以可靠性为中心的维修及其在设备维修管理中的应用 1 背景 1 在过去的30多年里 由于需要维护的有形资产 设施 设备 建筑物等 的数量和种类大为增加 再加上设计的更加复杂化 维修技术的推陈出新以及对维修体制和维修职责的观念不断更新 维修已成为一门学科 它发生了比其它管理学科更为巨大的变革 随着人们对设备故障对安全性和环境的影响程度的深入认识 对维修和产品质量之间的关联的深入认识 以及为获得较高的设备可用度并要控制成本所带来的压力不断增加 所有生产行业中对维修的观念和技能都面临着严峻的考验 与工程人员和管理人员一样 维修人员不得不彻底更新思维方式和行为方式 过去的维修方式 无论怎么使之计算机化 其局限性正变得日益明显 2 背景 2 面对这种蜂拥而至的变化 各国的维修管理人员都正在试图寻求一种新的维修方法 他们要避免总是与重大变革相伴的起步错误和误入歧途 为此 他们要寻求一种战略性框架系统 使之能将新的发展结果并入一种相关联的模型中 以便对新的发展结果加以合理评估 并且采用其中对自己和企业最有价值的那一部分 本报告从维修理论的产生与发展入手 系统介绍以可靠性为中心的维修 Reliability CenteredMaintenance 简称RCM 目的是为维修管理人员提供一种科学的维修管理战略性框架系统 以期改变企业 企业现有的有形资产和使用这些资产的人员三者之间的关系 还能使新的设施以更快的速度 更大的把握和更高的精度投入更加有效的应用 3 一 RCM理论的产生与发展二 RCM的数学分析三 RCM理论的八项基本原理四 RCM的工作程序五 RCM实施的策略六 如何掌握RCM技巧七 RCM应能达到的效果八 RCM的特点和精神实质九 RCM的应用实例十 发电设备SRCM分析 目录 4 一 RCM理论的产生与发展 一 维修的演变 三个阶段 1 第一阶段第一阶段一直延续到二次世界大战 当时工业机械化程度不高 停机时间无足轻重 这意味着在大多数管理人员的头脑里 预防设备的故障并非头等大事 同时 大部分设备都比较简单 而且其中大多数的设计余量很大 这就使设备比较可靠且易于修复 因此 除了简单的清洁 维护和润滑等日常维修工作外 不需要进行什么系统的维修 对维修人员技能的要求也比较低 5 2 第二阶段第二次世界大战期间 情况发生了明显变化 战争带来的压力增加了对各种物品的需求 而产业劳动力却锐减 这导致了机械化程度的提高 到了50年代 各种设备的数量更多且更复杂 生产开始依赖于这些设备 随着这种依赖性的增长 停机时间就成为很突出的问题 这使人们想到可能并且应该预防设备故障 进而形成了预防性维修的概念 在60年代 预防性维修主要表现为定期对设备进行大修 与运行费用相比 维修费用也开始急剧增加 这使维修计划与控制系统应运而生 这种系统在很大程度上使维修成本得到了控制 而且迄今仍然是维修实践中的既定组成部分 随着固定资产占用的资本数量以及该资本成本的急剧增长 促使人们开始寻求最大限度延长资产寿命的方法 6 3 第三阶段自70年代中叶 工业领域发生了异常迅猛的变革 主要体现在新期望值 新研究和新技术三个方面 新期望值 7 新研究第三阶段的研究揭示 实际中出现的设备故障模型 不是一种 两种 而是六种 8 新技术决策支持手段 危害度分析 故障模式及影响分析 专家系统 新的维修技术 状态监测与故障诊断技术 更加注重设备的可靠性和可维修性设计 维修组织中的主要方法朝参与 合作 灵活的方向转变 9 二 维修所面临的挑战1 选择最合适的技术 2 研究每一种故障过程 3 以满足设备拥有者 使用者和全社会的期望值为目的 4 经济效益最佳和最持久的形式 5 拥有相关人员的合作与积极支持 RCM提供了一种能使用户迅速而简单地应付这些挑战的框架系统 RCM从对各设施在其使用环境下的维修需求进行一个全面的零基审查入手 进行单位结构的改进 资源的配置和系统的实现 从而达到显著改观维修效率和效益的目的 10 三 以可靠性为中心的维修理论维修理论是研究设备维修的本质和规律的理论 