設(shè)備維護(hù)管理體系執(zhí)行交互優(yōu)化研究

周瑩?張永軍

摘 要：企業(yè)高效、安全生產(chǎn)離不開(kāi)設(shè)備的科技性和可靠性，而確保設(shè)備高度可靠性則依賴(lài)于設(shè)備管理和維護(hù)水平。傳統(tǒng)預(yù)防性維修優(yōu)化模型重理論而輕實(shí)踐；然而現(xiàn)代設(shè)備管理應(yīng)是以實(shí)踐應(yīng)用為核心。本文即是以流程型生產(chǎn)企業(yè)為研究對(duì)象，在可靠性理論的指導(dǎo)下，對(duì)設(shè)備維護(hù)管理體系執(zhí)行交互優(yōu)化進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：設(shè)備管理；體系優(yōu)化；交互優(yōu)化；預(yù)防性維護(hù)

1. 引言

設(shè)備管理，根據(jù)企業(yè)運(yùn)營(yíng)、生產(chǎn)目標(biāo)，以設(shè)備為研究對(duì)象，確立最高目標(biāo)為追求設(shè)備壽命周期費(fèi)用最經(jīng)濟(jì)和設(shè)備OEE最高效，基于可靠性理論、維修理論、應(yīng)用系統(tǒng)工程學(xué)、狀態(tài)檢測(cè)、故障診斷技術(shù)及管理學(xué)等理論，通過(guò)一系列技術(shù)、經(jīng)濟(jì)組織措施，對(duì)設(shè)備從規(guī)劃、設(shè)計(jì)、制造、選型、采購(gòu)、安裝、運(yùn)行、管理、維修、保養(yǎng)、改進(jìn)、更新直至報(bào)廢的全壽命周期進(jìn)行管理[1]。維護(hù)優(yōu)化模型即致力于找尋維護(hù)成本和收益之間的最優(yōu)平衡、且同時(shí)兼顧其它限制條件的數(shù)學(xué)模型[2]。

其核心即在于保持和恢復(fù)設(shè)備運(yùn)行可靠性。更兼具設(shè)備及其部件的可靠性狀況，應(yīng)用邏輯決策分析方法制定設(shè)備的維修大綱，確定所必需的維修內(nèi)容及合理的維修類(lèi)型、恰當(dāng)?shù)木S修時(shí)間及維修方法，從而達(dá)到優(yōu)化維修之目的。在該理論指導(dǎo)下開(kāi)展設(shè)備維修工作，既可以提高設(shè)備可靠性亦可降低維修成本，經(jīng)多年生產(chǎn)實(shí)踐檢驗(yàn)，逐漸得到了廣泛認(rèn)可并且被付諸拓展。

下文著重于設(shè)備維護(hù)管理實(shí)踐中，對(duì)設(shè)備維護(hù)各子體系運(yùn)行過(guò)程中自?xún)?yōu)化、各子體系交互優(yōu)化以及設(shè)備維護(hù)管理總體系整合優(yōu)化的研究。

2. 預(yù)防性維修體系執(zhí)行優(yōu)化概念模型

根據(jù)各企業(yè)設(shè)備管理發(fā)展水平、策略、偏重不同，其維護(hù)體系所運(yùn)行的子系統(tǒng)也會(huì)不同； 如圖1所示，W公司的設(shè)備維修管理體系由五大子體系組成，包含：預(yù)防性維修計(jì)劃（Preventative Maintenance Plan， PMP）、故障維修（Breakdown， BD）、故障分析（Breakdown Analysis， BDA）、備品備件管理（Spare Parts Management， SPM）、運(yùn)行管理會(huì)（Operation Management Meeting， OMM）。各子體系如何在執(zhí)行過(guò)程中進(jìn)行自?xún)?yōu)化，又如何進(jìn)行交互優(yōu)化，從而達(dá)到總體系統(tǒng)整合優(yōu)化，是SOOM （Equipment Maintenance Management System Operation Optimizing Method，設(shè)備維護(hù)管理體系執(zhí)行優(yōu)化方法）需要解決的問(wèn)題。

