第15章维修管理与可靠性

第二节
生产维修
设备维修的理论有两种基本观点。 第一种观点建立在磨擦学基础之上，以研究机械磨损规律的“设备修理周期结构”理 论。这种理论认为，由于磨擦磨损的原因，随着磨损时间的延续和按一定规律磨损量的增 加，将会引起急起机器零件表层的破坏和几何形状与尺寸的改变，甚至会造成机构动作的 失调与工作精度的下降，最后丧失工作能力，导致故障或事故的发生。机器设备的维修工 作所采取的对策是以这种理论为基础的。 第二种观点是建立在故障物理学基础之上，以研究故障规律和设备可靠性的“故障分
第十五章
维修管理与可靠性
设备和设施是企业用以生产产品和提供服务的物质基础，对设备和设施的维护和管理 的好坏将直接影响企业竞争能力和经济效益。本章讨论设备管理及其意义，着重介绍在设 备管理中占主要地位的预防维修和全面生产维修制，将具体研究设备维修管理几种常见的 设备维修体制和决策方法。本章还将介绍可靠性的概念、计算方法及可靠性理论在设备维 修中的应用，对设备管理人员从理论上掌握机器出现故障的规律很有帮助。最后，还对制 定保修策略等问题作了简单讨论。
初期磨损 正常磨损 图 15-1 零件磨损示意图 急剧磨损
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零件从投入使用到磨损报废一般可分为三个阶段，既初期磨损期、正常磨损期、急剧 磨损期。 1、初期磨损 零件的表面宏观几何和微观几何都要发生明显变化，磨损速度很快。 这一阶段对设备来说没有什么危害，而是设备进入正常运转的必经阶段，有时这一阶段又 叫“跑合”、“磨合”。例如，一辆刚买回来的自行车不一定轻便好骑，而骑了一段时间 之后就感到很轻便了，这是因为自行车的上有相对运动的零件经过磨合后处于一种良好的 配合状态。初期磨损期一般很短。 2、正常磨损 经跑合磨损后，设备各个部分进入了正常工作状态，这时候只要工作 条件比较稳定，零件的磨损是比较缓慢的。这一阶段的长短代表着一个零件的寿命周期长 短。为了延长零件的使用寿命，这一时期要加强设备日常保养工作，及时清扫和润滑。 3、急剧磨损 零件是有一定寿命的。经过一定时间以后，零件由于疲劳、腐蚀、氧 化等原因，正常磨损关系被坏了，这时候的磨损速度非常快，很短时间内就可以使零件丧 失应有的精度或强度。如果没有及时更换，就可能导致整台设备不能正常工作，甚至出现 重大事故，导致设备报废。因此，在实际工作中是不容许零件进入急剧磨损期的。 二、设备故障曲线 根据设备出故障的基本规律（详细内容见本章第 3 节），人们归纳出了设备故障曲线， 因其形状象浴盆，所以又称为“浴盆”曲线，如图 15-2 所示。图中的λ(t)代表故障率。
第一节
设备管理概论
一、设备维修管理的概念 什么是维修(Maintenance)?英国标准 3811 号给“维修”下的定义是:“各种技术行动与 相关的管理行动相配合，其目的是使一个物件保持在或者恢复达到能履行它所规定功能的 状态。”在工业上，需要维护的对象有生产产品的一切设施和系统以及企业向用户提供的 各种产品。 所谓设备维修管理，是指依据企业的生产经营目标，通过一系列的技术、经济和组织 措施，对设备寿命周期内的所有设备物质运动形态和价值运动形态进行的综合管理工作。 做好设备管理工作对企业竞争力有重要意义。在生产的主体由人力向设备转移的今天， 设备管理的好坏对企业的竞争力有是重要影响。 ① 设备管理水平的高低直接影响企业的计划、交货期、生产过程的均衡性等方面的工 作。 ② 设备管理水平的高低直接关系到企业产品的产量和质量。 ③ 设备管理水平的高低直接影响着产品制造成本的高低。 ④ 设备管理水平的高低关系到安全生产和环境保护。 ⑤ 在工业企业中， 设备及其备品备件所占用的资金往往占到企业全部资金的 50～60% 以上，设备管理水平的高低影响着企业生产资金的合理使用。 设备管理对企业参与市场竞争有如此重要的影响，必须花大力气做好这项工作。 设备管理的主要内容包括： ① 依据企业经营目标及生产需要制定设备规划。 ② 选择、购置、安装调试所需设备。 ③ 对投入运行的设备正确、合理地使用。 ④ 精心维护保养和及时检查设备，保证设备正常运行。 ⑤ 适时改造和更新设备。 