基于RCM 技術(shù)的煤礦機(jī)電設(shè)備維修

關(guān)生德

（國(guó)家能源集團(tuán)新疆能源有限責(zé)任公司，新疆烏魯木齊 830000）

0 引言

隨著采礦機(jī)械和設(shè)備現(xiàn)代化程度的不斷提高，對(duì)故障診斷、維護(hù)支持以及機(jī)器和設(shè)備運(yùn)行后的標(biāo)準(zhǔn)化提出了更高的要求。實(shí)踐應(yīng)用表明，礦山機(jī)械設(shè)備行業(yè)使用的RCM（Reliability Entered Maintenance，以可靠性為中心的維修）方法應(yīng)從設(shè)計(jì)變更、過(guò)程管理、系統(tǒng)集成和維修計(jì)劃設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行。礦業(yè)公司引入RCM 維修方法可以減少維修設(shè)備故障次數(shù)，提高整體可靠性和采礦機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行效率、運(yùn)行安全性，同時(shí)確保對(duì)設(shè)備進(jìn)行最低限度的必要維護(hù)，有助于提高設(shè)備的耐久性。

1 RCM 技術(shù)概述

RCM 是美國(guó)在研究設(shè)備的故障曲線和診斷技術(shù)后提出的，一種基于不同設(shè)備在不同時(shí)間段的故障規(guī)則的維修系統(tǒng)。其目標(biāo)是以最低的資源利用率實(shí)現(xiàn)最高的設(shè)備可用性，維護(hù)方法的主要依據(jù)是設(shè)備在運(yùn)行期間的實(shí)際狀態(tài)，提倡對(duì)設(shè)備異常情況實(shí)現(xiàn)“早期發(fā)現(xiàn)、早期診斷和盡快治療”。RCM 在設(shè)備上執(zhí)行大量工作，如定性分析、定量計(jì)算、邏輯決策、實(shí)際行動(dòng)和反饋優(yōu)化等。理想情況下，現(xiàn)代煤礦機(jī)電設(shè)備通過(guò)計(jì)算機(jī)、傳感器、控制系統(tǒng)、電子液壓系統(tǒng)有機(jī)地利用集成外部伺服等，使機(jī)電設(shè)備具有顯著的運(yùn)行質(zhì)量、工作效率、運(yùn)行性能、環(huán)保和自動(dòng)化水平。通過(guò)煤炭行業(yè)機(jī)電設(shè)備不斷的更新?lián)Q代，特別是通過(guò)自動(dòng)化的應(yīng)用機(jī)電設(shè)備的施工變得更加復(fù)雜，導(dǎo)致機(jī)電設(shè)備故障和損失的頻率增加。擬議的基于RCM 技術(shù)的煤礦機(jī)電設(shè)備維護(hù)分析系統(tǒng)，采用先進(jìn)的診斷方法和手段，并考慮機(jī)電設(shè)備的可靠性和成本效益，以保證煤礦的正常生產(chǎn)。

2 基于RCM 技術(shù)的煤礦機(jī)電設(shè)備維修

在確保設(shè)備可靠性和安全性的前提下，RCM 可以針對(duì)不同的設(shè)備特性制定不同的維護(hù)計(jì)劃和系統(tǒng)，通過(guò)邏輯評(píng)估方法選擇適當(dāng)?shù)木S護(hù)程序，最大限度地利用維護(hù)資源。具體過(guò)程是：首先，了解構(gòu)成整個(gè)系統(tǒng)的不同組件以及這些組件故障可能導(dǎo)致的問(wèn)題；其次，通過(guò)科學(xué)的邏輯評(píng)估方法進(jìn)行分析，針對(duì)每個(gè)單獨(dú)部件的故障所造成的問(wèn)題，制定不同和適當(dāng)?shù)木S修計(jì)劃和方法；然后，為了確保整個(gè)設(shè)備的安全性和可靠性，作為維護(hù)的先決條件，收集和整理故障設(shè)備的故障信息；最后，進(jìn)行建模、分析和評(píng)估，損耗最小化的主要目的是不斷優(yōu)化和調(diào)整維護(hù)方式方法（圖1）。

圖1 RCM 維修分析流程

2.1 維修分析

在RCM 理論中，維修周期是一個(gè)非常重要的指標(biāo)，用于確定維修設(shè)備使用的計(jì)劃。如果維修周期的參數(shù)選擇時(shí)間較長(zhǎng)，設(shè)備的故障率會(huì)增加，即一些可忽略的故障如果算作設(shè)備故障，則不利于設(shè)備的正常運(yùn)行；維護(hù)時(shí)間太短則會(huì)導(dǎo)致維修時(shí)間延遲，導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)重大問(wèn)題后才需要維修的錯(cuò)覺(jué)，從而間接增加維修成本。因此，選擇合理的維修周期尤為重要。

