設備故障分析及預防性維護在智能工廠中的應用

李洋　于濤　齊曉震　竇永波

摘 要：近年來，隨著智能工廠不斷引入先進的人工智能前沿技術，使智能工廠的設備維護得以“提前化”和“智能化”，大量設備的外圍產品，如智能傳感器、運維管理系統、云數據平臺等，在智能生產領域被開發并廣泛推廣運用。在生產過程中，工廠可以實時監控各類傳感器，連續、并行地采集、分析設備各部件的狀態信號，從而達到對設備破損元器件的提前更換和預防目的，因此，對設備進行預防性維護是企業提升裝備管理水平的必由之路和必然趨勢。本文首先從智能工廠的常見設備故障問題出發，對其產生的深層次原因進行了分析；在此基礎上，根據設備的故障預防策略，提出了相應的改進措施，并自行制定了設備預防性維護管理計劃；最后對設備預防性維修在智能工廠中的應用進行了深入的分析探討，為智能工廠中的設備維護與管理工作提供了一定的借鑒。

關鍵詞：智能工廠 設備故障 故障原因分析 預防性維護 維護策略

1 引言

當前，多數生產企業對現場設備的維護仍處于被動檢修階段，對先進設備的預防性維護意識較差，從而影響到各類設備、機床的使用率和使用壽命。在先進企業和創新制造業質量管理系統中，設備、裝備的預防性管理維護是關鍵。為減少智能化工廠的設備故障率，防止生產過程中出現的安全隱患和危險，有效地提升生產設備的使用質量，對智能工廠的設備進行預防性維修是保證先進制造業產品質量的關鍵。設備的預防性定期檢查和維護，可以及時發現和排除設備的潛在安全隱患，以確保設備的安全運行，降低使用風險，降低設備的維修費用[1]。寶雞吉利發動機有限公司是一家具有高度智能化生產特點的先進生產企業，但是由于發動機生產過程中需要的各種不同的設備，其設備性能差異加大了管理和使用的難度，而作為先進設備的直接管理者，一線職工對先進設備的結構和原理了解甚少，致使一線職工對設備的性能不了解或一知半解，缺乏對先進設備的處理能力。因此，建立一套科學、高效的預防性維修體系是十分必要的[2]。

2 設備故障分類及原因分析

寶雞吉利發動機有限公司于2017年建成，擁有357畝的工廠面積，年產達30萬臺15TD型發動機。公司擁有發動機制造加工的缸體、缸蓋、曲軸等制造流水線、組裝試驗流水線、配套工藝輔助設備；生產基地內引進了世界一流的加工中心及機器人加工制造設備。

如圖1所示設備故障原因分類，根據設備故障原因，將故障歸類為外部和內部[3]。為更好地理解故障的成因，對外部故障和內部故障進行了細化。

外部原因發生故障的原因主要有：1、產品缺陷：由于廠商在發動機毛坯生產過程中產生了諸如毛刺、裂紋、砂眼、雜質等問題，導致設備在加工中難以識別，從而導致設備的受損；2、環境影響：由于工廠溫度、濕度、潔凈度等原因造成的故障，會給現場設備帶來不同程度的安全隱患；3、操作運行原因：由于操作者的操作失誤，導致設備產生電場、磁場等引起的故障，屬于操作運行原因。

內部原因發生故障的原因有：1、自然磨損：由于機床本身在與工件的接觸過程中，設備主軸長期高速運行，使其本身的位置和軸距產生偏差；2、設計制造：設備制造商在設計或運輸過程中可能出現的問題，如設備開關電源、內部干擾和部分部件的損傷等；3、正常損壞、更換或在合理期間設備運行期間發生的偶然情況是其他原因。

3 設備預防性維護管理計劃

設備維修在生產中起著舉足輕重的作用[4]。在智能制造業競爭越來越激烈的今天，各企業都想要在生產中取得最大的利益，設備的及時維修變得越來越重要。因此，建立健全的設備預防性維修體系是非常必要的，如圖2所示為寶雞發動機廠建立的設備預防性維護管理制度。

3.1 維修保養計劃

共享完善設備資料信息，建立由設備維護經理－機械/電氣主管工程師－機械/電氣工程師－機械/電氣維修工－一線員工分級參與設備管理、保養、維修的制度。專業的工程師和技術人員可以進行及時、高效的交流，實現雙方相互學習，相互指導，規范設備的正常使用。

3.2 設備故障共享及人員培訓

設備預防性維護工作的關鍵在于，通過公司的共享磁盤，實時地記錄設備的故障，保證設備的維護和使用人員的專業技術培訓，提高設備管理人員的操作水平。組織員工進行操作規程、日常維護、常見故障排除和緊急情況處理等方面的培訓，并制訂操作人員的資質，堅持“以防為主，以修為輔”的思想，對員工進行長期不間斷、分類別、分批次的培訓。

3.3 周期設備巡檢

根據設備的不同級別和運行周期，進行定期的巡視，確保設備的正常運行，滿足設備性能的需要，在規定的時間內，對設備進行除塵、清潔和性能檢測，對易損件進行檢查，對損壞的零件進行更換。同時，系統地檢查設備的穩壓狀態和接地狀態，并將其記錄存檔。在設備使用過程中，由工程師負責監督，由班組和專業的維護人員對設備的操作狀態進行檢驗，如發現異常，應及時報告，及時處理，以免耽誤正常的生產。

