樹立精益維修理念實現多部件定修模型優(yōu)化及動態(tài)控制

李向前 閆洪濤 崔曉峰 張瀚斗

(1. 鞍鋼集團礦業(yè)有限公司東鞍山燒結廠，遼寧 鞍山 114041；2.鞍鋼集團礦業(yè)有限公司弓長嶺選礦廠，遼寧 遼陽 111008)

0 引言

始建于1958年的某廠，是鞍鋼集團礦業(yè)唯一集鐵精礦、燒結礦和活性灰生產為一體的國有大型現代化聯合企業(yè)，也是鞍鋼集團公司的主要原料基地之一。

近些年鞍鋼集團公司對鐵精礦需求量逐漸遞增，某廠暴露出如下問題:一是管理體制落后，員工精神面貌桎梏；二是原礦難選礦含量增加，虧損增加，生產越多虧損越多，面臨生存問題；三是創(chuàng)新意識差，設備運行成本高居不下。在市場化經營大環(huán)境下，為企業(yè)能夠生存下去，為保障選礦工藝順利，實現扭虧增效，某廠通過樹立精益維修理念實現多部件定修模型優(yōu)化及動態(tài)控制，達到解決上述問題目的。進一步實現縮短生產線停機時間、降低運維成本，滿足各方需要。實現技術改造，以便解決生產流程瓶頸問題。實現降低生產成本、提升市場競爭力。

1 實施背景

1.1 創(chuàng)新管理是企業(yè)生存的需要

在扭虧增效，體制改革，市場化經營大環(huán)境下，設備管理者從崗檢到專檢；從工程技術管理到行政業(yè)務管理；從基層管理者到廠礦長，全員全方面工作熱情得以點燃。全體設備管理者確定“樹立精益維修理念實現多部件定修模型優(yōu)化及動態(tài)控制”攻關項目，并得以深度推進，為2020年全年實現扭虧為營(4.02 億元)，貢獻了堅實設備運維根基。

1.2 項目興建是生產創(chuàng)效的需要

樹立精益維修理念實現多部件定修模型優(yōu)化及動態(tài)控制，其目的是縮短生產線停機時間、降低運維成本，滿足各方需要，具體是：

1)提高精礦產品質量，滿足企業(yè)生存發(fā)展的需要。按照鞍鋼集團公司總體規(guī)劃的要求，現有精礦產品質量將無法滿足市場輸出的需要，急需對現有選礦生產工藝裝備實施技術改造，以便解決生產流程瓶頸問題。

2)發(fā)揮資源優(yōu)勢、提高鐵料自給率的需要。采取各種措施提高自產鐵精礦產能，已成為鞍鋼礦業(yè)迫在眉睫的重大使命。急需縮短設備檢修停機時間，提高設備作業(yè)率，以便簡單高效解決提高產能的問題。

3)降低生產成本、提升市場競爭力的需要。該項目通過優(yōu)化和控制，可大幅度增加精礦產能并降低鐵精礦生產單耗成本，是鞍鋼礦業(yè)降本增效、提升競爭力的有效途徑。

2 內涵和做法

2.1 概念內涵

2.1.1 精益維修管理

精益維修是通過不斷對生產工藝環(huán)節(jié)或過程中各個設備部件定修模型優(yōu)化，來消除檢修用時浪費，提高檢修效率，降低生產單耗成本。精益維修管理目標是最大限度滿足生產效益需求，實現全員控制缺陷、科學統(tǒng)籌各部件檢修周期、合理排程設備大修，達到降低設備停機時間，提高設備產能，提高設備作業(yè)率。

2.1.2 定修模型

定修模型，以設備的實際技術狀況數據、周期項目與狀態(tài)項目的溯源管理數據、設備本身工作狀態(tài)情況、各設備點檢數據為依據，確定了主要檢修項目、定修周期和定修工期。同時，實行了P(目標)-D(行動)-C(檢驗)-A(改進)循環(huán)法，動態(tài)調整各工藝環(huán)節(jié)設備多部件定修周期。