隨著維護(hù)周期的增加，維護(hù)成本逐漸降低，但由于機(jī)械和電氣設(shè)備故障造成的損失也在增加。總維護(hù)成本可被視為維護(hù)成本和因機(jī)械和電氣設(shè)備故障造成的損失之和，因此在對(duì)機(jī)電設(shè)備進(jìn)行維護(hù)分析時(shí)，為實(shí)現(xiàn)總維護(hù)成本的最佳值，有必要選擇適當(dāng)?shù)木S護(hù)周期。

RCM 應(yīng)根據(jù)不同的維護(hù)特點(diǎn)選擇適當(dāng)?shù)脑u(píng)級(jí)指數(shù)，評(píng)級(jí)指數(shù)的解釋和分析如下：

（1）平均無(wú)故障時(shí)間。平均無(wú)故障時(shí)間是機(jī)電設(shè)備的壽命，是可修機(jī)電設(shè)備可靠性評(píng)估指標(biāo)中最重要的基本參數(shù)。其重要性是指在規(guī)定的時(shí)間和條件下，機(jī)電設(shè)備的總壽命與設(shè)備故障總數(shù)之間的關(guān)系。

（2）平均失效時(shí)間。平均停機(jī)時(shí)間是不可修復(fù)設(shè)備可靠性評(píng)估的基本指標(biāo)，是指機(jī)電設(shè)備的總壽命與特定條件下設(shè)備的總停機(jī)次數(shù)之間的關(guān)系。

（3）平均維護(hù)時(shí)間。平均維修時(shí)間是可修設(shè)備可靠性評(píng)估的基本指標(biāo)。其重要性與機(jī)電設(shè)備故障的單位修理時(shí)間與設(shè)備故障總數(shù)之間的比率有關(guān)。

（4）可靠性。假設(shè)t 是設(shè)備預(yù)先需要的工作時(shí)間，T 是設(shè)備實(shí)際運(yùn)行時(shí)間，可靠性可以表示為：R（t）≥P（T＞t）。其中，R（t）=［1，F(xiàn)（t）］，F(xiàn)（t）=P（T≤t）是裝置外殼的概率分布函數(shù)。

檢查設(shè)備評(píng)估內(nèi)容和時(shí)間的方法是指維護(hù)方法，可以根據(jù)特定的方法對(duì)設(shè)備進(jìn)行分類(lèi)，并制定設(shè)備的初始維護(hù)計(jì)劃。具體的維護(hù)方法可分為3 類(lèi)，分別是定期維護(hù)、情景維護(hù)和事后維護(hù)。應(yīng)根據(jù)設(shè)備類(lèi)型，結(jié)合不同的維護(hù)方法，選擇設(shè)備故障類(lèi)型和單元生產(chǎn)的不同要求，充分考慮設(shè)備的成本效益和可靠性等因素對(duì)設(shè)備部件的不同可靠性和每個(gè)部件的不同損壞程度的影響，選擇合適的維護(hù)方法。

2.2 實(shí)施RCM 的決策管理

RCM 中最重要的步驟是執(zhí)行錯(cuò)誤模式和影響分析。該分析可根據(jù)“結(jié)構(gòu)樹(shù)”的結(jié)構(gòu)列出不同級(jí)別的故障模式，并將重點(diǎn)放在軀干位置的部件和子系統(tǒng)上，以確定任何故障后果和影響的可能原因。這些影響主要包括對(duì)子系統(tǒng)和組件性能的影響、對(duì)人身安全的影響、對(duì)環(huán)境的影響和對(duì)性能的影響。故障模式和影響分析確定故障模式，包括故障部件的名稱(chēng)、故障原因和對(duì)設(shè)備系統(tǒng)的影響，然后根據(jù)部件的參數(shù)確定發(fā)生錯(cuò)誤的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，根據(jù)維護(hù)目的和成本，最終確定預(yù)防性維護(hù)的選擇。分析還應(yīng)分類(lèi)列出的故障類(lèi)型：統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的分析和計(jì)算應(yīng)確定每個(gè)部件的故障頻率和頻率，確定故障率高的部件，并進(jìn)一步優(yōu)化邏輯模型。為了提高維護(hù)效率，不可能在每項(xiàng)工作的預(yù)防性維護(hù)間隔內(nèi)完成維護(hù)，應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)木S護(hù)組合。組合應(yīng)基于指定的間隔，規(guī)定的間隔時(shí)間使維修工作相對(duì)集中，這樣可以最大限度提高預(yù)防性維護(hù)的效率。

