可靠性方法在维修规划中的应用
可靠性方法在维修规划中的应用
随着现代科技的发展，高技术含量设备的迅速增加，设备维修在企业生产中的重要作用已逐渐显现。设备的可靠性，维修性，安全性，经济性等问题，已经为企业设备管理工作的重点，实践证明，仅仅采用计划维修，现情维修和事后维修已不能适应生产的需求，要寻求既经济，又能保证安全生产，充分发挥设备效能的维修策略。正确选择维修方式是保证机械系统的可靠性和降低维修费用的关键。近年来，部分发达国家在进行预防性维修实践的过程中，引入了经济性的概念，进一步发展了一种以可靠性为中心的维修模式，它合理地对关键部位加以区分，以可靠性为前提，以经济适用性为原则对故障类别，维修手段，是否进行改造进行分档，它以动态管理为主，充分发挥不解体检测，不解体保养技术特长，不断指导使用者采取合理措施，适时改善薄弱部件，使维修工作获得最大的经济效益。
"以可靠性为中心"的维修（reliability-centered maintenance,RCM）理论认为，一切维修活动，归根到底是为了保持和恢复机械系统的固有可靠性，并提高使用可靠性。即根据机械系统及其零部件的可靠性状况，以最小的维修资源消耗，运用逻辑决策分析法确定所需的维修内容，维修类型，维修周期和维修级别，制定出机械系统预防性维修大纲，从而达到优化的目的。
下面从几个方面具体分析可靠性方法在维修规划中的应用：
1，“以可靠性为中心”维修理论在柴油机维修管理中的应用
1.1柴油机的维修级别：
柴油机的维修活动会涉及到各种级别的不同类型的维修活动，而维修级别按所用的维修工具，检测能力和维修技术水平，划分为三个级别：现场级，中间级和基地级。
1.2柴油机维修成本：
柴油机的维修成本可简单地分为直接成本和间接成本。直接成本一般包括两大类：运行维修和送修成本。间接维修成本指因柴油机维修而引起的其它损失。从维修级别来看，现场级维修水平较低，中间级维修和基地级维修专业化程度较高，技术难度较大，主要完成柴油机复杂机械故障的维修及小修中修大修，一般都需要对柴油机进行解体，其花费成本为送修成本和间接维修成本。
2.3以可靠性为中心的柴油机故障维修
柴油机由于零部件众多，其故障类型更是五花八门。但是，应用“以可靠性为中心”的维修思想可将这些故障分为四大类，并依据故障的后果可以采取不同的维修策略。
（1）安全性和环境性故障。包括直接影响行车安全的故障，如柴油机与车架连接螺栓松动，主油道堵塞，传感器失灵等，此外还包括尾气排放超标。
（2）隐蔽性故障。线路油路老化，气门活塞等磨损，蓄电池漏电，燃油润滑油消耗异常等。
（3）使用性故障。包括起动困难，功率下降等
（4）非使用性故障。包括各类轻微故障，诸如三滤问题，清洁问题等。
针对不同的故障类型应采用相应的维修策略。对于安全性和环境性故障，隐蔽性故障，必须采用主动维修策略，如定期预防维修或视情维修，甚至采用在线监测手段。对于使用性故障，应视其故障原因考虑采用预防维修或事后维修策略。而非使用性故障，则完全可采用事后维修的方式。具体维修方式的选择还需要考虑维修成本。柴油机的故障后果主要体现在维修费用和停工损失，这其中大部分花费成本为送修成本和间接维修成本。
具体的维修大纲制定应严格遵循RCM的实施步骤，首先确定重要功能部件，然后对其进行故障模式及影响分析，最后依据一定的判别准则对其进行逻辑决断，得到最适合的维修方法，并整理成文档资料，还应当结合实际经验对维修大纲做出必要的修改。
2.可靠性维修在电力设施上的应用
2.1 电力设施可靠性
电力设施可靠性的定义是：“产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力”。规定的条件指设施运行时的工作条件、环境条件和工作方式等。工作条件指设备在额定参数下运行；环境条件指设备所在环境的温度、湿度、污秽等级、雷电活动等；工作方式可分为连续工作或间断工作。设施的可靠性是一个与时间密切相关的物理属性，设施随时间的流逝，其可靠性越低。在评价设施可靠性时，时间是必要条件。规定功能就是设施的性能指标，如变压器的额定电压，断路器的额定工作电流，互感器的电压、电流变比等。