每套系統(tǒng)包含哪些關(guān)鍵設(shè)備、部件信息等來(lái)自設(shè)備主數(shù)據(jù)；設(shè)備故障維修時(shí)間來(lái)自BD子系統(tǒng)之歷史故障信息數(shù)據(jù)庫(kù)；預(yù)防性維修時(shí)間來(lái)自PMP子系統(tǒng)；備件價(jià)值等信息來(lái)自SPM子系統(tǒng)。每一次當(dāng)某設(shè)備故障信息輸入系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)匹配并更新平均維修時(shí)間，再運(yùn)用模型進(jìn)行運(yùn)算然后優(yōu)化設(shè)備預(yù)防性維修計(jì)劃；同理，當(dāng)備件信息、預(yù)防性信息變更時(shí)，系統(tǒng)同樣進(jìn)行模型運(yùn)算，并優(yōu)化預(yù)防性維修計(jì)劃。關(guān)鍵部件信息庫(kù)也是動(dòng)態(tài)的，當(dāng)BDA子系統(tǒng)分析出某部件影響重大應(yīng)被列入關(guān)鍵，則信息輸入系統(tǒng)；系統(tǒng)模型會(huì)觸發(fā)相應(yīng)運(yùn)算，此時(shí)SPM備件子系統(tǒng)做出相應(yīng)反饋，采購(gòu)備件、備件信息反饋給系統(tǒng)；同樣PMP子系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)維護(hù)計(jì)劃；優(yōu)化模型根據(jù)故障、備件、PM等等信息優(yōu)化維修計(jì)劃發(fā)出工單。該方法提供一種系統(tǒng)性、規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化的執(zhí)行優(yōu)化工具，首先，各子系統(tǒng)參考戴明循環(huán)（Plan-Do-Check-Act， P-D-C-A）分別運(yùn)行自?xún)?yōu)化，關(guān)鍵是對(duì)各執(zhí)行點(diǎn)制定出符合廠(chǎng)情、簡(jiǎn)單又明確的優(yōu)化規(guī)定；其次，制定出各子系統(tǒng)交互作用原則，例如運(yùn)行BD時(shí)遇到某情況X即轉(zhuǎn)入BDA系統(tǒng)，遇到某情況Y時(shí)即轉(zhuǎn)入系統(tǒng)PMP等；然后，各執(zhí)行人員只需要按照規(guī)則，運(yùn)行各子體系，執(zhí)行各交互作用，從而形成規(guī)范化的自?xún)?yōu)化和交互優(yōu)化系統(tǒng)；最終，達(dá)到企業(yè)設(shè)備管理體系可持續(xù)優(yōu)化發(fā)展。根據(jù)各企業(yè)設(shè)備管理發(fā)展水平不同，該SOOM方法可衍生為三級(jí)、四級(jí)、五級(jí)、六級(jí)甚至多級(jí)體系執(zhí)行優(yōu)化方法，并可拓展應(yīng)用，與其他運(yùn)作體系交互作用。

如圖1所示，設(shè)備維護(hù)管理體系框圖；BD為故障執(zhí)行系統(tǒng)，BDA為故障分析系統(tǒng)，PMP為保養(yǎng)執(zhí)行系統(tǒng)，SPM為備品備件管理系統(tǒng)，OMM（運(yùn)行早會(huì)）為交流系統(tǒng)，另有隱性的后臺(tái)電子計(jì)算機(jī)支持系統(tǒng)SAP（Systems Applications and Products in Data Processing）、CMMS（Computer Maintenance Management System）等。