在此基礎上，采取了三項措施確保定修模型執(zhí)行的嚴肅性。一是強化標準化定修組織，固化“四會三表”，即項目平衡會、開工準備會、項目進度平衡會、定修總結會；定修綜合管理表、項目計劃表、主控項目進度表等專業(yè)管理標準，規(guī)范定修組織，確保檢修工程質量。二是堅持以設備的實際技術狀況為基礎，高度關注并加強周期項目與狀態(tài)項目的溯源管理，使維修管理從定性管理走向定量管理。三是強化定修的預防性維修本質，在抓好修復項目的同時，高度關注劣化傾向分析后的改善項目及為提高設備功能、精度的維修工程項目的實施。

2.1.3 設備維修策略

事后維修：是設備零部件發(fā)生損壞，存在故障停機而進行的維修。是非計劃性檢修。某廠對電氣設備、設施、線路、自動化、儀表、照明、有備用的泵類、管道管件等采取事后維修策略。

預知維修：以設備壽命為基礎，以設備點檢檢測為手段，以設備狀態(tài)數據分析為依據制訂維修計劃的可靠性維修策略，是有計劃性維修，但其強烈地依賴于點檢員業(yè)務水平及工作熱情，為某廠普遍采用的維修策略。

2.1.4 設備維修計劃分類

設備維修計劃分為計劃檢修和非計劃檢修。

計劃檢修：設備停機有排程，檢修組織有準備的檢修，包括日修(也稱臨時計劃修)、定修(準確率由低到高，分為年計劃、月計劃、周計劃)、大修、年修。

非計劃檢修：因設備故障造成隨時停機檢修，比如搶修就是非計劃檢修。

2.2 具體做法

2.2.1 精益維修理念鑄就新的企業(yè)文化

隨著某廠市場化改革的全面鋪開，以效益為目標的市場經營主體橫空出世，變生產工序為經營主體，按照市場標準，精準授權，簽訂契約化經營指標責任書，內部模擬市場化運營，自主經營，自負盈虧。指標、成本、質量層層承包，與職工工資收入直接掛鉤，特別在收入節(jié)節(jié)上升情況下，職工的責任標準、思維方式、行為準則、精神境界等規(guī)范，在企業(yè)內部形成一種新的文化即精益維修理念。

如點檢精細的檢測、檢修全程到位的跟蹤、避免檢修時間的浪費、避免設備重復檢修、控制故障修、優(yōu)化檢修工序、提高檢修效率等等。精益維修理念、設備管理者精益維修意識是鐵精礦產線“實現多部件定修模型優(yōu)化及動態(tài)控制”的根本保障。

2.2.2 建立定修模型

構成定修模型主要參量是關鍵部件壽命周期、檢修工時、工序組合、檢修次數、開始日期、施工人數。鐵精礦生產線各工藝流程關鍵部件定修參量見表1，這些數據來源于技術標準和歷年實際生產數據。

表1 鐵精礦產線各工藝流程關鍵部件定修參數

其中，球磨機襯板檢修時間長，為工序組合的主線。破碎上部(以中間粉礦倉為中心)和下部(U型成品倉為中心)膠帶群、隔膜泵3條管線中隔膜泵單向閥更換為工序組合副線。開始日期以襯板實際壽命周期基點，圍繞副線設備檢修需要上下調整。月定修基本模型見圖1所示，可直觀表達各部流程定修之間關系，其中陰影柱線內為開始及施工日期之可調區(qū)域。

圖1 鐵精礦產線各工藝流程關鍵部件月定修模型

鐵精礦產線維修隊伍主要由常駐包保維修單位、內部檢修班組兩個單位承擔，檢修力量相對固定，施工人數對定修模型編制影響不大，故不予考慮。

通過上述論證，可知鐵精礦產線定修主線就是選礦球磨機定修，故所需建立定修模型就是球磨機的定修模型，其2020年度定修模型詳見圖2。

圖2 優(yōu)化及控制前定修模型

2.2.3 定修模型的優(yōu)化

1)查找解決設備瓶頸，減少副線設備檢修對產線停機時間影響。

定修模型實施過程中，出現因破碎中間儲礦倉能力不足，破碎工藝設備檢修時間較長時，造成選礦工序球磨機在線運行設備待料停機現象發(fā)生，致使產線停機時間增加。為此，相關管理者提出“中間倉改成品倉、封閉、膠帶短流程返礦給料方案”，并立項完成實施?，F在膠帶群檢修基本不會影響到產線定修工期。全年節(jié)省停機時間50 余h。