2.2 电力设施维修
使设施保持在可用状态所进行的一切处置活动。强调进行维修使之保持在可用状态，如每年进行的维护如大修、小修、预试、定检等，还包含为排除这种故障和缺陷所进行的处置活动。
2.3 电力设施可靠性维修
电力设施可靠性维修的应用，通常是开展定期预防性检修。以可靠性指标指导生产的原则来讲，标准化作业管理是实现可靠性指标行之有效的方法。
标准化作业管理体系是先组织查勘和收集有关情况，然后结合各项管理措施提出的问题督促班组做好检修前的准备。即：备品备件工机具、检修规程工艺标准、图纸资料的准备并按标准编写作业指导书。检修过程中，班组根据工作任务合理安排好检修人员，严格按作业指导书执行，全面建立原始记录表；各级机构对现场作业质量进行抽查和督查；检修结束前，现场工作负责人再向运行人员提请验收。
2.4 状态维修及其主要手段
2.4.1 高电压技术监督管理
（1）绝缘在线监测技术：绝缘参数是电力设施的一个重要参数，特别是高压设施。随着传感器，计算机，通信技术，现代人工智能技术和信息处理技术的发展和运用，绝缘在线监测技术得到迅速发展。在自动连续检测状态下，依据大量的数据和曲线，分析设备绝缘状态的变化趋势，从多项检测结果来综合判断运行设备的状态。
（2）红外线测温技术：电力设施导电部分通过电流必定有热效应，发热使设施温度上升。当设施长期处于温升状态运行，将导致设施损坏。温度是设备运行的十分重要的基本参数。电力设备的红外检测及诊断技术是指利用各种检测仪器对正在运行中设备的状态和指标进行检测，诊断其是否存在缺陷的技术工作。（3）化学监督诊断技术：电力设施的绝缘介质主要是油和气，而绝缘油、气长期在电、热、水等各种因素作用下会逐渐裂解变质，而通过对其裂解变质的生成物的化学成份进行分析，可以间接地诊断设备绝缘故障和老化的速度。化学监
断路器。
督诊断技术主要应用于主变、互感器和SF
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2.4.2 开展可靠性管理工作
电力可靠性管理是一种综合性极强的管理，它涉及到规划设备、设备制造、安装调试，设施运行，检修维护、生产管理等各个环节综合水平的度量。电力可靠性管理又是一种基础性的管理，它的信息来源于生产第一现场，它的数据是可靠性统计指标和进行可靠性分析的直接依据。可靠性管理的基础工作包括：
（1）根据输变电、供电、火力发电等设施特点，开发与之适应并实用的可靠性管理软件。软件详细记录了设施“过去”、“现在”的情况，从而决定“将来”。这里的“过去”指设备注册库，它记录了该设施主要状况参数。“现在”指设备运行库，它记录了对设备进行的各种维修活动，如带电作业、调度停运备用、大修、小修、试验、清扫、非计划停运等，按照它们的起止时间、事件发生部件、技术原因、责任原因等进行记录。“将来”指依据注册库和运行库中的数据，进行综合指标分析、专项分析和分析诊断。
（3）缺陷统计分析报告：设施维修是相对设施故障进行的，而设施故障往往因设施存在一些缺陷而产生，设施缺陷是设施运行中非常重要的维修管理信息。根据缺陷管理系统提供的数据每月、每年对缺陷进行统计分析，从离散的数据中，分析出规律性的结论，判断是因为如产品质量不良、设备老化、检修质量不良、设计不周、施工安装不良、调整试验不当、运行不当、设备失修、系统故障等原因产生的，从而对设施采取最有效的处理。
