設(shè)備故障的統(tǒng)計分析

栗曉華

(四川輪胎橡膠（集團(tuán)）股份有限公司，四川 成都 641402)

隨著生產(chǎn)的發(fā)展和科學(xué)的進(jìn)步，設(shè)備結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜、自動化程度也越來越高，設(shè)備故障越來越呈現(xiàn)多樣性，有的故障能造成設(shè)備性能指標(biāo)降低或失去預(yù)定的功能，有的能造成嚴(yán)重的設(shè)備事故，對財產(chǎn)及人身安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅，及時準(zhǔn)確的判定故障原因和處理故障是保證設(shè)備安全、高效運行的前提，是提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的根本保證。

1 設(shè)備故障及其管理

設(shè)備故障一般是指設(shè)備失去或降低其規(guī)定功能、技術(shù)性能以及操作者無意或蓄意使設(shè)備脫離正常運轉(zhuǎn)狀態(tài)，致使設(shè)備中斷生產(chǎn)或效率降低影響生產(chǎn)的現(xiàn)象。

故障管理是通過點檢、設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)測與診斷，掌握設(shè)備有無劣化情況，以期發(fā)現(xiàn)故障的征兆和隱患，及時進(jìn)行預(yù)防維修，控制故障的發(fā)生。并對故障現(xiàn)象統(tǒng)計分析，探索設(shè)備故障發(fā)生規(guī)律，查明故障發(fā)生的原因和機(jī)理，掌握設(shè)備動態(tài)信息，積累設(shè)備預(yù)檢預(yù)修經(jīng)驗，采取針對性措施，改善設(shè)備技術(shù)狀態(tài)，預(yù)防或減少故障重復(fù)出現(xiàn)，是設(shè)備管理與維修工作者的一項重要任務(wù)，如圖1所示。

圖1 設(shè)備故障及其管理

2 設(shè)備故障管理內(nèi)容

設(shè)備故障管理內(nèi)容包括：故障信息收集、儲存、統(tǒng)計、整理，故障原因分析，故障處理，處理效果評價及信息反饋等全過程。上述內(nèi)容中，重點在于故障分析與故障處理。認(rèn)真實施設(shè)備故障全過程管理，可為開展設(shè)備故障機(jī)理、設(shè)備故障原因和設(shè)備可靠性、維修性研究提供數(shù)據(jù)信息。更重要的是，設(shè)備使用單位通過故障分析,加強(qiáng)管理,降低故障停機(jī)次數(shù)和故障停機(jī)時間、盡可能保持設(shè)備功能和技術(shù)性能，預(yù)防類似故障重復(fù)發(fā)生；設(shè)備設(shè)計制造單位通過故障分析,改善設(shè)計、提高設(shè)備制造質(zhì)量、提升設(shè)備穩(wěn)定性、提高性價比。

3 設(shè)備故障的分類方法

不同類型的企業(yè)，設(shè)備種類多種多樣，其故障表現(xiàn)形式也有所不同，為了方便設(shè)備故障全過程管理，企業(yè)采取的設(shè)備故障分類方法也不盡相同。不管設(shè)備故障如何分類，其本質(zhì)都是通過設(shè)備故障現(xiàn)象，查明故障機(jī)理和故障原因，采取針對性的糾正預(yù)防措施，使設(shè)備獲得最佳運行效果。常用的有按設(shè)備壽命周期過程、故障發(fā)生的速度、故障性質(zhì)、技術(shù)性原因、嚴(yán)重程度、發(fā)生頻次等多種分類方法。按設(shè)備故障技術(shù)性原因分類比較適用，對故障機(jī)理研究、故障原因分析更加直觀。設(shè)備故障技術(shù)性原因可分為磨損性故障、腐蝕性故障、斷裂性故障和老化性故障，如圖2所示。

