提升空瓶檢測（EBI）可靠性提升產品質量
——以可靠性為中心的維護體系（RCM）的應用

龐衛珍 吳衛群 林慶文 李加亮

從工業時代開始就有設備的維修，隨著故障經驗的總結，人類對維修概念有階段性發展，設定良好的預防性維修策略使用設備一直高效運行，但管理者應該主動思考，高效運行的設備在產品質量保證，減少浪費，降低成本等方面如何努力。

一、維修概念發展與應用

（1）維修概念發展

最初的維修概念是，當設備損壞時緊急維修，影響生產效率，還可能造成的維修成本更大，慢慢有了演變，考慮到設備安全，質量，計劃和成本方面，提高可靠性。以下是維修在不同時期變化的階段。

文章英文縮寫注釋表

目前的維護更多地處于第三階段，雖然進行多維度分析問題，但每次都是出現問題后再找出根本原因，被動的觸發，只能消除該故障出現過的根本原因，但同一個故障往往有很多方面影響，因此設備仍然存在潛在的故障風險。以下是百威某工廠空瓶檢測的例子分析。

（2）目前維修概念使用

如上圖1-2-1 所示，是EBI 的瓶底檢測功能模塊，圖1-2-2是其正常的檢測圖像，處于居中狀態，但由于其它原因可能導致這檢測失效，造成不對中，如圖1-2-3。正常情況下，當第一次出現拍照不對中，深入分析方法是：

圖1-2-1 瓶底檢測

圖1-2-2 瓶底對中

圖1-2-3 瓶底不對中

這次的根本原因就是人員技能不足，制定的行動是開發單點課程和標準操作規程（SOP- Standard Operating Procedure），并培訓崗位員工。但一個月后再次出現同樣的拍照偏離，詳細的分析過程如下：

這次的根本原因是沒有潤滑，制定行動是建立定期潤滑工單任務。再次發生“拍照偏離”的問題，又一輪的分析是：

這次的根本原因是沒有定期更換輸送帶，制定6 個月的皮帶更換周期。

通過以上的案例，我們可以看到，雖然每次的故障表象都是瓶底拍照不對中，也都通過“5Why”來找出根本原因，制定相關的行動在來防止，但是潛藏的其它的原因仍然會造成同樣的故障再次發生。雖然通過多年以后，可以總結經驗，也有比較完善的保養策略，但企業已經損失了很多，包括效率與成本等。有些硬件自然磨損可以維持5 年到10 年，這樣沒出現過的就沒預防了，設備還是隨時有故障爆發的隱患。

如果把分析化被動為主動，正向分析每一個故障現象可能存在的多個根本原因，事前預防，將可以避免更多的損失。 例如“拍照偏離”的現象分析，如圖1-2-3，造成故障發生除了皮帶運行外，還有光電開關，觸發板卡等的問題。

圖1-2-3 拍照偏離的原因分析

除了上述提到 “安裝技能不足”，“沒有潤滑”和“沒有定期更換”等原因會影響“拍照偏離”，還有觸發光電，觸發板卡和編碼器等多方面也會影響，這種提早梳理設備功能失效模式，制定預防的措施，化被動分析為主動分析的維修理念稱為：以可靠性為中心的維修，英文縮寫是RCM 。

RCM 與目前階段的預防性維修（PM- Preventive Maintenance）有區別，應用RCM 其目的是幫助提高預防性維修計劃的質量，下圖是PM 和RCM 之間的關系。

圖1-2-4 PM 和RCM 關系圖

可靠性的維修方法是多管齊下的，而不僅僅是簡單的預防性維修，鑒于PM 優化和RCM 的優勢，2020 年起，RCM 已成為百威英博全球維護戰略的關鍵部分。

· 優化了人們必須做的工作量；

· 確保設備的可靠性可以維持在高水平；

· 確保科學發展自下而上的維護預算存在；

圖1-2-5 RCM 分析功能故障

實行RCM 的分析是一個項目，需要一系列的流程，不是單靠個人分析就能完成的，需要大量的實驗數據來總結，以下是完成機臺RCM 分析的過程圖：

圖1-2-6 RCM 分析流程圖

二、RCM 的推行過程

（1）建立分析小組團隊

RCM 是一個項目,一旦選定了機臺，需要組成團隊，執行RCM 分析的可靠性工程師是關鍵，因為非常熟悉設備，可以幫助團隊完成RCM 過程，RCM 非常注重細節，在建立系統階段需要管理團隊堅持不懈。

建立了團隊后，RCM 是一個項目，還需要制定每一步的分析計劃，定期組織開會，跟蹤計劃完成進度，圖2-1-3，RCM 計劃完成表。

圖2-1-1 推行RCM 團隊架構圖

圖2-1-2 RCM 責任分工表

圖2-1-3 RCM 計劃完成表

（2）定義范圍和功能

RCM 要對一個機臺全面分析，在還沒出現過故障的情況下，把全部有可能引起功能失效的原因梳理出來，必須非常了解設備的結構和功能。例如，汽車廠要對汽車發動機全面分析，需要把發動機每一個部件結構組成和功能了解清楚清楚，如下是發動機的解剖圖（圖2-2-1）。在了解結構后，對每一個部件進行分析，有可能影響發動機故障的部件有哪些，根本原因是什么等。

