)

EFMEA小組在進(jìn)行設(shè)備潛在失效模式及后果分析時應(yīng)確定分析目標(biāo)，分析的目標(biāo)至少應(yīng)包括失效后果對生產(chǎn)過程穩(wěn)定性、產(chǎn)品質(zhì)量、法律法規(guī)的影響。

2.3.6? ? 識別與評估

EFMEA小組對所分析設(shè)備的功能、要求進(jìn)行識別，確定每一功能的潛在失效模式，這種失效模式導(dǎo)致設(shè)備現(xiàn)有功能或要求無法正常實現(xiàn)。識別出設(shè)備在各種失效模式下的潛在后果，包括失效的結(jié)果、嚴(yán)重程度等。分析出設(shè)備失效的潛在要因，潛在要因應(yīng)按潛在失效為何發(fā)生來確定，按照可糾正或可控制的情形來描述，失效的潛在要因可能是設(shè)備設(shè)計弱點的一種表現(xiàn)，其后果是失效模式[4]。要因和失效模式是直接關(guān)聯(lián)的，即要因發(fā)生，那么失效模式發(fā)生，如果一種失效模式有多種要因，每一個要因都應(yīng)進(jìn)行單獨的分析。

EFMEA小組應(yīng)識別出設(shè)備已經(jīng)實施或承諾實施的預(yù)防和探測失效要因或失效模式的設(shè)備維護(hù)活動，這些設(shè)備維護(hù)活動應(yīng)確保設(shè)計對于所考慮的失效模式、起因和機(jī)理的預(yù)防和探測是滿足要求的。

EFMEA小組應(yīng)識別并評估每一失效模式可能產(chǎn)生的風(fēng)險。識別和評估風(fēng)險是設(shè)備潛在失效模式及后果分析的重要步驟之一，風(fēng)險用嚴(yán)重度、發(fā)生率和探測度三個指標(biāo)來評價，嚴(yán)重度、發(fā)生率和探測度的乘積定義為風(fēng)險順序數(shù)，在單一的EFMEA范圍內(nèi)，此值介于1～1 000。

嚴(yán)重度（S）×發(fā)生率（O）×探測度（D）=風(fēng)險順序數(shù)（PRN）

嚴(yán)重度是失效對設(shè)備功能、生產(chǎn)過程產(chǎn)生影響的級別的一種評估，嚴(yán)重度是已識別的失效模式最嚴(yán)重的影響后果的級別，是單一的EFMEA范圍內(nèi)相對定級的結(jié)果，嚴(yán)重度數(shù)值的降低一般通過改善設(shè)備的設(shè)計（設(shè)備技術(shù)改造）等才能夠?qū)崿F(xiàn)。嚴(yán)重度的取值范圍為1至10間的整數(shù)。企業(yè)可根據(jù)實際情況，制定出一套適合自身使用的打分標(biāo)準(zhǔn)，具體評分標(biāo)準(zhǔn)如表1所示，供企業(yè)參考。

發(fā)生率是失效模式的要因可能發(fā)生的頻繁程度，是指設(shè)備潛在的失效模式的要因在指定時期內(nèi)出現(xiàn)的可能性。應(yīng)采用一致的發(fā)生率分級規(guī)則，以保持連續(xù)性。發(fā)生率是EFMEA范圍內(nèi)的相對級別，它不一定反映實際出現(xiàn)的可能性，通過預(yù)防性維護(hù)改變失效模式的要因是降低發(fā)生率的優(yōu)先方法。發(fā)生率的取值范圍為1至10間的整數(shù)。企業(yè)可根據(jù)實際情況，制定出一套適合自身使用的打分標(biāo)準(zhǔn)，具體評分標(biāo)準(zhǔn)如表2所示，供企業(yè)參考。

探測度是對設(shè)備、設(shè)備部件探測失效要因或失效模式程度的一種評價。探測度的取值范圍為1至10間的整數(shù)。企業(yè)可根據(jù)實際情況，制定出一套適合自身使用的打分標(biāo)準(zhǔn)，具體評分標(biāo)準(zhǔn)如表3所示，供企業(yè)參考。

