基于Machinery FMEA的設(shè)備備件策略

蘇趙，殷海庭，崔紅根

（上海汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，上海市汽車動力總成重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201804）

1 概述

設(shè)備管理是一項(xiàng)極其重要的企業(yè)管理工作，被現(xiàn)代企業(yè)管理學(xué)稱之為“命脈管理”。從某種意義上說，設(shè)備管理的好壞直接關(guān)系到企業(yè)能否持續(xù)、穩(wěn)定和協(xié)調(diào)的發(fā)展。目前，我國許多大型國有企業(yè)在設(shè)備管理方面普遍存在的問題是備件庫存及維修費(fèi)用居高不下，據(jù)統(tǒng)計(jì)很多大型企業(yè)設(shè)備維修費(fèi)占企業(yè)生產(chǎn)成本的8%以上，而備件費(fèi)用又占維修費(fèi)的70～80%，可見備件管理是設(shè)備管理的一個重要內(nèi)容，是設(shè)備維修資源管理的主要內(nèi)容。維修備件作為企業(yè)庫存管理的重要組成部分，是企業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)，合理的備件管理不僅能夠提高設(shè)備的穩(wěn)定性，還能有效減少資金浪費(fèi)。庫存管理，作為企業(yè)生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，不僅能夠保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，還能提高企業(yè)的服務(wù)水平。只有科學(xué)合理地儲備與供應(yīng)備件，才能使設(shè)備的維修任務(wù)完成得既經(jīng)濟(jì)，又能保證進(jìn)度。

本文基于Machinery FMEA的理念，對每臺重點(diǎn)設(shè)備進(jìn)行FMEA分析，識別出各個零件的風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先數(shù)RPN，本文回答應(yīng)優(yōu)先準(zhǔn)備哪個零件的備件問題，有針對性地購買備件，在節(jié)約企業(yè)備件庫存成本的同時，也能最大程度去保證設(shè)備維修的正常進(jìn)行。本文主要回答此零件是否需要備件的問題，確定備件的數(shù)量則可依據(jù)其他的研究結(jié)果來開展工作。

2 設(shè)備備件策略

根據(jù)備件的使用性質(zhì)，設(shè)備備件可分為周期性備件和策略性備件。周期性備件是根據(jù)設(shè)備用戶手冊，對保養(yǎng)的要求而定期更換的備件，此類備件的庫存數(shù)量只需要依據(jù)用戶手冊或者用戶的使用經(jīng)驗(yàn)即可確定；策略性備件的數(shù)量受設(shè)備狀態(tài)、使用時間、零件可靠性等因素的影響，較難確定。

備品備件庫存管理對于設(shè)備維修起著舉足輕重的作用，如何在保證設(shè)備正常運(yùn)行的同時，做到最優(yōu)的庫存成本，始終是設(shè)備維修的難題。

（1）通過分析庫存方式的演變，提出了備件庫存3要素，并研究了備件庫存模式的不同表現(xiàn)形式。從庫存模式、供應(yīng)模式、庫存訂購模型等多方面研究了備件庫存的控制策略，提出了實(shí)施先進(jìn)備件庫存模式的策略。

（2）通過分析備件的重要性、使用壽命、采購周期等，根據(jù)設(shè)備運(yùn)行的不同階段的情況制定庫存量。

（3）通過確定備件的權(quán)重得分降序排列，確定分值處于前20%的備件為關(guān)鍵備件，基于備件連續(xù)運(yùn)行時間最大化和單位購置成本最小化的備件儲備模型，確定備件的最佳儲備量。

（4）對機(jī)器維修保養(yǎng)所需備件的訂貨策略進(jìn)行了研究，基于備件的可得性和消耗率，將備件分為4類：關(guān)鍵備件、重要備件、一般備件和特殊備件，針對不同的備件，給出不同的訂貨策略。

（5）通過制定維修策略，甄別出定期更換的常用備件和不需要保留庫存的備件，研究了需求不確定、對服務(wù)和庫存影響極大的關(guān)鍵備件，探討了4種不同的需求預(yù)測方法及其適用范圍和各自的使用局限性，并確定不同類型備件的采購策略。

（6）備件庫存重要的指標(biāo)是庫存數(shù)量，對于一項(xiàng)價(jià)值較高的零件，其備件會對企業(yè)形成重大的運(yùn)行成本，此時決定一項(xiàng)備件是否需要準(zhǔn)備就需要科學(xué)的方法指導(dǎo)，以便使備件庫存達(dá)到最優(yōu)。

通過以上內(nèi)容，在備件的數(shù)量、庫存方式等方面的庫存策略做了大量研究。本文結(jié)合以上的研究結(jié)果，針對企業(yè)現(xiàn)狀，利用設(shè)備本身的特性，研究零件的特性，分析大量的現(xiàn)場故障數(shù)據(jù)，使用Machinery FMEA對設(shè)備進(jìn)行研究，回答一項(xiàng)零件是否需要準(zhǔn)備備件的問題。

3 Machinery FMEA

3.1 FMEA分類

FMEA即Failure Mode and Effects Analysis的失效模式和影響分析，是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，分析產(chǎn)品中每一個潛在的故障模式，確定其對產(chǎn)品所產(chǎn)生的故障影響，并把每一個潛在的故障模式按照它的嚴(yán)酷度分類，根據(jù)故障分析，進(jìn)一步針對故障原因和失效機(jī)理采取預(yù)防和糾正措施，從而提高產(chǎn)品的可靠性。它是可靠性分析的重要定性方法。