圖2-2-1 汽車發動機解剖圖

同理，以下為是對空瓶檢測設備做RCM 分析的例子。空瓶檢測一共有六大功能檢測，把設備拆分各模塊，了解機械結構部分，并要清楚各功能檢測的標準。圖2-2-2為結構圖。

圖2-2-2 EBI 機械結構圖

按照之前的分析，需要把各功能有可能引起故障失效的分級別列出，一層往上一層找原因，直到找到根本原因，這樣就形成了EBI 故障樹。

（3）各功能失效的故障樹

每個功能失效可以梳理出很多的根本原因，需要按故障的影響級別來定相應的預防措施，這樣才能更有效分配資源。（見下頁）

（4）定義故障的影響

定義故障影響的目的是區分影響級別，按照故障后產生的后果，影響的維度有：安全，環境，質量，財務和生產。除此之外，還有故障的影響程度如何，發生比率如何，如何修復，需要多長時間來修復等等。

如圖2-4-1，空瓶檢測的剔除裝置的漏擊打，其中一個功能失效原因是輸送帶拉長，造成錯位剔除。

圖2-4-1 定義故障影響和關鍵等級

影響：有可能沒有把異物瓶子剔除出來，缺陷產品流入市場，造成市場投訴。

輸送帶的磨損屬于自然磨損現象，在正常潤滑的情況下，出現漏剔除現象周期大概是：6-12 月。因此，對于這故障影響的嚴重性可用以下矩形圖來分析，級別是M。

定出了故障級別后，要根據維修邏輯來判斷預防性工作的策略，主要的維修邏輯是考慮維修成本和技能。

（5）應用RCM 的決策邏輯

所謂的低成本維修任務是操作工日常檢查，若操作員無法完成任務，需要維修工定期檢查。

較高成本的維護任務是強制性更換備件，甚至是設備大型改造等。例如：空瓶檢測的其中一個功能失效“剔除錯位”根本原因是輸送帶拉長，圖2-5-1 是輸送帶拉長的檢查標準方法，當輸送帶拉長超出原來的3%時， 就會出現剔除延遲現象，需要更換。

圖2-5-1 輸送帶檢測標準

使用RCM 決策邏輯選擇技術上可行的最低成本的維護任務，根據不同的故障模式影響, 選擇不同的判定邏輯 (故障隱蔽性, 安全, 環境相關性, 質量/運行/成本相關性)，通過對每一個問題的回答, 依次選擇合適的預防性維護任務，如圖2-5-2。

圖2-5-2 邏輯樹梳理PM

因此，需要加強維修工例行檢查。

針對根本原因識別出預防性維修任務，需要在工單系統建立維護提醒，根據自然周期或運行周期系統自動提醒任務，便于長期計劃的備件與人工準備。

（6）定義維修任務，資源和工具

維修任務有多種，在線檢查，停產檢查，定期更換等。針對上述的根本原因輸送帶拉長的問題，維修工通過測量工具判斷輸送帶是否需要更換，在使用4000 小時后開始每月停產檢查1 次，把維修任務鎖定在工單系統里，同時把有可能更換的備件建立在對應的功能位置物料清單（BOM- Bill of Materials）里，需要使用時可以立刻調用出來。如下圖2-6-1 預防性維修工單。對于強制更換的維修任務，需要把備件建立在BOM 里，這樣目的是可以在長期計劃里提醒計劃員關注庫存，也可以通過大修工單預估年度備件的費用。如圖 2-6-2，強制更換備件的大修工單。

圖2-6-1 預防性維修工單

圖2-6-2 強制更換

完成機臺RCM 分析后，需要跟蹤后續設備的運行和PM 工單完成情況，從效率，維修工時，成本，安全，質量等方面。經過數據的跟蹤，總結RCM 對工廠帶來提升的KPI。

三、RCM 的帶來的得益

（1）產品質量的提升

雖然有先進的空瓶檢測設備，但市場還存異物瓶的投訴。針對市場異物瓶情況分析設備，有兩種情況，分別是：?漏剔除異物瓶；?沒有識別到時錯誤瓶。

第?種的是屬于設計的問題，通常的設備廠家出廠設備時，會考慮很多方面的因素，設計比較成熟。但是特殊的環境，可能設備在設計上就沒考慮到。例如EBI 由于不正常操作直接拍急?；蚍诺沟钠孔舆M入設備，在運行中突然急停會導致瓶子在輸送帶上錯位并報警，如果有異物瓶子在這段范圍而操作工又沒有手動拿出瓶子直接復位開機，這樣就有流過去的風險。經過RCM 分析，找到有可能影響的來源，工廠實施了設備的改造，在EBI 末端再增加一個剔除裝置，并設定程序針對這情況把瓶子自動剔除出來，安裝圖3-1-1，以及控制方式對比表3-1-2。