3. 預(yù)防性維修優(yōu)化模型應(yīng)用

傳統(tǒng)的預(yù)防性維護(hù)往往采用周期性檢修的方法，其維護(hù)周期T基本比較少更新[3～5]。圖（略），保養(yǎng)計(jì)劃（Preventative Maintenance Plan， PMP）PDCA演示：例，分析過(guò)往故障數(shù)據(jù)得出某設(shè)備A缺乏預(yù)防性保養(yǎng)，分析知該部件故障MTTF （Mean Time To Failure，平均失效前時(shí)間）或MTBF（Mean Time Between Failure，平均故障間隔時(shí)間）為9周（）[6，7]，所以更新預(yù)防性維修計(jì)劃每8周對(duì)其進(jìn)行保養(yǎng)；若保養(yǎng)后產(chǎn)線(xiàn)啟動(dòng)30分鐘內(nèi)未達(dá)理想狀態(tài)，視為一次垂直啟動(dòng)失敗，需要分析制定改進(jìn)措施；定期對(duì)各車(chē)間PM執(zhí)行情況進(jìn)行檢查，包括PM記錄、PM欠缺率、垂直啟動(dòng)率、保養(yǎng)計(jì)劃更新、點(diǎn)巡檢記錄、保養(yǎng)工具、保養(yǎng)的安全、質(zhì)量相關(guān)項(xiàng)等等。得分最低的TOP3項(xiàng)目需要制定改進(jìn)措施。下一周期回顧這些改進(jìn)項(xiàng)執(zhí)行情況及效果，周而復(fù)始再進(jìn)行下一戴明循環(huán)。

圖（略），定期設(shè)備故障BDC分析：運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)化故障代碼BDC（Breakdown Code）進(jìn)行故障登記（BDC專(zhuān)文介紹），當(dāng)任一關(guān)鍵部件故障信息輸入系統(tǒng)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)用參數(shù)優(yōu)化模型，[6，7]運(yùn)算后優(yōu)化預(yù)防性維修計(jì)劃；以登記

表作為源數(shù)據(jù)建立數(shù)據(jù)透視表，利用透視表功能選擇關(guān)鍵字段進(jìn)行報(bào)表篩選，再插入帕累托（PARETO）圖。至此，由圖表很容易發(fā)現(xiàn)設(shè)備多發(fā)、重復(fù)故障、重點(diǎn)故障等，要獲得任意區(qū)域、設(shè)備、部件及某故障的重要訊息非常簡(jiǎn)單。然后，利用FMEA、PM、故障樹(shù)等故障分析方法，找出根本原因；最后，針對(duì)根本原因制定預(yù)防、糾正、改進(jìn)等措施予以解決。下一周期（Period）回顧這些改進(jìn)項(xiàng)執(zhí)行情況及效果，如此周而復(fù)始再進(jìn)行下一戴明循環(huán)。

故障分析系統(tǒng)（Breakdown Analysis， BDA）：BDA亦可為E&T（Education & Training）子系統(tǒng)下一層次之子系統(tǒng)，但鑒于其在這一層次與PMP、BD等系統(tǒng)有較多交叉作用，所以單獨(dú)在這里介紹。故障分析PDCA，一般規(guī)定每Q（Quarter）對(duì)所有維修人員故障分析能力（5WHY、FMEA等）進(jìn)行實(shí)例考核，并追蹤考核中所有改進(jìn)措施執(zhí)行情況及其效果，未通過(guò)者需重新考核；定期（P4W）對(duì)各車(chē)間BDA執(zhí)行情況進(jìn)行檢查，包括BDA完成率、欠缺率、措施跟蹤率、措施完成率、BDA完成質(zhì)量、BDA分享情況等，重點(diǎn)檢查安全、質(zhì)量相關(guān)的BDA。下一周期（Period）回顧這些改進(jìn)項(xiàng)執(zhí)行情況及效果，如此周而復(fù)始再進(jìn)行下一戴明循環(huán)。