二、设备维修发展概况 设备维修体制的发展过程可划分为事后修理、预防维修、生产维修、维修预防和设备 综合管理五个阶段。 1．事后修理。事后修理是指设备发生故障后，再进行修理。这种修理法出于事先不知 道故障在什么时候发生，缺乏修理前准备，因而，修理停歇时间较长。此外，因为修理是 无计划的，常常打乱生产计划，影响交货期。事后修理是比较原始的设备维修制度。目前， 除在小型、不重要设备中采用外，已被其他设备维修制度所代替。 2．预防维修。二次大战时期，军工生产很忙，但是设备故障经常破坏生产。为了加强 设备维修，减少设备停工修理时间，出现了设备预防维修的制度。这种制度要求设备维修
设备综合工程学有五个特点。 1．把设备的最经济寿命周期费用作为其研究目的。 设备的寿命周期费用是指设备从研究设计开始，到制造，安装、运转、维修、改 造、直至更新，整个过程(或称设备一生)发生的全部费用。 寿命周期费用可划分为两部分，其一为设置费，包括研究、设计、制造等费用。外购 的设备，设置费包括售价、运输及安装费用;其二为维持费，指设备投入运转以后发生的全 部费用，如操作人员工资，能源消耗费，维护修理费，固定资产税金等费用。以寿命周期 费用最经济作为评价设备的目标，就是要求在选购设备时，不仅要考虑设置费，同时要考 虑维持费。售价低的设备，如其维持费高，就不一定是经济的设备。 单纯考虑寿命周期费用尚不全面，还要求设备的综合效率要高。设备的综合效率是指 设备在整个寿命周期内设备的输出与输入之比。即 设备寿命周期的输出 设备综合效率= 设备寿命周期的输入 其中，对设备的输入，即设备的寿命周期费用，输出则可用设备在整个寿命周期内的 出产量来表示。但要求是在产品质量(Q)、成本(C)、交货期(D)、安全与环境保护(S)、劳动 情绪(M)等达到规定条件下的生产量(P)。 2．把与设备有关的工程技术、财务、管理等方面结合起来进行综合性管理。设备综合 工程学要求对设备进行全面的、综合的管理，要运用工程技术、管理数学、经济学、心理 学等多方面的知识。这是管好现代化设备的客观需要。 3．研究提高设备的可靠性、维修性设计，提高设计的质量和效率。设备的设计阶段对 其效率有决定性的作用，设备生产率、精度、维修性、可靠性、环保性、节能性等要求， 主要取决于设计阶段。因此，设备综合工程学要求研究设计的可靠性和维修性，可靠性高、 维修性好的设备，寿命周期费用可低，产品产量、质量、交货期易于保证，产品成本低， 操作安全，因此，可以提高设备效率。 4．把设备的一生，即整个寿命周期作为管理和研究的对象。设备综合工程学把设备当 作一个系统，并以它的整个寿命周期为管理和研究对象。这是系统的观点和方法在设备管 理中的应用，是对设备的设计、制造、使用、维修、革新改造以至更新等各个阶段，进行 全面的、综合的、技术和经济的管理。 5．强调设备的设计、使用和费用的信息反馈。设备综合工程学要求建立设计、使用和 费用的信息反馈过程。即将设备在使用过程发生的问题，维修过程的情况以及各种与设备 有关的费用发生资料，反馈给设计制造部门，以便对设备进行改进或研制更高质量的设备。 为此，要求设备生产厂和用户厂之间疏通信息反馈的渠道。 简言之，设备综合工程学是一间以设备一生为研究对象，以提高设备综合效率，使其 寿命周期费用最经济为目的的综合性管理科学。
析与状态管理”理论。这种理论认为，设备的故障除了磨损的原因之外，还有外界工作条 件如温度、压力、振动等原因，以及内部工作条件如内应力、变形、疲劳及老化等多种原 因的影响。运用这种理论是要通过对设备的异常现象的数据检测、对故障频率及其分布的 分析、设备可靠性的原因分析，并运用数理统计方法分析它的规律性，进而得到设备劣化 与维修必要性的信息。这种理论和方法对尚未掌握维修规律，以及重型、精密、电子、自 动化等设备是比较适用的。 一、机器零件的磨损规律 设备管理工作也和其他管理工作一样，首先必须掌握设备出故障的规律，这样才能对 症下药，才能比较准确地判断设备发生故障的原因，并且可以根据设备出故障的规律，安 排好生产和维修的时间，避免生产与维修的冲突。 各种设备都是由零件组合而成的。一个零件丧失了机能，就会影响设备的正常工作， 如果关键零件出了问题，则可能导致整台设备出现故障。因此，了解和掌握零件的磨损规 律，有助于事先做好修复或更换工作，做到防患于未然，保证设备的正常运转。 机器零件的磨损规律如图 15-1 所示。 u III II 0 I