圖3-1-1 EBI 后增剔除裝置

圖3-1-2 EBI 后增剔除裝置

第?種是設備精度不足。目前驗證EBI 的方式都是使用標準測試瓶，左圖3-1-3 為部分測試瓶。雖然在破口寬度和異物都比較小，是2×2mm，但是在EBI 檢測里是很容易能識別的。而工廠瓶子主要來源是回收瓶，里面的異物各種類型都有。有的因瓶子存放環境惡劣，時間過長導致產生霉斑，位置很難清洗干凈；有的被消費者丟透明紙進瓶子里，偏光膜也無法識別。還有的是在瓶子檢測盲區無法判斷。以下是舉例，工廠收到瓶子異物投訴，那種異物瓶在設備上測試并使用RCM 方法查找有可能引起的原因。

圖3-1-3 測試瓶實物圖

圖3-1-4 異物投訴

圖3-1-5 異物位置分析

終上RCM 的應用，對設備改造與程序精細調整，在產品投訴方面是有很大的提升。如圖3-1-6 是客戶投訴和3-1-7 臟瓶投訴的結果，單位ppb（10 的9 次方瓶產生的投訴次數）。

圖3-1-6 客戶投訴統計

圖3-1-7 臟瓶投訴統計

有這么大的質量改善，離不開各個崗位人員良好的配合，操作工承擔部分維修工時，在生產和巡檢時更有效檢測設備的狀況，工廠管理人員開展自主維護計劃（ATOAutonomous Operations）,按等級提升操作工技能。

（2）人員技能的提升

例如在空瓶檢測設備里，操作工技能提高了，完全可以對設備進行自主維護，真正自己的設備自己維修。下圖是RCM 應用后操作工技能等級變化，及對應技能等級的內容。

RCM 應用后，操作工可以完成部分的維修工作，讓維修工更多時間處理設備的痛點問題，或者研究設備技術，提升了維修人員利用率。

（3）維修工時優化

現在各行業都在優化人員架構，隨著產量礦大，設備維護工時需要更多，更需要精細的維修。RCM 分析后，其實之前很多部分是重復或者可以合并的，甚至有部分可以轉化為操作工日常巡檢的工作， 通過優化工單，PM年度總工時有降低，也有能更精益的維修。 圖3-3-3 空瓶檢測工時變化。

圖3-3-3 空瓶檢測工時變化

設備保持高效運行，而且消除了部分過剩維修工作，備件也會減小消耗，從而帶來維修成本的節約。

（4）維修成本的下降

圖3-2-1 ATO 技能等級和變化圖

圖3-2-2 各技能清單

例如：如上文所述，輸送帶拉長的問題，當被拉長達到3%后，會出現剔除延遲現象，這是屬于自然磨損，不可避免，但是潤滑可以延遲拉長的時間。根據經驗總結在正常潤滑的輸送帶單道瓶子運行情況下，要達到3%，運行小時在4000 小時以上，如圖3-4-1。

圖3-4-1 輸送帶磨損時間

因此可以由原來自然周期6 個月強制更換改為運行周期4000 小時后再檢查，如發現拉長嚴重的，再更換輸送帶。原來每年需要更換2 次，每次成本3.2 萬元。如4000 后的每次數據收集和分析，實際輸送帶拉長大于3%所最終達到5400 小時（約10 個月），隨著年產量變化而變化，這樣每年更換的次數就變為1 次了。通過RCM 分析，按兩年計算，空瓶檢測輸送帶備件費用節省了接近6.3 萬元。

由上述分析，RCM 對設備管理有非常大的幫助，可以節省工時，發展人才，節省成本和完善設備等，但不是所有的設備都適合一開始就實行RCM 分析。

四、設備RCM 的條件

從維護的角度來看，設備會隨著時間的推移而磨損或惡化，可以把退化分為兩種:被迫的和自然的。區分這兩種類型很重要，因為每種類型都需要不同的維護方法。

如圖4-1 說明了被迫磨損和自然損耗之間的關鍵區別。對于被迫磨損，設備磨損速度要快得多，導致的故障比自然損耗發生得更快。當某些條件不滿足時，就會發生被迫磨損(例如:被敞開的電板、沒有潤滑的軸承、未對準的附屬設備、過載操作、缺乏維護等)。因此，用維護計劃處理自然損耗，用根本原因解決方案處理強制磨損。RCM 不適用于可靠性不搞的設備，必須處于高效速度運行情況下才，需要再找出突破點才合適應用RCM。

圖4-1 磨損模式隨時間磨損圖

五，總結

歷史上，維護計劃一般在日常會議上創建，沒有分析自然和被迫性惡化，沒有制定解決停機根本原因（造成停機的80%的原因）的行動，產生的新維護計劃，帶來了不必要的執行需求，也給維護團隊造成了不必要的負擔。RCM(以可靠性為中心的維護)是一種用于定義維護計劃的方法，以確保高效、精益的計劃落實實施，提升設備的可靠性。