包括维修设计理论 维修技术理论和维修管理理论 维修理论是建立在概率统计 可靠性工程 维修性工程 断裂力学 模糊数学 故障物理 故障诊断理论和管理理论等现代科学的基础上的一门综合性工程技术应用理论 用于指导设备全寿命的维修优化 以获得最佳维修效益 保证设备的可靠性和安全性 以可靠性为中心的维修理论认为 一切维修活动 归根到底都是为了保持 恢复设备的可靠性 根据设备及其构件的可靠性状况 运用逻辑决断分析法来制订设备的维修大纲 确定所需的维修内容和合理的维修类型 适当的维修间隔期和维修级别等 从而达到优化维修的目的 在这种理论指导下进行设备维修 既能提高质量和可用率 保证使用安全 又能节约费用 以可靠性为中心的维修理论不仅适用于军事装备 也适用于民用设备 它在30多年的实践中不断地得到了完善 发展和广泛应用 11 四 以可靠性为中心的维修理论的产生定时维修理论认为 每个机件的可靠性与使用时间有直接的关系 都有一个可以找到的并且在使用中不得超越的寿命 定时拆修间隔期 即 到寿 必须拆修 以确保其安全性和使用的可靠性 并且认为 拆修得越彻底 分解得越细 防止故障的可能性就越大 定时维修工作做得越多 则可靠性越高 但实际发现 不管怎样缩短拆修间隔期 或加大拆修范围及拆修的深度 无论维修活动进行得多么充分 很多故障仍然不能防止和有效减少 有时故障率反而增加 频繁的维修 不仅限制了设备的使用 降低了可用率 而且消耗了大量的人力和物力 增加了维修费用 从1960年起 许多国家 尤其是美国的民航界 运用现代科学技术 对设备 飞机 维修的基本规律做了探索 到60年代后期形成了以可靠性为中心的维修理论 产生了MSG 1和MSG 2法 并据此改革了传统的定时维修 经实践检验获得了成功 这就是维修从技艺发展为科学的重要标志 维修理论学科从此产生了 正如1977年美国 维修工程手册 主编希金斯在该书序言中写的 在四分之一世纪稍多一些时间里 维修已经从纵然给以技艺的称号 也不怎么光彩的活动 成长为一门严谨的工程技术性学科 12 五 以可靠性为中心的维修理论的发展1978年美国联合航空公司诺兰等人受国防部的委托 发表了 以可靠性为中心的维修 专著 使以可靠性为中心的维修理论又向前迈进了一大步 从此 人们把制订预防性维修大纲的逻辑决断分析方法统称为RCM Reliability CenteredMaintenance 1980年 西方民航界吸收了RCM方法的优点 将 MSG 2 修改为 MSG 3 1988年又修改为 MSG 3修改1 1993年再次修改为 MSG 3修改2 1990年9月 英国阿兰德公司莫布雷在RCM和 MSG 3修改1 的基础上 结合民用设备的实际情况 提出了 RCM2 到1997年底已在许多国家的钢铁 电力 铁路 汽车 地铁 海洋石油 核工业 建筑 供水 食品 造纸 卷烟 药品等行业广泛应用 自从60年代美国民航界首先创立以可靠性为中心的维修理论以来 经历了怀疑 试验 肯定 推广和制订标准的过程 近40年来在指导维修实践的过程中 该理论不断地得到发展和完善 今天 这一理论已成为指导机械 机电 电器 电子等各类设备维修的共性基础理论 目前 RCM的国际标准正在拟制之中 13 二 以可靠性为中心的维修的数学分析以可靠性为中心的维修的目的是通过预防性维修工作 以最少的资源消耗来保持设备可靠性的固有水平 也就是说 在保证设备R t K K是某个可以接受的最低可靠性水平 的约束条件下寻求实现费用最少的途径 由于组成设备的大量零部件 机件 组合件及各系统不是相互独立而是相互关联的 而且制定预防性维修大纲的统计信息总是先天不足 因此按照概率统计的方法来建立模型 进行以可靠性为中心维修的数学分析是不可能的 但可以应用集合的知识进行数学分析 即将设备划分为与功能相关的机件集 并建立相应的模型进行数学分析 这种以可靠性为中心维修的数学分析 有利于进一步理解以可靠性为中心的维修大纲的制订原理及其实质 