為快速組織和開(kāi)展設(shè)備的維護(hù)工作，開(kāi)發(fā)了維護(hù)控制系統(tǒng)。整個(gè)維修管理體系的運(yùn)行必須清晰，結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，目標(biāo)明確，必有一個(gè)簡(jiǎn)單的評(píng)估體系，并且能達(dá)到更好的維修效果。設(shè)備的不同維護(hù)策略的選擇是基于故障后設(shè)備引起的問(wèn)題以及設(shè)備可靠性的差異，如果設(shè)備故障影響設(shè)備的安全使用，則必須進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)，以便在一定程度上控制并最大限度降低設(shè)備故障的可能性。如果無(wú)法滿足這些要求，則有必要進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)，重新調(diào)整和更改設(shè)備設(shè)計(jì)。在選擇預(yù)防性維修類(lèi)型時(shí)，應(yīng)首先考慮情景維修方法，然后考慮定期維修方法；如果設(shè)備故障后導(dǎo)致的問(wèn)題被掩蓋，則需要在開(kāi)始時(shí)選擇監(jiān)測(cè)設(shè)備隱患的方法，然后根據(jù)設(shè)備案例的不同影響選擇最合適的維護(hù)方法。使用決策分析方法可以分析一些重要設(shè)備評(píng)估項(xiàng)目中設(shè)備的可靠性及設(shè)備故障引起的問(wèn)題，并選擇最合適的維護(hù)方法（圖2）。

圖2 RCM 維修決策流程

為降低煤礦機(jī)電設(shè)備的故障風(fēng)險(xiǎn)，確保其正常運(yùn)行，有必要找到一個(gè)適當(dāng)?shù)亩ㄆ诟鼡Q間隔，以最大限度提高機(jī)電設(shè)備的可靠性和耐久性。根據(jù)RCM 技術(shù)的實(shí)施過(guò)程，對(duì)機(jī)電設(shè)備停機(jī)時(shí)間、維修時(shí)間、維修頻率等數(shù)據(jù)進(jìn)行了詳細(xì)的分析。維修人員可以根據(jù)機(jī)電設(shè)備的實(shí)際情況，制定科學(xué)合理的維修計(jì)劃，從而有效提高煤礦機(jī)電設(shè)備的性能。

2.3 先進(jìn)維修技術(shù)的應(yīng)用

根據(jù)采礦和加工設(shè)備的發(fā)展方向，可以在預(yù)防性維護(hù)計(jì)劃中使用大型、連續(xù)、快速和自動(dòng)化的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和維護(hù)方法，杜絕發(fā)生事故，保證加工設(shè)備的正常運(yùn)行。目前主要有兩種采礦機(jī)械和設(shè)備動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和診斷技術(shù)。

（1）振動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)。采礦和加工設(shè)備中軸承、軸和齒輪數(shù)量多，故障可能性高，及時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備系統(tǒng)中振動(dòng)敏感部件的工作狀態(tài)，測(cè)量其工作狀態(tài)。它可以預(yù)測(cè)設(shè)備故障并提前進(jìn)行維護(hù)管理，避免損失。

（2）非破壞性故障檢測(cè)技術(shù)。在不破壞采礦機(jī)械和設(shè)備的情況下，采用超聲波故障檢測(cè)器、磁性故障檢測(cè)器和其他專(zhuān)用儀器，檢測(cè)采礦機(jī)械關(guān)鍵部件的內(nèi)部或表面誤差，實(shí)現(xiàn)早期檢測(cè)和及時(shí)實(shí)施預(yù)防性維護(hù)。

3 結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)代采礦設(shè)備正在快速向大型化和機(jī)電一體化方向發(fā)展，這給設(shè)備管理提出了重大挑戰(zhàn)。在引入RCM 管理的基礎(chǔ)上，還可以利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)庫(kù)、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，建立基于RCM 的設(shè)備評(píng)估管理信息系統(tǒng)，更好地滿足現(xiàn)代礦山機(jī)械維修的要求。由于維修人員成本高、臨時(shí)維修頻率高、盲目維修，煤礦機(jī)電設(shè)備的常規(guī)維修程序?qū)γ旱V機(jī)電設(shè)備的維修影響較大。基于RCM 理論的維修管理系統(tǒng)有效解決了以往維修頻率高、故障后維修方式差的問(wèn)題，大大降低煤礦機(jī)電設(shè)備的維修成本，全面提升煤礦機(jī)電設(shè)備的水平，設(shè)備維修管理的技術(shù)性和專(zhuān)業(yè)性在未來(lái)具有很大的應(yīng)用價(jià)值。