2.3.7? ? 建議措施和結(jié)果

EFMEA小組應(yīng)針對所識別和評估的可能的失效模式及后果的危害程度（風(fēng)險）提出建議措施并通過措施的實施降低設(shè)備綜合風(fēng)險和失效模式發(fā)生的可能性。重點針對高嚴(yán)重度、高風(fēng)險順序數(shù)值和小組評估后確定的其他項目進(jìn)行糾正及預(yù)防措施的可行性評價。通過實施建議措施來提高設(shè)備的可靠性、可維修性與耐用性，任何建議措施的實施按照嚴(yán)重度、發(fā)生率和探測度順序降低其風(fēng)險級別。通過實施建議措施并取得預(yù)期的成果后應(yīng)更新嚴(yán)重度、發(fā)生率和探測度并進(jìn)行記錄。

2.3.8? ? 評審與發(fā)布

EFMEA小組將輸出（新開發(fā)或修訂）的《設(shè)備潛在失效模式及后果分析》成果報上級EFMEA工作組審核批準(zhǔn)，通過審核批準(zhǔn)并由上級EFMEA工作組組長及相關(guān)人員簽字后發(fā)布。設(shè)備潛在失效模式及后果分析的結(jié)果作為制定設(shè)備預(yù)防性維護(hù)策略的輸入，EFMEA小組將EFMEA開發(fā)的成果形成文件，輸出《設(shè)備潛在失效模式及后果分析》文件指導(dǎo)制訂設(shè)備預(yù)防性維護(hù)策略。設(shè)備操作人員的自主維護(hù)具體執(zhí)行設(shè)備使用、自主維護(hù)、點檢方面的管理制度，執(zhí)行自主點檢、自主維護(hù)、設(shè)備操作、設(shè)備潤滑、設(shè)備報警復(fù)位等操作標(biāo)準(zhǔn)。維修人員的專業(yè)維護(hù)具體執(zhí)行設(shè)備專業(yè)維護(hù)、備件管理等方面的管理制度，執(zhí)行專業(yè)點檢、預(yù)檢預(yù)修（檢修、大修、改造、異損件更換等）、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與維修、定期潤滑（清洗、換油等）、功能小組活動、備件管理等操作標(biāo)準(zhǔn)。

2.3.9? ? 持續(xù)改進(jìn)

EFMEA小組應(yīng)每季度末根據(jù)設(shè)備故障、設(shè)備維護(hù)情況對區(qū)域內(nèi)的EFMEA進(jìn)行評審，并修正不適宜的EFMEA文件，不斷提高EFMEA的開發(fā)質(zhì)量。上級EFMEA工作組應(yīng)制訂設(shè)備潛在失效模式及后果分析工作監(jiān)督評審計劃，按計劃對設(shè)備潛在失效模式及后果分析的持續(xù)改進(jìn)情況進(jìn)行監(jiān)督、評審，形成評審報告，并監(jiān)控其進(jìn)行改進(jìn)。頂層EFMEA工作組應(yīng)按年度制訂企業(yè)設(shè)備潛在失效模式及后果分析工作監(jiān)督、評審計劃，并對所有EFMEA工作進(jìn)行抽樣檢查，同時收集設(shè)備潛在失效模式及后果分析工作的改進(jìn)信息，每年對企業(yè)EFMEA工作進(jìn)行一次評審，持續(xù)改進(jìn)企業(yè)設(shè)備潛在失效模式及后果分析管理工作。

2.4? ? EFMEA實例

下面以某企業(yè)單臺加工中心為例，說明EFMEA表格如何填寫。企業(yè)可根據(jù)實際情況做相應(yīng)合理調(diào)整，如表4所示，供企業(yè)參考。

2.5? ? 五大設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)

作為EFMEA的輸出，建議企業(yè)至少建立起五大設(shè)備日常預(yù)防性維護(hù)管理標(biāo)準(zhǔn)：自主點檢標(biāo)準(zhǔn)、自主維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)、操作標(biāo)準(zhǔn)、報警復(fù)位標(biāo)準(zhǔn)、專業(yè)點檢標(biāo)準(zhǔn)。