14 1 可靠性分析技术优化维修周期的基本思路 设备的故障率随运行时间的变化一般呈递增规律或浴盆曲线规律 若预防维修周期太短 则材料费用增加 若预防维修周期太长 则系统故障停运率增加 存在最佳的维修周期 使设备维修的成本 效益最佳 评价设备维修的成本 效益的指标 维修 故障费用 15 2 系统维修 故障总费用构成图 16 3 建立优化模型需要考虑的基本因素 优化目标分析单位维修效果的评价考察区间可靠性统计方法定期预防维修的方式 17 1 优化目标 最大可用率最小维修 故障费用 18 2 分析单位 设备部件检修单元检修单元的优点 可靠性模型 假设 修旧如新 更合理 寻找大于一个大修周期的观察个体 故障维修时间的计算 简化为确定量 维修材料 人工费用的计算 19 3 维修效果的评价 修复如新 功能恢复 故障率不变 最小维修 功能恢复 役龄回退 20 4 考察区间 无限区间有限区间机会区间 21 5 定期预防维修的方式 对象视为孤立设备 定期维修 对象视为系统中设备 单独定期维修 对象视为系统中设备 主设备维修时陪修 22 三 以可靠性为中心的维修理论的八项基本原理以可靠性为中心的维修理论认为 一切维修活动 归根到底是为了保持和恢复设备的固有可靠性 具体地说 要求根据设备及其机件的可靠性状况 以最少的维修资源消耗 运用逻辑决断分析方法来确定所需的维修内容 维修类型 维修间隔期和维修级别 制订出预防维修大纲 从而达到优化维修的目的 以可靠性为中心的维修理论的内容可分解为八项基本原理 简称为RCM原理 它与传统维修的观念有较大的差别 23 1 RCM原理之一 定时拆修的作用RCM原理之一认为 定时拆修对复杂设备的故障预防几乎不起作用 但对简单设备的故障预防有作用 24 2 RCM原理之二 潜在故障与功能故障RCM原理之二在于提出了潜在故障的概念 可使设备在不发生功能故障的前提下得到充分的利用 以达到安全 经济的使用目的 25 3 RCM原理之三 隐蔽功能故障与多重故障RCM原理之三认为 检查并排除隐蔽功能故障是预防多重故障严重后果的必要措施 26 4 RCM原理之四 预防性维护的作用RCM原理之四认为 有效的预防维修工作能够以最少的资源消耗来保持设备的固有可靠性水平 但不可能超过这个水平 要想超过这个水平 只有重新设计设备 27 5 RCM原理之五 故障后果的改变RCM原理之五认为 预防性维修能降低故障发生的频率 但不能改变故障的后果 只有通过设计才能改变故障的后果 28 6 RCM原理之六 预防性维修工作的确定RCM原理之六认为 预防性维修工作是根据故障的后果和所做的维修工作既要技术可行又要有效果来确定的 否则不做预防性维修工作 而是要考虑更改设计方案 29 7 RCM原理之七 初始预防性维修大纲的制订RCM原理之七认为 设备使用前的初始预防性维修大纲制订后 需要在使用期间收集使用数据资料 不断修订 逐步完善 30 8 RCM原理之八 预防性维修大纲的完善RCM原理之八认为 预防性维修大纲只有通过使用维修部门和研制部门长期共同协作才能逐步完善 31 四 RCM的工作程序第一阶段 完成设备维修需求的综合性审查 第二阶段 完成每一选定设备的RCM审查 32 RCM工作的第一阶段 RCM需求的综合性审查第一步 制订一份合适的设备登记表 第二步 确定对哪些设备进行审查和审查等级 33 第一步 制订一份合适的设备登记表1 何为设备登记表 设备登记表是一张关于单位拥有或者使用的且需进行各类维修 即使某些维修是分包出去的 的所有装置 设备和建筑物的明细表 2 确定 机器 的构成 1 三级结构的设备登记表三级结构常用于大型或复杂的设备登记表 它把工厂分为成本中心 装置和设备 2 两级结构的设备登记表两级结构常用于比较小且简单的设备登记表 此时 工厂被分成成本中心和设备 而没有装置 34 3 如何对设备编号 1 对三级设备登记表编号对一个三级设备登记表而言 设备编号包括三组数字 第一组是成本中心编号 第二组是装置编号 