基于臨界分析的維修策略

基于臨界分析的維修策略

基于臨界分析的維修（CR Iticality-analysis-based Maintenance，CR IM）策略是一種優化的系統維修規劃方法，它綜合考慮了環境及流程條件，以確定關鍵設備及適當的預防性維修計劃。這種維修策略可以在進行生命周期成本分析之前，利用臨界方法對工作設備完成快速評估。CR IM通過應用臨界分析（criticality analysis，CA）、生命周期成本分析（life-cycle cost analysis，LCCA）和生命周期評估，讓工廠設備維修實現最佳成本效益。

基于臨界分析的維修（CRIM）

CR IM流程（圖1）從CA起步，CA在任何維修和可靠性方法中都是一個關鍵過程。它提供了決定設備價值的依據，以及對人身安全、環境和生產過程產生影響的基礎，也決定了設備所需維修策略實施的優先等級。CR IM流程的第二步是LCCA，用以明確對關鍵設備應用特定維修程序的價值收益。

圖1 基于臨界分析的維修流程圖

臨界分析（CA）

臨界狀態是對故障后果的相對衡量。臨界評估包括對事件和故障的定量分析，以及對故障后果嚴重程度的等級排序。換句話說，臨界分析方法僅對故障后果進行評估，而故障率則被歸屬于LCCA范疇。

在臨界分析開始之前，ABB公司的服務商要求客戶提供一份所有需要臨界分析的設備地點列表。在臨界分析團隊會議中，服務商會對每個列表地點提出了一系列的問題，并參考這些問題的答案，為每個列表因素選擇相應的校準臨界水平（這些因素都在之前的維修過程中與專家討論確認過）。設備臨界水平的自動生成是基于諸多因素綜合分析的結果，參照了每個資產的停機時間、響應時間、生產力、質量、環境、安全及設備故障造成的能量損失和最終繼發效應等。最后，生成臨界分析報告。

生命周期成本分析（LCCA）

生命周期成本分析是一種涵蓋各種分析的綜合活動，以計算系統或設備壽命的成本與概率為目標，包括研發、建設、運行、維修和處置過程（圖2）。

從圖2可見，LC C A從問題定義流程開始，沿順時針不斷循環發展，直到完全符合第一流程中所要求的條件標準為止。而在C R IM中的問題則是如何計算并確定單位時間內主動維修策略以及基于時間和狀態的維修策略的最小平均維修成本。

文中所述LC C A理念因僅僅考慮了選定設備維修策略的成本，其唯一要考慮的資本成本就是C BM所要求的具體設備成本，該資本成本與被動維修策略無關。而其操作成本則被分為每年固定成本和因被動或預防性維修產生的成本，其中每年固定成本僅包括狀態監控產生的成本。

LC C A的關鍵是如何判別造成生產損失的原因究竟是因設備故障所致，還是因預防性維修造成的。主動維修或預防性維修以維修需求的預測為基礎，不包括診斷過程。當然，如果過程設計規劃的很好，與被動維修相比，生產停機時間將會大大減少。同樣，任何必需的材料也可以在故障發生前準備好，方便需要的時候使用。一定時期內的平均維修成本是各種維修成本的總和，其各部分比重由特定維修類型的頻率決定，而頻率及維修總數量由選擇的維修策略決定。頻率是由合并了維修對象操作條件的生命周期模型估算出來的。對于關鍵設備的具體分析，需要在固定的位置上評估包括溫度條件、清潔程度、加載情況等。

圖2 LCCA概念圖

LC C A的下一個步驟就是利用壽命和成本模型為每一個維修策略規劃LC C模型。在1個現實的T BM例子中，當組件達到預防性更換年齡或失效時間時，就會被更換。該組件的最佳更換時間為2.8年，生命周期成本為每年31萬美元（圖3）。

圖3 LCC與設備壽命關系圖

LCCA同樣適用于通過對所選不同地點的相應生命周期成本的測算達到對組件的定位優化。輸入的參數變化對結果的影響可通過敏感性和不確定性分析檢查出來，輸入的參數不同在一定范圍內可以顯示出其對主要因素和成本測算的影響。

CRIM策略圖表

對試點客戶站點兩條生產線設備共計698個部件進行為期兩天的臨界分析。校準和前期準備用了半天時間。前100個部件的評估花掉了半天時間，之后，評估速度提升至每小時50～100個部件。最后，通過對特定關鍵部件的臨界分析得出LCCA和最終成本評估列表。CR IM維修策略圖如圖4所示。

圖4 基于臨界分析的維修策略圖

圖5 是對某個對象（變速箱）全生命周期成本（LCC）計算結果的歸納其中虛線表示不同LCCA估算的不確定性。在這個案例中，存在一個基于時間的維修（TBM）策略和相應基于狀態的維修（CBM）策略相互競爭的最佳間隔期；此外還表明，在非任何最小定期維修間歇期間，TBM不會發生而且其費用要比被動性維修昂貴得多。敏感性分析通常用于計算每一個參數值中細微的改變對LCC結果產生的積極或消極的影響。

圖5 LCC計算結果

通過對基于C A工具生成的備件清單LC C A結果的分析，可進一步優化備件位置。對比分析兩個不同備件位置的LC C可知：在某些情況下，只要將備件位置更靠近設備或增加備件的可用性，LC C就會大大降低。

此外，備件的位置改變也可能直接影響C A工具計算出來的臨界值，如表1所示設備從最高值5到普通值2的不同影響。

表1 不同位置不同臨界值的影響

由表1可以看出，備件成本僅占LC C的小部分。

CR IM策略解決方案

面對工廠成千上萬的設備，如何找出這海量設備組件預測、預防和故障檢修維護等策略的最優化組合，一直是眾多企業管理者亟待解決的難題。而要完美解決這一難題，CR IM還有很長的路要走。

在某試點現場，借助為關鍵閥門和軸承選擇恰當的CBM策略和應用良好的狀態監控方法，LCC每年節省62萬美元。該試點研究的結果表明：CR IM分析適用于工程設計階段或工廠驗收測試部分。此外，CR IM需要多個領域專業知識的支持也應引起重視。

（供稿：中國設備管理協會國際合作交流中心）