圖2 設(shè)備故障技術(shù)性分類

3.1 磨損性故障

在工作過程中，互相接觸并做相互運動的對偶表面，在摩擦作用下發(fā)生尺寸、形狀和表面質(zhì)量變化而產(chǎn)生的故障。按破壞機(jī)理，磨損可分為磨粒磨損、黏附磨損（黏著磨損）、表面疲勞磨損、腐蝕磨損、微振磨損（微動磨損）等。前三種是磨損的基本類型，后兩種只在某些特定條件下才會發(fā)生。①磨粒磨損：物體表面與硬質(zhì)顆粒摩擦或游離的堅硬粒子在兩表面之間滑動摩擦產(chǎn)生磨損。②黏附磨損（黏著磨損）：摩擦副相對運動時，兩金屬接觸面結(jié)合作用下產(chǎn)生損耗。③表面疲勞磨損：兩接觸表面在交變接觸壓應(yīng)力的作用下，材料表面因疲勞而產(chǎn)生物質(zhì)損失。④腐蝕磨損：零件表面在摩擦的過程中，表面金屬與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)而出現(xiàn)的物質(zhì)損失。⑤微振磨損（微動磨損）：兩接觸表面間在外界變動負(fù)荷影響下，產(chǎn)生大量的微小氧化物磨損粉末。

3.2 腐蝕性故障

按腐蝕機(jī)理不同可分為化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕和物理腐蝕三類。①化學(xué)腐蝕：金屬和周圍介質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)所造成的腐蝕。反應(yīng)過程中沒有電流產(chǎn)生。②電化學(xué)腐蝕：金屬與電介質(zhì)溶液發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)所造成的腐蝕。反應(yīng)過程中有電流產(chǎn)生。③物理腐蝕：金屬與熔融鹽、熔堿、液態(tài)金屬相接觸，使金屬某一區(qū)域不斷熔解，另一區(qū)域不斷形成的物質(zhì)轉(zhuǎn)移現(xiàn)象，即物理腐蝕。

3.3 斷裂性故障

斷裂性故障可分為脆性斷裂、疲勞斷裂、應(yīng)力腐蝕斷裂、塑性斷裂等。①脆性斷裂：材料性質(zhì)不均勻、加工工藝處理不當(dāng)、惡劣環(huán)境等原因引起脆性斷裂。②疲勞斷裂：熱疲勞、機(jī)械疲勞以及復(fù)雜環(huán)境下的疲勞等引起的斷裂。③應(yīng)力腐蝕斷裂：熱應(yīng)力、焊接應(yīng)力、殘余應(yīng)力或其它外加拉應(yīng)力，同時存在與金屬材料相匹配的腐蝕介質(zhì)時產(chǎn)生裂紋，并以顯著速度發(fā)展的一種斷裂。④塑性斷裂：塑性斷裂是由過載斷裂和撞擊斷裂所引起。

3.4 老化性故障

上述綜合因素作用于設(shè)備，使其性能老化所引起的故障。

4 設(shè)備故障現(xiàn)象、機(jī)理與原因

故障現(xiàn)象可為分析故障的原因、機(jī)理提供可靠的線索，是分析故障原因的客觀依據(jù)。因此，為了搞清故障的原因及其發(fā)生發(fā)展的過程，首先就須采用有效的技術(shù)手段查明故障的特征，并以此為起點逐步探索故障的原因和機(jī)理。

4.1 設(shè)備故障現(xiàn)象

設(shè)備故障的發(fā)生發(fā)展過程都有其客觀規(guī)律，都是因為出現(xiàn)了誘發(fā)故障的原因，在故障機(jī)理作用下，發(fā)展成為故障現(xiàn)象。故障現(xiàn)象是故障過程的結(jié)果，故障現(xiàn)象的表現(xiàn)形式即故障模式，每一項故障現(xiàn)象都有其故障模式，可以通過人的感官或測量儀器等觀測到。常見的故障模式有：磨損、變形、斷裂、腐蝕，松動、堵塞、異常振動、異常聲響、異常溫度、油脂變質(zhì)、電氣短路、電氣斷路、通訊中斷、絕緣老化、材質(zhì)劣化等等。

從表1可以看出，回轉(zhuǎn)設(shè)備的主要故障模式依次是異常振動、磨損、異常聲響、裂紋、疲勞，而靜止設(shè)備的主要故障模式依次是腐蝕、裂紋、滲漏、磨損、材質(zhì)劣化。不同類型設(shè)備的故障模式有著明顯的區(qū)別。