（4）年度检修计划：年度检修计划是对设备维修工作的总体安排，目的是让工作开展更有效、更具目的性，使维修工作不遗留项目，又减少不必要的重复劳动。在计划编制前，根据设备的运行状况，技术监督的数据、缺陷统计分析报告等，对维修的设备进行可靠性状态评估，确定设施是免修、小修、大修或更换。
3.以可靠性为中心的维修技术在大亚湾核电站的应用
3.1 RCM技术及其分析过程
面对设备的老化以及居高不下的设备故障率,企业通过频繁的设备维修和保养任务希望降低设备故障率、提高设备可靠性,因此,企业的计划性维修任务日益繁重,维修成本持续提高。RCM是国际上工业领域广泛采用的确定资产预防性维修需求、优化维修制度的一种系统工程方法。RCM理论的研究起源于20世纪60年代美国航空业,并把RCM制定的维修大纲首次应用于波音747飞机; 70年代后期RCM引进到美国国防工业,在大量理论与应用研究基础上,逐步完善和形成了RCM应用的
标准。目前美国军方几乎所有重要军事装备(包括现役与新研装备)的预防性维修大纲都是应用RCM方法制订的。我国开展RCM的研究与应用较晚,目前已经逐渐有企业开始了解RCM的方法,并应用RCM技术确定合理的预防性维修需求。
自20世纪80年代以后, RCM在世界各个工业领域,包括航空、石油、化工、电力、铁路等都得到了广泛的应用。据统计,在欧美发达国家的传统制造业中,有60%的企业应用RCM来建立或优化维修大纲。目前,在美国、法国、韩国、南非等主要核电国家的核电站都已开展RCM分析工作,并取得了显著效果。我国的大亚湾核电站于1998年引进RCM技术,在前期项目可行性研究、人员培训和试点分析的基础上进行了推广和应用。经过多年的实践与超过100多个系统的应用,该技术已经给电站设备可靠性与可用率提高、设备可维修性、运行检修成本节约等方面带来了显著的效益。
标准的RCM分析过程是根据SAE JA1011《以可靠性为中心的维修过程的评审准则》给出的RCM过程准则进行的。该准则要求RCM分析方法需要对所选定的分析系统或设备就7个问题进行提问。RCM分析过程逻辑关系图见图1。
RCM分析的基本思路是:对系统进行功能与故障分析,明确系统内各故障的后果;用规范化的逻辑决断方法,确定出各故障后果的预防性对策,从而达到确定合理维修活动需求的目的。
3.1.1确定功能和性能标准
RCM分析的首先任务是列写系统的功能。系统设备的设计往往有多种功能,其功能可分为主要功能、次要功能、保护功能和多余功能。主要功能是指用户设置设备的主要目的,也即该设备投入运行时所能完成的用户指定的特定功能。如核电
站安全壳,它的主要功能就是在事故情况下防止放射性物质不可控制地向外泄漏。次要功能包括该设备的其他用途,主要有环保、安全、经济、效率、包容、外观、舒适等方面。保护功能主要指防止人员伤害或防止设备损坏而设置的提醒人员、消除或停止异常情况的功能。多余功能,指在系统设计中已经完完全全不能为系统功能提供服务的设备或部件。有时候,多余功能的列写往往容易被分析人员所忽略。尽管有些设备或部件没有确定的功能,但它们仍然可以发生故障以致降低整个系统的可靠性,因此列写出系统的所有功能十分必要。另外,功能的列写中要注意性能指标的量化,因为满足一定性能标准或范围内的功能往往才是用户所需要的,是明确的。
3.1.2 确定功能故障
功能故障,就是功能失效的表现形式,也即指设备不能满足期望的性能标准。不同的设备使用者对功能故障的定义有所不同。如盛装有润滑油的齿轮箱,工程师认为当油泄漏导致耗油大量增加时,该功能丧失;安全管理人员认为当地面有积油时易滑倒或有火灾风险,因此该功能丧失;而对于生产主管则认为当油泄漏导致齿轮箱卡涩不能正常带动齿轮时,该功能丧失。因此,准确地确定功能故障,需要对设备功能有需求的多方人员共同讨论明确性能标准,这也正是目前RCM分析采用小组形式确定系统功能和性能标准的原因之一。判断功能是否失效,可以判断故障发生后功能的性能指标是否还在用户需求的范围内。