圖（略），備品備件訂貨管理演示（Spare Parts Management， SPM）：本示例采用定量訂貨法，依據(jù)過(guò)往消耗數(shù)據(jù)預(yù)先確定一個(gè)訂貸點(diǎn)（Reorder Point， RP），由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)控庫(kù)存水平，當(dāng)庫(kù)存水平降低至訂貸點(diǎn)時(shí)，發(fā)出訂貸通知，執(zhí)行訂貨任務(wù)。庫(kù)存消耗速度不是均等的，有時(shí)因?yàn)樾枨笸蝗患哟螅瑫?huì)動(dòng)用安全庫(kù)存，如果需求持續(xù)增大，經(jīng)常動(dòng)用安全庫(kù)存會(huì)導(dǎo)致庫(kù)存水平的持續(xù)走低，有缺貨風(fēng)險(xiǎn)，此時(shí)需要調(diào)整訂貨點(diǎn)庫(kù)存量或者縮短訂貨前置期。定期（4W）對(duì)技術(shù)倉(cāng)庫(kù)（Technical Warehouse， TW）各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行檢查，包括出入庫(kù)記錄、缺貨率、收貨正確率、發(fā)貨正確率、發(fā)貨及時(shí)率、資審相符率、庫(kù)存損耗率、訂單完成率、TW的安全、質(zhì)量相關(guān)項(xiàng)等等。得分最低的TOP3 項(xiàng)目需要制定改進(jìn)措施。下一周期（Period）回顧這些改進(jìn)項(xiàng)執(zhí)行情況及效果，如此周而復(fù)始再進(jìn)行下一戴明循環(huán)。SPM優(yōu)化運(yùn)算模型作者另文有詳細(xì)介紹。

圖1 維修體系優(yōu)化示意圖

圖文中部分縮寫(xiě)釋義：

BD=Breakdown， BDA=Breakdown Analysis， PMP=Preventive Maintenance Plan， SP=Spare Parts， SPM=Spare Parts Management， OMM=Operation Management Meeting， E&T= Education & Training， EEM= Early Equipment Management， CI=Corrective Improvement， TW=Technical Warehouse， RBD=Repeatability Breakdown， FMECA=Failure Mode， Effects and Criticality Analysis

如圖1所示，工廠(chǎng)維護(hù)管理體系交互優(yōu)化示意圖：BD系統(tǒng)記錄的設(shè)備問(wèn)題，A類(lèi)設(shè)備故障時(shí)間超過(guò)30分鐘、B類(lèi)設(shè)備故障時(shí)間超過(guò)60分鐘、重復(fù)性故障以及涉及安全質(zhì)量的故障Case必須進(jìn)入BDA系統(tǒng)；設(shè)備故障影響OEE（Overall Equipment Effectiveness）必須提交運(yùn)行管理會(huì)OMM（Operation Management Meeting）進(jìn)行討論以制定方案；若因缺乏保養(yǎng)引起需進(jìn)入PMP增加保養(yǎng)計(jì)劃；BD產(chǎn)生緊急備件需求應(yīng)提交SPM系統(tǒng)加急處理。PMP保養(yǎng)計(jì)劃由計(jì)算機(jī)管理，產(chǎn)生的定期備件需求提交SPM，SPM根據(jù)PMP需求預(yù)留備件；保養(yǎng)計(jì)劃、資源、時(shí)間等需求應(yīng)提交OMM，高效的PM執(zhí)行可不斷優(yōu)化BD系統(tǒng)績(jī)效；PMP每P（Period）審核產(chǎn)生的TOP3問(wèn)題需提交 BDA系統(tǒng)進(jìn)行分析改進(jìn)。BDA分析產(chǎn)生的保養(yǎng)需求交予PMP，產(chǎn)生的改善性維修需求交予BD，產(chǎn)生的操作運(yùn)行改進(jìn)需求提交OMM，分析出備件缺乏或質(zhì)量問(wèn)題交予SPM處理。SPM發(fā)現(xiàn)的備件異常消耗等問(wèn)題提交OMM并支持OMM的改進(jìn)要求，響應(yīng)BD系統(tǒng)日常及緊急需求并要求其更新備件技術(shù)信息，支持PMP系統(tǒng)定期需求并發(fā)出訂單（Order），備品技術(shù)問(wèn)題提交BDA。OMM（運(yùn)管會(huì)）為交流系統(tǒng)，商議產(chǎn)生的維修需求交予BD系統(tǒng)，產(chǎn)生和保養(yǎng)需求交予PMP系統(tǒng)，不明因設(shè)備問(wèn)題交予BDA系統(tǒng)，相關(guān)備品備件問(wèn)題要求SPM跟進(jìn)。（文中描述比較簡(jiǎn)略，實(shí)際執(zhí)行過(guò)程中需要根據(jù)廠(chǎng)情制定具體、明確的交互作用原則。）

