基于狀態檢修的機械設備可靠性檢測及更換策略

白雪艷，張士磊，白 杰

（1.泰山科技學院，山東 泰安 271000；2.山東碩誠機械有限公司，山東 臨沂 276000；3.山東厚豐汽車散熱器有限公司，山東 泰安 271000）

1 機械設備檢修背景

對于企業來說，進行設備的檢修需要考慮多種問題，如設備的使用壽命、設備的檢修成本費用等，往往設備的檢修費用會高于當前的系統使用費用，為此很多廠商都有所顧慮，這是因為設備若是發生突發故障，就會導致設備停止運行，其經濟損失往往巨大。根據統計數據，目前企業設備故障檢修和停機損失費用可以占到企業產品生產成本的15%～40%，由此可知停機故障對于企業來說影響重大，為此需要做好故障預防措施，確保系統可以在合理的可靠范圍維持正常運作，這樣可以縮減部分損失費用以及檢修費用。因而這種定時檢修被廣泛應用于各行各業，按照設備故障規律制定出合理的檢修計劃，從總體上達到對成本的控制，以此來提高設備在使用期間的可靠性，同時避免停機事故的出現，降低企業損失，確保生產出的產品質量，以此來提升設備生產能力計劃。但是因為單一的定時檢修方式在實際工作生產中存在很多的缺陷，如若是間隔時間太長容易出現檢修過剩，對于狀態良好的設備進行反復檢修，反而縮短設備的有效利用時間，導致其可用度降低；其次就是檢修時間間隔較大，因為檢修不足，導致很多帶有故障的設備裝置按照原定的檢修計劃，仍處于工作狀態，導致故障惡化，嚴重時會發生停機故障，其損失不僅使檢修費用增多還會增加設備生產損失。

2 狀態檢修概述

狀態檢修是設備監測技術的提升以及信息化技術廣泛應用于加工制造領域，其主要是通過監控裝置實時了解設備目前的運行狀態，捕獲相關的參數，將這些參數作為判斷設備是否出現故障的依據，當前先進的監控監測設備、診斷技術以及可靠性評估等都是為了及早地發現設備故障征兆，并預判設備故障部位的嚴重程度以及故障未來發展的趨勢等，按照診斷結果，盡可能在故障發生前或者是設備性能下降前完成主動檢修。

狀態檢修主要結合設備運行測量數據，了解當前設備的運行實際狀態，并根據所測量的現場參數來選擇合適的檢修方案，這是因為設備的故障往往瞬時發生。正常故障的出現需要從征兆逐漸發展到最終功能故障完全異常甚至功能失效，起初因為設備受限無法及時發現征兆，但是隨著征兆表現出來，或者是異常現象被發現或是捕獲到可以將其稱作潛在故障。當從潛在故障發展到最后功能故障可以將其稱作為P-F間隔時期。目前間隔時間越短表現出設備從前在故障發展到功能故障所要經過的時間也比較短，這就需要采用相對先進的技術手段對其進行狀態監測，便于及時做出處理。

3 狀態檢修決策分析

3.1 狀態檢修決策的要素即決策流程

在進行協同檢修過程中需要在動態聯盟的角度將所涉及到的多方主體進行協同工作，其包括設備廠使用廠商、生產商、制造商以及維護商等形成一個設備故障診斷以及設備故障維護的聯盟體系，雖然決策問題有所不同，利益主體對象也有所不同，但是將這些主要決策方如專家、檢修商等對設備故障進行診斷，確定廠商設備的檢修時間，具體見表1。具體的決策流程如圖1所示。

表1 協同檢修決策問題的決策主體

圖1 狀態檢修決策流程

3.2 基于可靠性的設備狀態檢修策略優化

3.2.1 以可靠性為中心的設備檢修

對于加工企業來說設備是產品生產的關鍵，產品是企業占領市場的重要要素，為此設備是企業發展的強有力保障，對于設備進行檢修的目的就是保持設備原有的功能以及生產活動。通常設備在使用期間需要承受一定的負荷和環境因素的影響，難免會出現設備零配件老化、故障以及失效等問題，從經濟性、安全性和生產效率等多個方面考慮，可以通過檢修的方式來恢復這些設備原有的功能，但是隨著近些年設備的復雜程度增大，尤其是一些大型設備的自動化程度提升，導致設備的生產成本顯著增大，為此在保證企業生產效率和生產品質的基礎上，受到環境影響也愈發增大。檢修作為保證生產設備持續運行的更關鍵途徑，可以提升設備應用的可靠性和安全性，延長設備的使用周期。

將設備在現實應用的可靠性作為中心檢修的判斷依據，中心檢修是根據設備當前的可靠性狀態，來判斷出設備在檢修中所需要消耗的最小資源，并通過邏輯判斷分析方式確定設備故障檢修的內容、類型以及間隔時間和檢修的級別等，將這些內容一一羅列出來，形成檢修大綱。基于不同的角度為企業提供合適的設備故障檢修方案。設備可靠性作為中心檢修也是系統化考慮設備功能和功能失效的重要途徑，基于優先權充分考慮設備檢修的經濟性和安全性來確定最終檢修的可行性方案和任務，其本質是以經濟性作為出發點，綜合設備故障類型以及故障模式，提出有效的檢修方案。