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
以预防为主，在设备使用过程中做好维护保养工作，加强日常检查和定期检查，根据零件 磨损规律和检查结果，在设备发生故障之前有计划地进行修理。由于加强了日常维护保养 工作，使得设备有效寿命延长了，而且由于修理的计划性，便于做好修理前准备工作，使 设备修理停歇时间大为缩短，提高了设备有效利用率。 3．生产维修。预防维修虽有上述优点，但有时会使维修工作量增多，造成过分保养。 为此，1954 年又出现了生产维修。生产维修要求以提高企业生产经济效果为目的来组织设 备维修。其特点是，根据设备重要性选用维修保养方法;重点设备采用预防维修，对生产影 响不大的一般设备采用事后修理。这样，一方面可以集中力量做好重要设备的维修保养工 作，同时又可以节省维修费用。 4．维修预防。人们在设备的维修工作中发现。虽然设备的维护、保养、修理工作进行 得好坏，对设备的故障率和有效利用率有很大影响，但是设备本身的质量如何对设备的使 用和修理往往有着决定性的作用。设备的先天不足常常是使修理工作难以进行的主要方面。 因此，于 1960 年，出现了维修预防的设想。这是指在设备的设计、制造阶段就考虑维修问 题，提高设备的可靠性和易修性，以便在以后的使用中，最大可能地减少或不发生设备故 障，一旦故障发生，也能使维修工作顺利地进行。维修预防是设备维修体制方面的一个重 大突破。 5．设备综合管理。在设备维修预防的基础上，从行为科学、系统理论的观点出发，于 七十年代初，又形成了设备综合管理的概念。设备综合工程学，或叫设备综合管理学，英 文原名是 Terotechnology，它是对设备实行全面管理的一种重要方式。1970 年首创于英国， 继而流传于欧洲各国。这是设备管理方面的一次革命。日本在引进、学习的过程中，结合 生产维修的实践经验，创造了全面生产维修制度，它是日本式的设备综合管理。 随着计算机技术在企业中应用的发展，设备维修领域也发生了重大变化，出现了基于 状态维修(Condition-based maintenance)和智能维修(Intelligent maintenance)等新方法。 基于状态维修是随着可编程逻辑控制器(PLC)的出现并在生产系统上使用，现在能够连 续地监控设备和加工参数。采用基于状态维护，把 PLC 直接连接到一台在线计算机上，实 时监控设备的状态。如与标准正常公差范围发生任何偏差，将自动发出报警(或修理命令)。 这种维护系统安装成本可能很高，但是可以大大提高设备的使用水平。 智能维修或称自维修，包括电子系统自动诊断和模块式置换装置。将把远距离设施或 机器的传感器数据连续提供给中央工作站。通过这个工作站，维护专家可以得到专家系统 和神经网络的智能支持，以完成决策任务。然后将向远方的现场发布命令，开始维护例行 程序，这些程序可能涉及调整报警参数值、启动机器上的试验振动装置，或驱动备用系统 或子系统。美国联邦航空管理局(FAA)正在开发远距离维护监控系统(RMMS)，它是维护自 动化未来发展方向的一个范例。在有些例子中，可以用机器人技术进行远距离模块置换。 三、 设备综合工程学 设备日益朝着大型化、复杂化、精密化或超小型化、连续化、超高温、超高压等方向 发展，所需设备投资不断增加，如使用不当，将会影响企业的经济效果。高度机械化、自 动化是现代化工业的特点。但在机械化、自动化程度较高的工厂，设备一旦发生故障而停 工，就会打乱生产计划，影响交货期。严重的设备事故，不仅造成废次品，甚至影响人身 安全。大量使用机器设备，废水、废汽等的排放量增加，对环境造成污染日益严重。由于 设备的效率低，或者漏汽、漏水、漏油等原因，造成贵重资源和能源的浪费。设备的严重 腐蚀、磨损现象，造成检查、加油、清洁、修理等维护人员的增加和费用的提高。 所有这些，都对设备管理提出了新的课题，设备综合工程学就是在这种形势下产生和 发展起来的一种新型的设备管理方法和体制。