工廠(chǎng)維護(hù)管理體系交互優(yōu)化，如前文介紹，根據(jù)各企業(yè)設(shè)備管理發(fā)展水平不同，其維修體系所運(yùn)行的子系統(tǒng)或許有多有少，在圖1基礎(chǔ)上還可以再增加E&T（Education & Training）子系統(tǒng)、EEM （EEM= Early Equipment Management）子系統(tǒng)等。實(shí)際中還會(huì)遇到各系統(tǒng)與部門(mén)內(nèi)外、企業(yè)內(nèi)外等其它系統(tǒng)交互作用的情況，此處不再擴(kuò)展。

PS：所有交互作用原則并非一成不變，可以靈活運(yùn)用，根據(jù)企業(yè)自身設(shè)備管理發(fā)展水平、人員能力發(fā)展水平等定義其他交互作用規(guī)范、原則。

4.小結(jié)

本文在經(jīng)典的預(yù)防性維修理論和可靠性數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了一套新的具有一定實(shí)用性基于可靠性理論設(shè)備維修管理體系交互優(yōu)化模型，以某公司設(shè)備管理實(shí)例引入，通過(guò)計(jì)算優(yōu)化可靠性，達(dá)到體系交互優(yōu)化。該模型能夠?qū)崿F(xiàn)針對(duì)故障歷史及其維修方法的維修策略?xún)?yōu)化，避免了原有預(yù)防性維修決策模型不考慮故障特性和維修方法的盲目維修，同時(shí)使設(shè)備的預(yù)防性維修決策具有良好的可操作性，避免過(guò)度維修和欠維修現(xiàn)象，該模型具有很強(qiáng)的實(shí)用性。

參考文獻(xiàn)

[1] 洪孝安、楊申仲等，設(shè)備管理與維修工作手冊(cè)（修訂本）. 中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)設(shè)備維修工程分會(huì)組織編寫(xiě)，長(zhǎng)沙：湖南科學(xué)技術(shù)出版社，2007.12（2）。

[2] R. Dekker. Applications of maintenance optimization models： a review and analysis. Reliability Engineering&System Safety， Volume 01.51，PP.229-240，1996.

[3] Sheu S H， Griffith W S， Nakagawa T. Extended Optimal replacement model with random minimal repair costs [J]. European Journal of Operational Research， 1995， 85（3）： 636-649.

[4] Lai K K， Leung F K N， Tao B， et al. Practices of preventive maintenance and replacement for engines： A case study [J]. European Journal of Operational Research， 2001， 124（2）： 294-306.

[5] Sheu S H， Griffith W S. Extended block replacement policy with shock models and used items. [J]. European Journal of Operational Research， 2002， 140（1）： 50-60.

[6] 金碧輝. 《系統(tǒng)可靠性工程》. 北京：國(guó)防工業(yè)出版社. 2004

[7] 趙宇. 《可靠性數(shù)據(jù)分析》. 北京：國(guó)防工業(yè)出版社. 2011

作者簡(jiǎn)介

周瑩（1982-），女，上海，工程碩士，主要研究方向?yàn)槲锪鞴芾怼?/p>