3.4 日常維護保養

從設備維修的角度來說，發動機的加工過程涉及了大量的設備，保持工作區的干凈整潔，并保證工作場所的光線是基礎。因此，要對設備進行例行的檢查保養，主要維護內容：維護設備的表面清潔、環境溫度、濕度檢查，每天在設備投入使用前，仔細檢查設備的電源，電壓，穩壓裝置的運行情況；對設備的功能和性能進行觀察，及時完成設備的點檢；每次設備使用完或生產結束后，要注意是否有斷電，以防止無功損耗[5]。如設備出現大型故障，一線生產員工應立即與技術人員溝通，避免私自進行拆卸造成設備二次損壞，在維修過程中做好設備維修記錄臺賬。

3.5 標準維護操作流程

在設備維護期間，應向專業技術人員提供維修操作指南，并根據手冊進行規范操作，從而極大地提高工作效率，降低事故的危險性；在生產之前，設備的啟動和設備的點檢都是由生產人員負責的，在生產期間，對設備的運行狀況進行監控，完成后的日常維護和記錄，進行及時記錄、總結、學習制造過程中出現的問題。建立設備故障的及時報告體系，與技術人員共同探討和分析設備出現的問題和解決辦法。

3.6 預防性維護記錄

隨著科學技術的進步，工廠自動化程度的提高，自動化設備的使用范圍日益擴大，其實用性也日益增強。要實現機電設備的現代化改造與提升，就必須用科學的設備預防性維修管理思想來指導和促進。科學的管理思想可以改變或消除傳統的管理思想，增強職工的工作熱情和責任感，使企業建立起“以人為本”的設備責任管理意識。根據實際生產設備的管理狀況，制訂出相應的責任與獎勵機制，在培訓觀念和規范制度的雙重作用和激勵下，將設備的預防性維修管理工作和維護工作由被動變為主動，并輔以獎懲，可使員工在工作中更有責任感和榮譽感。建立健全的監控體系，以保證設備的正常運行，保證設備的預防性維修管理的科學化、標準化，提高設備的維修質量，保證企業的安全生產。設備的預防性維修管理體系能夠對設備的故障進行提前預警[6]。另外，將故障數據與設備的實際狀況相結合，進行智能的分析，使管理者能夠選擇和驗證方案，從而達到預防維護的目的，從而降低維護的難度，改善維修的質量。通過對設備的預防性維護管理的信息反饋，對設備的實際維護狀況進行監測，確保其正常、合理、有序地進行，為企業的現代化管理提供有力的數據支持。通過維修模塊制作各預防性維護記錄本，對開展的預防性維護工作詳細記錄，便可以對設備進行適當的預防性維護。

4 應用和評價

從2018年起，本公司就開展了設備預防性維修項目，因此筆者對2020-2022年期間設備故障超過60分鐘的情況及原因進行了回顧性統計，以評估寶雞發動機廠設備管理中的預防性維修效果。

如表1所示2020年-2022年設備故障原因及>60min的停機次數，通過對設備進行預防性維修的總結，說明預防性維修能有效地改善設備的安全性、可靠性，是今后設備管理的發展方向。

5 總結

設備預防性維修的本質是“維”，而非“修”，其關鍵是預先識別和技術控制設備的失效狀態。設備的預防性維護可以確保設備的最優使用效率，確保設備在緊急情況下的可用性，保障維修或使用人員的生命安全，從而提高維修效率，科學地進行管理，可以有效地促進我國的智能化生產取得新的突破。因此，技術人員必須加強對機械設備的維修和保養的認識，不斷提升自身的專業技術，以達到高水準的專業素質，為行業的維修與管理事業的突破與創新做出貢獻。因此，對設備進行預防性保養，可以有效地減少設備故障率，延長其使用壽命，減少維修費用，增加設備利用率，從而為企業帶來更大的經濟效益和社會效益[7]。設備的預防性維修，既能保障企業的經濟發展，又能有效地降低因突發設備故障而造成的資源損耗，又符合我國“可持續發展”的發展戰略。在智能制造企業中，開展設備的維護保養與管理創新，具有重大的環境保護和經濟效益。

參考文獻：

[1]陳東昇. 關于化工儀表自動化設備的預防性維修研究[J]. 廣東化工，2022，49（15）：198-200.

[2]應海鋒. A公司精益生產方案優化研究[D].吉林大學，2022.

[3]Odeyar Prerita，Apel Derek B.，Hall Robert，Zon Brett，Skrzypkowski Krzysztof. A Review of Reliability and Fault Analysis Methods for Heavy Equipment and Their Components Used in Mining[J]. Energies，2022，15（17）.

[4]王佳燕，李峰，鄧利偉. 落地銑鏜床換刀機構故障分析及解決措施[J]. 上海化工，2022，47（03）：60-62.

[5]劉志勇. 基于多源信息融合的站用電能效及設備故障分析[D].長沙理工大學，2021.

[6]崔燦. 預防性維護設備管理系統研究[D].湖北工業大學，2021.

[7]朱黎陽，王國文. 淺談預測性維護技術在選礦廠的應用[J]. 礦山機械，2022，50（06）：77-79.