3.2.2 檢修策略優化

在本文中所提到的檢修策略是需要根據檢修目標即設備，以及維護對象失效模式來確定設備故障的檢修方案，目前檢修策略主要解決的問題就是設備的故障問題、采用什么樣的檢修方案，當采用這樣的檢修方案以后設備系統架構將有何種變化。從20世紀60年代起就有學者對檢修策略優化問題展開討論，這也是工業領域重要的研究方向之一，這是因為設備故障檢修可以提升設備的應用可靠性，但需要支付一定的檢修費用，根據故障類型的不同所需要的檢修費用也存在差異，但是相對來說檢修費用會因為檢修次數的增多而增加。同時，設備系統的可用度也會因此受到影響，其表現為隨著檢修次數的增多相應可用度也有所下降，因而檢修策略優化的目的主要是平衡設備的可用度和設備的檢修費用，確保對設備進行檢修的時間是設備檢修成本最低的階段。

在企業生產中可以從生產角度、安全角度等方面將設備按照重要程度依次劃分為一類設備，這些設備目前在企業使用數量占比較小，但是該設備占據著企業設備的多數資金，對于企業生產有著較大的影響力。在本文中主要是對于這類設備進行狀態檢修，在狀態檢修前需要考慮狀態檢修策略優化的問題。狀態檢修主要是根據多數故障不會瞬時發生的規律，從故障出現征兆→征兆被發現→故障發生，一個過程需要經歷一段的時間，具體過程如圖2所示。在設備或者是設備局部出現故障前都會有征兆。開展狀態檢修的目的就是為了了解從征兆到故障發生的趨勢，若是持續蔓延的現象，就需要在故障發生前綜合設備的可用度選擇合適的時間節點對其進行停機檢修，避免后續有更大的設備問題出現。

圖2 P-F曲線與P-F間隔

當設備出現故障后，或者是從某一個故障征兆來臨發展到功能故障時，在這期間若是可以較早地監測出故障征兆點所在的位置P，在P點前，雖然已有故障征兆顯現出來，但是由于技術限制無法及時將其監測到，只有在P點所在的位置才可以通過設備或者是技術手段對其進行監測，判斷故障征兆的特征。狀態檢測主要是監測在發現故障征兆點P到設備受到故障影響，系統發生的變化，這樣便于及時采取合適的檢修措施來進行故障排除，同時也可以有效地遏制故障影響規模化。最早可以監測到故障征兆所在的位置P點和功能故障所在的點F間經過的時間，通常會將其稱作為P-F間隔期間，也屬于故障在不斷擴大和發展的時間。對于企業來說相對于更換設備更希望可以延長現有設備的使用時間，為此會選擇檢修。對于檢修人員需要根據監測結果選擇合理的檢修時間，針對設備的故障類型選擇合適的檢修方案，盡可能保障設備在可靠度的前提下使用的經濟性。

4 檢測更換策略

4.1 按照安全原則進行檢修

設備發生故障后嚴重影響到運行安全，為此需要適當地縮短裝備檢修的時間，以此來增強設備機械故障的檢修頻度，這樣可以保證設備在安全的狀態下運行，設備的故障率維持在相對低的水平下，以此來滿足設備安全運行的原則。

對于機械設備來說需要在隱患周期內對其可用度進行估計，目前機械設備的平均可用度與安全隱患檢查周期呈現出函數關系，該函數具有反比特性，因而需要單位的實際需求在設備運行期間滿足可用度，并且確定合適的檢修周期。

4.2 按照經濟效益確定設備的檢修周期

為了確保設備在發生故障后不會影響到具體的運行安全，可以從經濟效益的角度來確定設備的檢修周期，檢修周期的確定需要遵循合理性，若是太長會導致設備從安全期進入到故障期，耗費大量的時間又要增加檢修費用，對于企業來說不符合經濟效益的要求。因而需要借助檢修系統來確定各參數間的實際關系，優化傳統的函數關系，這樣可以選擇出最合適的檢修周期，確保機械設備處于安全穩定的運行狀態，同時檢修費用也不會有所浪費，但是需要注意成本費用的控制。

5 結束語

目前因市場的變化，各行各業的應用設備在不斷增加，設備向著精密化、智能化方向發展，導致設備的復雜度也因此增大，對于檢修人員來說檢修難度提升，為了有效控制設備停機為企業帶來的損失，采用新的檢修方式，深入對設備檢修方式、設備故障決策和設備檢修費用等多方面問題的思考，依據設備的可靠度，制定合適的檢修策略，因而在本文基于多種檢修方式，采用協同決策，對狀態檢修策略進行優化，同時又對設備檢測更換策略進行分析。

（1）基于設備的可靠性、經濟性以及監測性等方面需要了解設備的重要影響因素，可以采用層次分析法或者蒙特克羅模擬方法了解設備的重要度，然后基于設備重要度提出符合邏輯要求的判斷規則，展開對設備故障檢修方式的分析。

（2）在分析中需要明確設備故障檢修決策的主體、決策解決的問題以及決策流程，基于決策中心網絡協同檢修決策模型，解決故障決策存在的問題，并通過網絡協同的方式來提出設備故障檢修決策流程，實現對狀態檢修時機的優化，以設備檢修成本最小為目標，以可靠度作為決策約束提供設備故障狀態檢修策略優化方案。