2)以精細維修，推遲設備大修，縮短產線停機時間。

2020年度鐵精礦持續(xù)走高，如圖3所示。在此市場環(huán)境下，無論是本廠自給需要，還是企業(yè)外銷需要，都要求提高產量，更不允許長時間停機檢修。為此，某廠設備管理者，提出以精細維修，保證運行指標，推遲實施關鍵設備大修、產線年修，取得很好成績。全年共節(jié)省停機時間1 000 余h。

圖3 進出口鐵礦石和國產鐵精礦價格走勢圖

例如，一系列兩臺MYQ5067球磨機存在如下問題，球磨機壽命到限，已滿足報廢條件。該球磨為2007年9月投產，使用至今已達13年，該球磨使用壽命為6～7年，早已超限使用。缺陷主要為筒體端蓋內表面全部磨損嚴重，兩側端蓋磨損量為15～70 mm；出、入口端蓋與筒體把合面，被礦漿沖刷自磨形成空腔，里圈M42聯結螺栓根部全部磨損，強度嚴重降低；小齒一次混凝土基礎墩晃動，大小齒嚙合顫動嚴重，沖擊振動大；同步機與小齒軸同軸度誤差超標、小齒軸與筒體(主軸)平行度超標；出、入口成套磨損到限。

球磨機大修工期一般為40天，為達到全年扭虧目標，設備不允許長時間停機大修。為此提出系列維修方案：(1)結合燒結機年修期間，選礦產線需要限產，一系列可以停機維修10天，完成項目實施；(2)為增強基礎板強度，一是確定底板加強增厚尺寸，二是為提高軸向定位強度，增加縱向加強筋方案，并確定加強型基礎板各部尺寸；(3)小齒輪組、基礎板(換新)拆除后，重新找正回裝，灌漿加固；(4)小齒輪組解體，更換新軸承，齒輪軸翻個使用(原未磨損非工作齒面作為工作齒面使用)；(5)因檢修時間短，筒體不具備起頂條件，無法通過移動其來修正大小齒平度誤差。又因同步機是設備安裝定位基準，不可移動。故確定找正方案為，優(yōu)先找同步機軸和小齒軸同軸度，兼顧大小齒平行度及嚙合間隙。以小齒工作齒面為基準研磨舊大齒工作齒面接觸精度。最終達到齒側間隙2.7±0.50 mm，齒頂間隙8.5±0.30 mm，接觸精度齒向≥30%，長度方向≥80%；(6)出、入口端蓋筒內表面磨損，采用小顆粒耐磨材料涂抹、填充磨損形成空隙，待材料凝固后，方可交付使用；(7)更換磨損出、入口襯套等部件。實施后，完成達到預期目標,且減少停機時間30天，延長設備壽命1年以上，相當減少備件投入186萬元。

3)運用適度過剩維修，優(yōu)化工序組合，提高設備月度作業(yè)率。

定修模型工序組合原則，一是以選礦工序球磨機襯板定修為主線，兼顧破碎工序、輸送工序的關鍵部件定修。二是壽命周期長、維修點多的傳動部件定修，與球磨襯板定修相組合。三是關鍵備件壽命周期末期因維護保養(yǎng)時間、費用增多、故障維修概率增多，允許發(fā)生過剩維修。各關鍵部件提前更換，費用損失情況如表2所示。

表2 各關鍵部件提前更換損失情況表

實際提前的時間一般都小于表中所測算的數值。過剩維修目的是工序湊組合，縮短重復停機造成障礙設備拆裝所發(fā)生的停機時間，減少開停機對設備沖擊損失，降低能源損耗。對于關鍵部件定修障礙設備拆裝所發(fā)生的停機時間不小于8 h。