（1）設(shè)備自主點檢標(biāo)準(zhǔn)作為操作者每班設(shè)備點檢的依據(jù)和記錄，對設(shè)備問題的早期發(fā)現(xiàn)至關(guān)重要。自主點檢標(biāo)準(zhǔn)中除了合理制定點檢項目外，至少還應(yīng)包括點檢方法、判定基準(zhǔn)、處置方法、檢查頻率、檢查時間和安全要求等內(nèi)容，建議建立三級點檢制，分別由操作者、班組長、維修人員按照各自關(guān)注重點和不同周期進(jìn)行檢查確認(rèn)，保證自主點檢有效實施。

（2）設(shè)備自主維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)是指導(dǎo)操作者班末、周末、長假期間進(jìn)行設(shè)備自主清掃、檢查、潤滑、更換、調(diào)整和保養(yǎng)等的主要依據(jù)，標(biāo)準(zhǔn)至少應(yīng)包含自主維護(hù)部位、方法、達(dá)到效果、處理方式、所需工具、維護(hù)周期、不良事例和安全要求等，并輔以圖片作為指導(dǎo)說明。

（3）設(shè)備操作標(biāo)準(zhǔn)是保證操作人員安全使用、正常操作設(shè)備的指導(dǎo)文件，安全使用包括人身安全和設(shè)備安全。標(biāo)準(zhǔn)一般分為作業(yè)前、作業(yè)中和作業(yè)后三部分，至少包含作業(yè)內(nèi)容、作業(yè)要點、注意事項、圖片說明和安全要求等內(nèi)容。

（4）設(shè)備報警復(fù)位標(biāo)準(zhǔn)是設(shè)備出現(xiàn)異常報警時，保證操作者對設(shè)備安全操作復(fù)位，避免設(shè)備事故和人身事故的指導(dǎo)文件。建議企業(yè)參考操作標(biāo)準(zhǔn)的格式建立設(shè)備報警復(fù)位標(biāo)準(zhǔn)，保證設(shè)備安全和人身安全。

（5）專業(yè)點檢標(biāo)準(zhǔn)是規(guī)范專業(yè)維修人員周期檢查設(shè)備的指導(dǎo)文件，建立專業(yè)點檢標(biāo)準(zhǔn)有利于轉(zhuǎn)變維修人員“以修代檢”的事后維修思想。專業(yè)點檢標(biāo)準(zhǔn)格式可參考自主點檢標(biāo)準(zhǔn)。建議企業(yè)建立二級專業(yè)點檢制，分別由維修人員、維修組長按照各自關(guān)注重點和不同周期進(jìn)行檢查確認(rèn)。

建立完善可執(zhí)行的五大作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，有利于企業(yè)建立以EFMEA為主導(dǎo)的設(shè)備預(yù)防性維護(hù)管理體系，保證企業(yè)設(shè)備預(yù)防性維護(hù)管理體系有效運行。

3? ? 結(jié)語

企業(yè)如何通過有效手段減少設(shè)備使用、維護(hù)與維修成本，提高設(shè)備管理的效率和質(zhì)量是設(shè)備人持久不懈的努力方向。

EFMEA的應(yīng)用有利于企業(yè)建立完整的設(shè)備預(yù)防維護(hù)管理體系，文中基于FMEA的設(shè)備預(yù)防維護(hù)管理的研究與應(yīng)用是對企業(yè)建立以EFMEA為主導(dǎo)的設(shè)備預(yù)防維護(hù)管理體系的有益探索與實踐，建議企業(yè)廣泛應(yīng)用EFMEA并充分發(fā)揮其在企業(yè)設(shè)備管理中作用。

同時，我們也可以嘗試將EFMEA應(yīng)用于整個設(shè)備生命周期管理中，充分發(fā)揮EFMEA在設(shè)備管理中的作用。

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收稿日期：2020-05-20

作者簡介：王劍峰（1979—），男，黑龍江依安人，碩士研究生，工程師，研究方向：設(shè)備管理。