表1 不同類型設(shè)備的故障模式比重 %

4.2 設(shè)備故障機(jī)理

故障機(jī)理是指誘發(fā)設(shè)備零部件或系統(tǒng)發(fā)生物理、化學(xué)、電學(xué)、機(jī)械學(xué)作用的過程。當(dāng)引起設(shè)備與系統(tǒng)的故障誘因（如動作應(yīng)力、環(huán)境應(yīng)力、人為失誤以及時間因素等）出現(xiàn)后，作用于設(shè)備零部件或系統(tǒng)，使設(shè)備零部件內(nèi)部狀態(tài)（強(qiáng)度、內(nèi)部應(yīng)力、內(nèi)部缺陷等）或系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（功能、安全系數(shù)、使用條件等）的能量積累超過某一界限時，設(shè)備零部件或系統(tǒng)結(jié)構(gòu)就會發(fā)生故障。

4.3 設(shè)備故障原因

開展故障原因分析時，對故障原因種類的劃分應(yīng)有統(tǒng)一的原則，明確各種故障原因包含的內(nèi)容，鑒定設(shè)備故障時，按照規(guī)定不難發(fā)現(xiàn)故障的主要原因或問題。設(shè)備故障原因如表2所示。

表2 設(shè)備故障原因

綜合分析，產(chǎn)生故障的主要原因大體是設(shè)計錯誤、材料缺陷、制造缺陷和運維缺陷，其中運維缺陷包括使用缺陷和維修缺陷兩個方面。設(shè)備故障不一定是一種原因造成的，但必有一種原因起主導(dǎo)作用，其它原因起媒介作用，是多種原因綜合影響的結(jié)果。判斷何種原因?qū)收系漠a(chǎn)生起主導(dǎo)作用，是故障分析的重點。因此，分析故障原因時需確定起主導(dǎo)作用的原因。

4.4 故障現(xiàn)象、機(jī)理、原因的關(guān)系

設(shè)備故障現(xiàn)象、機(jī)理和原因三者之間有著密切關(guān)系，可以概括為：當(dāng)故障原因出現(xiàn)后，誘發(fā)故障機(jī)理發(fā)生作用，進(jìn)而演變成故障現(xiàn)象，表現(xiàn)為故障模式。掌握了故障現(xiàn)象，追溯故障機(jī)理，溯源故障原因，這個過程是十分復(fù)雜的，無固定規(guī)律可循，只能靠技術(shù)經(jīng)驗進(jìn)行分析判斷。因為，故障現(xiàn)象相同，故障機(jī)理和原因不一定相同，同一故障原因可能引起兩種以上的故障機(jī)理和故障現(xiàn)象，

5 設(shè)備故障的統(tǒng)計分析

在設(shè)備故障管理中，是通過對每一項具體的設(shè)備故障進(jìn)行分析，查明發(fā)生的原因和機(jī)理。在進(jìn)行統(tǒng)計分析前，需要對企業(yè)的全部設(shè)備及其裝置（系統(tǒng)）、部位、零部件名稱以及故障現(xiàn)象、故障原因等采用規(guī)范的、統(tǒng)一的、科學(xué)的專業(yè)術(shù)語和技術(shù)邏輯關(guān)系進(jìn)行定義。

5.1 設(shè)備故障信息收集

設(shè)備故障信息是指設(shè)備故障的發(fā)生發(fā)展直到排除全過程的信息。主要包括：故障發(fā)生現(xiàn)象、原因、發(fā)生故障的部位，診斷結(jié)果和排除措施，更換和修復(fù)磨損件的名稱、數(shù)量以及排除故障時間等。信息收集時應(yīng)注意以下幾個方面：一是收集點巡檢記錄、檢修記錄、設(shè)備運行記錄等書面資料；二是收集故障現(xiàn)場狀態(tài)，包括故障發(fā)生時的負(fù)載、環(huán)境、運行參數(shù)、儀表記錄、故障現(xiàn)象等數(shù)據(jù)資料；三是收集故障位置的歷史記錄。收集故障信息要及時、準(zhǔn)確、全面、真實。