8 h的生產效益=8 h×80 (t·h-1)×465 (元·t-1)(精礦產值)=30 萬元。

所以，生產效益遠大于提前更換備件所帶來損失。

工序湊組合還會使產線連續(xù)運轉時間增加，使生產綜合成本降低、單耗降低。

2.2.4 定修模型過程控制

1)精益保養(yǎng)，到位的缺陷裂化趨勢控制。

根據部件壽命周期，在剩余30%左右時，采取定期檢測，預判裂化趨勢，實施合理維護保養(yǎng)，保障設備穩(wěn)定運行到產線定修，一并維修或更換。即采用精益維修理念下的預制維修策略進行控制。對于無固定壽命周期的部件，采用固定周期維保。即采用事后維修策略的檢修，用周期維保監(jiān)控狀態(tài)，減少或消除非計劃檢修。

例如，針對某廠電氣設備、設施、線路老化，近年來故障率不斷上升問題。為降低電氣、自動化、儀表等故障停機對產線生產的影響，采取如下措施：一是加強現場電氣元器件專業(yè)化維護、點檢工作。二是制度化要求電氣檢點員對現場電氣開關、線路、操作箱等電氣設施的檢點，做好吹風、清掃、擦抹等維護工作。三是對現場出現的電氣故障，做到要有跟蹤，有落實，有改進。做到追根溯源，解決電氣故障隱患。

2)動態(tài)監(jiān)控，科學預判壽命。

根據在線監(jiān)測儀器反饋的異常點，及時找到隱患，及時利用日修消缺。特別是有備用的設備，更不能馬虎大意，要確保備用設備完好，設備壽命心中有數，避免設備同時損壞造成產線停機。

例如，某廠的破碎工序中細破機有4臺(2臺大型號破碎機+2臺小型號破碎機)，工作模式是“2臺大型號破碎機運轉，2臺小型號破碎機備用”或“1臺大型號破碎機加2臺小型號破碎機運行，另1臺大型號破碎機備用”。設備工作時間大于備用時間，對設備性能要求高，一旦發(fā)生故障將影響整個產線。為了保證設備技術狀態(tài)，設備管理者對破碎機采用“體檢制”。

結合破碎機更換動、定錐更換襯板檢修，對關鍵備件做“體檢”。即每次對滑動軸承磨損情況進行檢查、檢測，根據數據分析裂化趨勢，準確預判剩余壽命，避免故障/事故搶修發(fā)生，從而使動錐錐體延長壽命一個周期以上。“體檢制”不但避免了產線待料停機發(fā)生，同時降低設備成本投入至少300萬元。

3)精益維修過程控制，施工科學排序，提升檢修效率。

嚴格固化“四會三表”，規(guī)范定修組織，確保檢修工程質量。合理編排施工網絡，統(tǒng)籌利用檢修空間、橋式吊車，消除等待作業(yè)時間，避免多層交叉作業(yè)，消除安全隱患。強化檢修交班制，實行檢修效率與效益掛鉤；使用大型機具代替手工工具，從而使檢修效率得到大幅提升，檢修工時得以下降。

例如，選礦工序球磨機襯板更換時，采用上述措施，使檢修時間壓縮25%以上。

4)提高質量，延長工藝設備檢修間隔周期。

利用市場化改革賦予自主采購權，自主采購新型工藝備件，使壽命得以顯著延遲，產線檢修頻次、用時也得到壓縮。

例如，球磨機入口給礦彎管原壽命只有不足2個月，現采購的是新型陶瓷耐磨給礦彎管，壽命達到4個多月。入口彎管更換為主線檢修，與襯板檢修存在干涉，不能同時開始，需產線停機8至12 h。采用新型彎管后三個系列6臺在球磨機全年可節(jié)省停機時間80 h以上。