第三组是设备编号 2 对两级设备登记表编号对一个两级结构的设备登记表而言 设备编号由两组数字组成 第一组是成本中心编号 第二组是设备编号 3 其它设备编号系统顺序编号 部件编号 对车辆进行编号 功能码 组合码 实体编号 35 4 设备登记表上应该记录的信息 1 设备编号 2 设备是什么和做什么用的说明书 3 产品说明 如商标 型号 型号序数及出厂号 4 当地供货部门和 或代理商 包括地址和号码 5 技术资料 如额定速度 额定功率 生产能力 结构尺寸 质量等 6 购买价格和日期 7 手册和图纸 特别是操作手册 备件清单和技术手册 36 5 如何编拟设备登记表 1 为工厂每一区域画一个流程图 标明每一设备的位置 应包括车间里的设备 备用设备和已定购的设备 指明哪些设备是活动的 哪些设备是静止的 哪些设备是相互影响的和可互换的 2 如果准备采用三级结构 决定如何把每一成本中心之内的设备分成装置和设备 3 对具体的装置和设备进行编号 一定要允许扩充编号 4 如果还要包括固定数据记录信息 就要进行收集 37 第二步 确定对哪些设备进行审查和审查等级在进行以可靠性为中心的维修分析时 没有必要对所有的设备逐一进行分析 只分析重要功能设备 重要功能设备是指其故障会有下列后果之一的设备 1 安全性或环境性后果 2 隐蔽性后果 3 使用性后果或有重大的经济损失 38 RCM工作的第二阶段 设备的RCM审查一旦完成了以上第一阶段的工作 RCM分析员便可根据设备的使用范围对其进行RCM审查 审查时需要对每一选出的设备提出以下七个问题 1 在现行的使用环境下 设施的功能及相关的性能标准是什么 此即设备的功能和性能标准问题 2 什么情况下设施无法实现其功能 此即设备的功能故障问题 3 引起各功能故障的原因是什么 此即设备的故障模式问题 4 各故障发生时 会出现什么情况 此即设备的故障影响问题 5 什么情况下各故障至关重要 此即设备的故障后果问题 6 做什么工作才能预防各故障 此即设备的预防维修问题 7 找不到适当的预防性工作应怎么办 此即设备的暂定维修工作 39 实际上 维修人员本身无法完全回答以上这些问题 这是因为许多 甚至很多 答案只能由生产或操作人员提供 对涉及到功能 期望性能 故障影响和故障后果的问题更是如此 因此 对任何设备维修需求的审查应该由一个小组来实施 小组中至少要包含一名负责维修和一名运行的人员 在审查中 小组成员的资历并不比他们对应审查的设备的全面了解程度更为重要 每位小组成员还应受过RCM培训 采用小组工作 不仅可使管理部门有机会系统地利用各小组成员的知识和经验 而且小组成员本身可大大提高对处于运行环境下的设备的了解程度 40 五 RCM实施的策略 一 短期方法1 特别工作组法如果设备或系统具有棘手的难题 而难题又有比较严重的后果 一般需要培训一个特别工作组 对受影响的系统实施全面的RCM分析 常常可以很快获得最大的利润 这种小组的人员通常应专职从事评审项目 直到完成评审工作后才可解散该小组 2 选择法如果不存在适合用特别工作组法解决的严重问题 那么迅速获得利润的次佳方法是在RCM分析过程中对最有可能受益的设备实施RCM分析 具体做法可分为三步 1 确定 无足轻重 的设备 这些设备可能从RCM中获益不大 2 按重要性递减的次序排列重要设备 3 决定对非常相似的设备是否采取 样板 方法 41 二 长期方法第一种方法 在一短期 深入的项目中对所有的现场设备进行分析 在大多数现场 这种项目通常要持续六个月到一年 第二种方法 仍然要对现场的所有设备进行评审 但要分步去做 在一 二个专职促进者的指导下 也许同时也启用四五个小组 RCM实施项目能带来很大的收益 但这种收益的大小因单位而异 因此 任何一个单位决定采用哪种方法的最佳时机应该在示范项目完成后 自己能判断出根据所投入的RCM工作能带来什么收益之后 42 六 如何掌握RCM技巧RCM提供了一种通用的体制 它可使各种背景的人对范围很广 专业性很强的问题达成共识 