5.2 設(shè)備故障統(tǒng)計方法

依據(jù)設(shè)備故障信息資料，實現(xiàn)分區(qū)域、分設(shè)備類型、同類設(shè)備分裝置、部位或零部件進(jìn)行統(tǒng)計。①設(shè)計能夠進(jìn)行統(tǒng)計分析的Excel電子表格（設(shè)備管理信息系統(tǒng)的故障管理子系統(tǒng)，可以實現(xiàn)設(shè)備故障信息輸入、故障統(tǒng)計分析輸出的功能。），格式根據(jù)統(tǒng)計分析的項目和內(nèi)容而定。②統(tǒng)計時，做到故障定位要準(zhǔn)確、同一故障現(xiàn)象或故障原因表述要一致、實際工作表達(dá)要確切、時間格式相統(tǒng)一、故障報表符合故障分析要求等。③從維修區(qū)到公司逐級統(tǒng)計，最后統(tǒng)計出本企業(yè)故障較多區(qū)域及設(shè)備類型，同類設(shè)備故障裝置、部位或零部件，同一部位或零部件較多的故障現(xiàn)象；發(fā)生故障停機(jī)時間較長或故障次數(shù)較多的設(shè)備類型及其裝置、部位或零部件以及所有故障檢修更換零部件的種類及數(shù)量等數(shù)據(jù)信息。

5.3 設(shè)備故障分析方法

設(shè)備故障分析首先進(jìn)行故障調(diào)查和鑒定，擬定故障原因研究方向，制訂詳細(xì)的故障原因分析計劃，開展故障原因研究，總結(jié)驗證研究結(jié)論并固化研究成果。常用的故障分析方法有統(tǒng)計分析法、分步分析法、主次圖分析法、FTA分析法、MTBF分析法等等，當(dāng)一種方法不能分析清楚時，幾種分析方法可以并用。在輪胎制造企業(yè)，通常采用統(tǒng)計分析法。

統(tǒng)計分析法是通過統(tǒng)計同類設(shè)備零部件因技術(shù)原因（如腐蝕、強(qiáng)度等）所發(fā)生的故障，占該類設(shè)備各故障的百分比，然后分析設(shè)備故障發(fā)生的原因所在。通過統(tǒng)計，總結(jié)出全部設(shè)備的故障現(xiàn)象，由高到低、由多到少的開展故障機(jī)理研究，查出引起故障現(xiàn)象的原因。同理，按照故障機(jī)理，建立不同故障現(xiàn)象的統(tǒng)計分析模型。

6 設(shè)備故障分析結(jié)果的應(yīng)用

不同的故障統(tǒng)計分析方法，其側(cè)重點不同，分析出來的結(jié)論也不一樣。根據(jù)企業(yè)的管理需求，可采用不同的分析方法，能夠統(tǒng)計分析出預(yù)期結(jié)果。通過統(tǒng)計分析，能夠分析出來：一是故障停機(jī)次數(shù)較多、故障停機(jī)時間較長、故障現(xiàn)象種類較多的設(shè)備類型及其部位或零配件；二是故障間隔期較短的設(shè)備部位或零配件；三是發(fā)生故障原因較多的設(shè)備部位或零配件；四是處理故障消耗的零配件種類、規(guī)格型號、參數(shù)及其費用等；五是故障頻次較多、故障停機(jī)時間較長的維修區(qū)等。上述的統(tǒng)計分析，為進(jìn)一步采取管理、設(shè)備技術(shù)改造或大修等活動提供有力的數(shù)據(jù)支持，為科學(xué)決策奠定基礎(chǔ)。設(shè)備故障分析及糾正預(yù)防措施如表3所示。

表3 設(shè)備故障分析結(jié)果的應(yīng)用

7 結(jié)束語

通過設(shè)備故障的統(tǒng)計分析，能夠找到設(shè)備管理中存在的問題和不足。結(jié)合設(shè)備故障原因，從管理、技術(shù)等方面進(jìn)行綜合提升，實現(xiàn)以最合理的設(shè)備投入，獲取最優(yōu)的設(shè)備綜合效益。