3.1.3 分析故障模式
故障模式,就是指能引起各功能故障发生的原因。分析故障模式是RCM分析的难点之一,它需要专业技术人员的支持和小组成员的共同智慧。RCM分析中,主要从3个方面分析考虑可能导致系统功能故障的故障模式: ①在相同或相似的设备上以前已发生过的故障模式; ②在现有维修大纲中已列入进行预防的故障模式;
③尽管到目前为止还没有发生过,但很有可能发生的任何其他故障模式。这样的做法,基本上把涉及过去、现在和将来的三个时间纬度进行了全面考虑。同时对过去发生故障模式的重新考虑,也是经验反馈体系较好的补充。
3.1.4 分析故障影响
故障影响列出了故障模式出现时实际上发生了什么系列故障现象。故障影响描述包括了对故障后果进行评估所需的所有信息。具体应包括故障模式发生后的演
变过程,故障会不会和怎样对安全、环境产生影响,故障会不会和怎样对生产造成影响,对设备造成破坏,以及排除故障所必须做的工作等等。另外,现场的RCM分析实践证明,描述故障影响时应该假设没有采取任何预防该故障模式发生的措施,即假设该故障模式一定会发生,这样做,才有利于作出零基的分析,同时判断原来维修大纲的任务是否合理,更好地优化现有维修任务。
3.1.5 评估故障后果
故障后果的评估与分类,体现了RCM运用帕累托法则(二八法则)的基本思路。即管理重要关键的少数,根据故障后果影响判断采取合理的维修活动。毕竟故障模式发生时会有不同方面的影响,有些会对产量、质量或售后服务有影响;有些对安全或环境造成威胁;有些还会造成运行费用的增加;而有些故障本身可能根本看不出什么影响。这些后果的性质和严重性对维修决策起了重要作用,这也说明了故障预防的整体目的不仅限于预防故障本身,重要的在于避免或降低故障的后果。对故障后果进行评价,是后续确定某种类型的预防工作是否值得做的判据。RCM分析首先判断故障发生后,用户是否觉察到,即分为显性的故障还是隐性的故障。接着根据后果影响把故障后果分为影响安全、影响环境、影响生产、不影响生产4个方面。目前,结合大亚湾现场的实践,分类中还强化了关键敏感部件的分析和管理,更加凸显了集中有限资源管理重点少数的思路,也取得了较好的效果。
3.1.6 选择预防性维修任务
在前面几个步骤完成信息内容的分析评价后,RCM进行维修任务决断流程。通过RCM的决断逻辑,合理地选择故障模式所对应的维修任务。在任务选择上,如果故障模式可以预防且值得预防,按照状态监测、定期维护、定期更换的顺序来选择维修任务。这些维修任务都是在故障发生前进行预防性的工作,以达到防止故障发生的目的,因此称为预防性维修任务的选择阶段。RCM按一定顺序进行维修任务选择,考虑的是状态监测、定期维护、定期更换任务对所维修系统来讲,干扰程度是逐渐加强的。如RCM任务首选状态监测,就是因为状态监测主要是通过人类五感(视、听、闻、味、触)和包括力学、化学、温度、电学、颗粒、无损探伤等检测技术手段提前发现潜在故障,并进行相关纠正活动,它对系统的干扰最小。
3.1.7 选择故障后果管理任务
如果无法预防该故障模式,需选择合适的维修任务来管理其故障后果。故障预
防的整体目的不仅限于预防故障本身,重要的在于避免或降低故障的后果。如果故障后果不严重,则经过经济性评价后可以考虑纠正性维修,也即“跑了坏”(Run to Failure) 。人们往往认为进行纠正性维修就是不管理,不重视。其实这种观点不正确,纠正性维修也是一种维修策略,合理地选择该策略,不仅降低维修成本,还能提高可靠性。如某380 V电机更换成本为7 000元,平均无故障时间(MTBF)为4年,分析认为故障后果不严重,如果鉴于电机敏感而定期每周对其进行测振测温,而状态监测任务成本是200元/次,则根据平均故障区间内(4年,即208周)的成本比较,总的状态监测任务成本为41 600元,远比该纠正维修的成本大;况且,如果通过状态监测任务发现该电机已经不能修复,则7 000元的更换成本也一样需要付出。