3 實施效果

3.1 故障率顯著下降

2019年故障停機為323 h1，故障率為0.32%；2020年故障停機為83 h，故障率為1.23%。其中，電氣故障下降明顯，下降了80%；機械故障下降了64%；機械和電氣故障占比差值從26%縮小到4%，機械、電氣故障率相對均衡，詳見圖4。

圖4 產線故障率對標圖

通過上述優(yōu)化和動態(tài)控制的實施，使故障率得到顯著下降。

實現創(chuàng)效：采用MTP算法，通用公式如下：

Em=(Q1-Q0)×r-(∑Ca+I)-F

(1)

式中：Q1—2019年故障停機時長；Q0—2020年故障停機時長；r—單位效益；∑Ca—項目實施費用；I—損失；F—非本成果實施所產生的效益。

因是固定維修保養(yǎng)隊伍，以加強管理而取得成果，未發(fā)生項目實施費用或可忽略不計∑Ca=0，未造成任何損失I=0，無非本成果實施所產生的效益F=0，故最終公式為：

Em=(Q1-Q0)×r(單位效益)=(323 h-83 h)×[80(t·h-1)×精礦收益95(元·t-1)]=182萬元。

考慮到，存在忽略的其他因素可能，最終記取效益值為150萬元。

3.2 檢修時間實現大幅壓縮

2020年定修模型優(yōu)化及動態(tài)控制后圖形，如圖5所示。

圖5 優(yōu)化及控制后定修模型

定修模型優(yōu)化與動態(tài)控制前，產線檢修時間為2 908 h；定修模型優(yōu)化與動態(tài)控制后，產線檢修時間為1 516 h，共減少停機時間1 392 h。

實現直接創(chuàng)效：采用MTP算法，各項同上,故最終公式如下：

Em=(Q1-Q0)×r(單位效益)

(2)

式中：Q1—定修模型優(yōu)化與動態(tài)控制前，產線檢修時間；Q0—定修模型優(yōu)化與動態(tài)控制后，產線檢修時間。

Em=(2 908 h-1 516 h)×[80(t·h-1)×精礦收益95(元·t-1)]=1 058萬元。

考慮到，存在忽略的其他因素可能，最終記取效益值為850萬元。

3.3 精益維修提高設備使用壽命，減少備件投入

通過精益維修，使產線設備部件的使用壽命得以不同程度增加，進而減少備件投入。

實現直接創(chuàng)效：采用PCP算法，通用公式如下：

EP=∑Sa-F-H-(∑Cb+I)

(3)

式中：∑Sa—按單項因素直接測定法計算的各種因素的經濟效益之和；F—非本成果實施所產生的效益；H—各因素之間重復計算的效益；∑Cb—項目實施費用；I—損失。

因只計算大型備件(其他備件未計取)延長壽命周期中1年的備件費用，以加強管理而取得成果，未發(fā)生項目實施費用或在記取時扣除∑Cb=0，未造成任何損失I=0，無非本成果實施所產生的效益F=0；各因素之間重復計算的效益H=0，故最終公式為：

EP=∑Sa=S破碎機動錐2根(300萬元/年)+ S1系列球磨機2臺(196萬元/年)=496萬元

考慮到，1系列球磨機延壽維修費16萬元及存在忽略的其他因素可能，最終記取效益值為450萬元。

綜上所述，實施項目后共創(chuàng)效=150萬元+850萬元+450萬元=1 450萬元。

4 結語

2020年，某廠鐵精礦、燒結礦的產量、質量、成本等11項指標全面刷新了歷史紀錄。其中，鐵精礦產量創(chuàng)造了200 萬t以上的歷史新紀錄，鐵精礦單位成本同比2019年降低6%以上，全年盈利4.02億元，職工平均收入同比增長20%以上，實現了“企業(yè)多創(chuàng)效，職工多掙錢”的改革目標。

定修模型的優(yōu)化與動態(tài)控制設備管理項目在2020年為某廠全年盈利直接貢獻度為3.6%。2021年公司在檢修方面確定了新的目標，即檢修間隔延長到40～45天，檢修時間參照標準再壓縮30%左右，作業(yè)率提高到97%，鐵精礦月產量提高到18萬t。