針對各行業(yè)的需求，衍生出SFMEA（系統(tǒng)FMEA）、DFEMA（ 設(shè) 計(jì)FMEA）、PFMEA（ 過 程FMEA）、MFMEA（設(shè)備FMEA）。其中，SFMEA主要應(yīng)用于設(shè)計(jì)開發(fā)前期對系統(tǒng)開展的潛在失效模式和后果分析，DFEMA主要應(yīng)用于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段，F(xiàn)MEA主要應(yīng)用于制造過程，MFMEA主要應(yīng)用于設(shè)備或工具后期的維護(hù)維修保養(yǎng)。本文主要涉及設(shè)備后期的維護(hù)維修保養(yǎng)，因此用到的工具是MFMEA。

3.2 Machinery FMEA

Machinery FMEA簡 稱MFMEA（Effects Analysis for Machinery），為設(shè)備失效模式和影響分析，Machinery FMEA是戴姆勒·克萊斯勒、福特和通用汽車公司為提高產(chǎn)品質(zhì)量，基于SAE Standard J1739編寫而成，應(yīng)用于制造設(shè)備，可以提高對人身的安全系數(shù)，可靠性好，保養(yǎng)成本低。

MEFMEA需要基于歷史數(shù)據(jù)（經(jīng)驗(yàn)和過去發(fā)生的問題）和可能發(fā)生的失效來判斷嚴(yán)重度，所以MEFMEA開始前，應(yīng)準(zhǔn)備以下資料：設(shè)備清單、設(shè)備相關(guān)資料、設(shè)備歷史數(shù)據(jù)、設(shè)備維修記錄、關(guān)鍵配件清單、由于設(shè)備原因造成的缺陷記錄、設(shè)備的O.E.E.記錄。

3.3 RPN

RPN（Risk Priority Number）為風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先數(shù)，用于衡量零件的故障風(fēng)險(xiǎn)，RPN=S×O×D（嚴(yán)重度×頻度×探測度），RPN越高，零件的故障風(fēng)險(xiǎn)越高。嚴(yán)重度、頻度、探測度3個重要指標(biāo)有各自的評估準(zhǔn)則，指標(biāo)從1～10，分別代表不同的程度。

（1）嚴(yán)重度（Severity）是對于失效模式發(fā)生時引致后果的嚴(yán)重程度的評估，應(yīng)運(yùn)用一致的評分規(guī)則以保證連續(xù)性，1分的項(xiàng)目不需要進(jìn)一步分析。表1為嚴(yán)重度評估準(zhǔn)則，根據(jù)表格進(jìn)行嚴(yán)重度級別的識別選擇。

（2）頻度（Occurrence）表示某一特定失效原因出現(xiàn)的可能性，著重在其含義而非具體數(shù)值，以類似過程的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行確定，根據(jù)適當(dāng)?shù)倪^程知識資源進(jìn)行主觀評價(jià)，應(yīng)運(yùn)用一致的評分規(guī)則以保證連續(xù)性。表2為頻度評估準(zhǔn)則，根據(jù)表格進(jìn)行頻度評估。

（3）探測度（Detection）是一種評估值，表示對于設(shè)備探測到潛在故障的程度，應(yīng)運(yùn)用一致的評分規(guī)則以保證連續(xù)性。表3為探測度評估準(zhǔn)則，用于判斷探測度。的各個零件進(jìn)行分析，確定各零件的RPN，從而識別出最具風(fēng)險(xiǎn)性的零件。對RPN前3項(xiàng)零件或者前20%的項(xiàng)目采取措施。將研究結(jié)論應(yīng)用于汽車發(fā)動機(jī)臺架試驗(yàn)設(shè)備，對設(shè)備進(jìn)行MFMEA分析，選擇發(fā)動機(jī)冷卻液溫控系統(tǒng)作為分析案例，描述了開展MFMEA的基本方法，為設(shè)備的穩(wěn)定可靠運(yùn)行提供支持。

表1 嚴(yán)重度評估準(zhǔn)則

表2 頻度評估準(zhǔn)則

表3 探測度評估準(zhǔn)則

參考文獻(xiàn)：

[1]趙敏.備件的庫存模式與控制策略研究[D].武漢：華中科技大學(xué)，2004.

[2]黃玉潔.備品備件庫存管理策略[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016，(22).

[3]孫鵬.關(guān)鍵維修備件的庫存管理策略研究[D].吉林：吉林大學(xué)，2013.

[4]王影,施先亮.基于可得性和消耗率的備件訂貨策略研究[J].物流技術(shù),2011,30(1):60-62

[5]孫可斐.基于維修策略的服務(wù)備件庫存控制研究[D].上海：上海交通大學(xué)，2009.

[6]孫立力.FMEA在研發(fā)設(shè)計(jì)過程中的應(yīng)用[J].中國質(zhì)量,2010，(6).

[7]Yonas Mitiku Degu, R. Srinivasa Moorthy. Implementation of Machinery Failure Mode and Effect Analysis in Amhara Pipe Factory P.L.C., Bahir Dar, Ethiopia[J]. American Journal of Engineering Research ,2014,03(01):57-63.