3.2 RCM的效果及应用
大亚湾核电站应用RCM分析方法开展维修项目优化活动,并把分析结果用于指导现场检修活动。经过多年来的现场运用和实践检验,对提高系统设备可靠性和设备可用率、增强设备可维修性、降低运行维修成本等方面起了非常重要的作用。下面是RCM分析结果应用给电站系统设备带来的主要变化情况的部分例子。
3.2.1 提高系统设备可靠性
电站凝结水抽取系统(CEX)是汽轮机的重要辅助系统,它设计有3台容量为50%的凝结水泵。其中2台运行1台泵备用。如果2台运行的凝结水泵中有1台故障停运,而备用泵不能自动启动,造成的后果轻则发电机甩负荷到50% P n 额定功率,严重时会引起汽轮机跳闸,反应堆停堆。应用RCM分析前, CEX系统备用泵自动启动成功概率只有33. 3%。对该系统进行RCM分析中,发现了管理备用泵隐蔽性故障模式的定期试验程序存在着较大缺陷,并通过决策任务完善了试验内容、试验方法和频度。在将分析结果应用到实践中的各续几年里,经再次验证和数据统计,备用泵的自动启动成功率提高到100%。又如电站机组48 V直流电源系统带了重要的厂用负荷,负荷失电的结果会引起机组停运。应用RCM分析后,增加了母线电压低报警和跳闸功能试验,管理了因母线电压低而导致下游负荷误动的故障影响,提高了母线供电的质量, 从而提高了机组运行可靠性。
3.2.2 提高机组设备可用率
机组设备可用率的提高,重要的一个方面是RCM分析过程中发现了有重要后果
影响的故障模式未被管理或重视,并通过决策任务加以管理,避免了正常运行中设备系统的不可用。
如在电站循环水系统的RCM分析中,增加了对凝汽器出口水泥管道的检查任务。实际在2个机组的第9次大修当中,也确实发现了管道中的多处缺陷,避免了故障进一步恶化导致的机组停运1个月的后果。在电站压缩空气生产系统的RCM分析中,增加了系统气动隔离阀的隔膜定期更换任务,管理隔膜老化的故障模式。RCM分析时发现,正常运行时如果该阀隔膜破裂将会导致阀门关闭,从而导致机组停运。 3.2.3 增强设备可维修性
电站系统设计是抗一定故障能力的,同时重要系统具有一定的冗余性,可以在线检修设备,保证设计功能的连续供给。通过RCM分析,增加了闭路冷却水系统、发电机定子冷却水系统、凝结水抽取系统等的泵、热交换器进出口隔离阀密封性试验。通过密封性试验,能够及时发现阀门是否有泄漏,并在大修中得到及时处理。否则,如果当泵或热交换器故障时无法进行隔离维修,则系统将失去备用的供水或热交换功能,可靠性下降如果运行列再出现故障,则将导致机组降功率甚至机组停运。在电站第9次换料大修中,确实发现了闭路冷却水系统中热交换器的10个隔离阀存在有泄漏现象。
3.2.4 降低运行检修成本
RCM系统分析后除增加必要的维修任务外,也评估原来的维修任务是否合理,周期是否过于频繁等,毕竟没必要的检修活动不仅无益于提高设备可靠性,相反有可能引入早期失效故障模式,从而降低设备可靠性。因此, RCM分析中也取消或者延长了一些不必要的定期解体维修项目,防止过度维修的同时,也降低了维修费用。据不完全统计,仅在2005年,在对化学和容积控制系统、给水加热器疏水回收系统、汽水分离再热器系统等在内的6 个系统进行RCM分析中,结合现场实际维修运行情况,将这些系统设备的定期预防性维修周期进行了优化,并修改了相应的维修大纲,累计节约维修费用就达约3 000万元人民币。而这6个系统仅是到2005年底RCM分析完成的系统数的5. 8%。从RCM在国外的实际应用情况来看,仅仅是经RCM分析后取消的维修项目,就可节约维修成本30%左右。
结论：
通过上面的实例应用和分析，可以看出RCM对于优化维修策略，提升维修管理
水平，提高维修效率，降低维修成本等方面有明显优势。