保证很多人能很快学到有关RCM技能的最佳方法是进行适当的培训 适合于不同层次人员的最佳课程组合如下 1 工人和操作员 2天的RCM基本原理课程 这种课程配有各种实例研究和实际运用 这可使参加人了解到理论在实际中如何运用 2 工程师 运行管理员 监督员和高级技术员 包括与2天课程内容相同的3天课程 还要解释管理RCM的实施必须要做什么 3 协调员 应进行类似上述3天课程的RCM入门培训 在开始与小组工作之前 还应进行10天深入的实习 这种实习后期应包括对具有实际寿命的设备应用RCM 43 七 RCM应能达到的效果 一 RCM分析的成果1 对设备功能的认识 对设备的这种了解 大多数发生在评审小组在信息工作单的第一栏列出设备功能和性能标准的时候 2 对设备为什么会发生故障以及各故障的根本原因有较好的了解 这将把维修力量集中在设法解决名副其实的问题上 不仅有助于预防自然发生的故障 而且还使人们停止做引发故障的事情 此方面的大多数认识产生在评审小组对设备的故障模式和影响进行分析的时候 分析结果记录在RCM信息工作单的第三四栏中 3 用于确保设备处于按规定性能水平运行的状态建议工作清单 工作选择过程分预防性工作和暂定措施 选出的工作列在RCM决断工作单中 4 极大地提高了配合 参加RCM评审会议的人能很好地了解到小组各成员应做什么 小组作为一个整体应设法达到什么目的 各小组成员如何才能在达到这一目的中发挥作用 这一过程将大多数小组由非常分散的个人集中转变为一个整体 44 二 RCM的效益1 改善安全性和环境完整性 1 安全性和环境完整性变成头等大事 跟踪安全性和环境完整性最常用的方法是记录发生事故的次数 2 决断过程要求对安全和环境能造成影响的故障必须以某种方式加以解决 绝对不能容忍无动于衷 选择的工作要将所有的与设备相关的安全性和环境性危害降低到可接受的水平 3 解决保护系统问题的结构方法 特别是隐蔽功能概念和解决故障检测问题的方法 使保护装置的维修不断改善 4 对故障影响和定期维修不能预防临界故障时必须采取的暂定措施进行彻底审查 常常产生可将不能接受的风险降至可接受水平的额外保护措施 5 定期工作 特别是扰乱基本上稳定系统的侵害性工作 频度和数量整体下降 降低了维修其间发生的或启动后不久发生的临界故障的风险 45 2 提高设备运行性能 1 连同严格的用于评估工作有效性的判据一起 对还未被认为有安全性危害的各故障的使用性后果进行系统的审查 确保只选择最有效的工作来处理各故障模式 2 通过建立各故障模式与相应功能故障间的关系 信息工作单提供了一种快速的故障诊断手段 这又缩短了修复时间 3 将重点放在视情工作上 有助于确保在潜在故障转变为功能故障前被发现 这有助于降低使用性后果 4 全盘列出有可能的故障模式 同时加上对工龄与故障间关系的不带偏见的评估 可揭示出往往根本没有理由实施任何频度下的定期大修 5 对故障模式进行严格规范的审查和对故障采取预防或纠正措施 缩短了停工时间 6 停工时间越短就越容易控制 因此越有可能按计划完成 停工时间越短可使设备停运后再次启动时的早期故障问题越少 因为设备不会多次中断 这也使整体可靠性增加 7 拆除多余的部件 从而消除不必要的故障 常常发现 复杂设备中有5 20 的部件是完全多余的 但这些部件发生故障时能使设备中断运行 拆除这些部件可使可靠性提高 8 对故障模式进行系统的分析 有可能辨别出并消除慢性故障 并采取适当的预防措施 否则这种故障难以检测 9 RCM为那些参与这一程序的人提供了一个迅速 系统地学会如何操作和维护新设备的机会 可使他们避免许多否则会发生的错误 并确保从一开始就正确地对机器进行维护 46 3 增加维修成本效益 1 减少定期维修费用 应有RCM可使定期维修工作量下降40 70 2 获得更好的售后维修服务 清楚地了解故障后果可使买方更准确地规定响应时间 从而可节省大量经费 详细地分析预防性工作能使买方降低维修合同中定期部分的工作量和频度 这也相应降低了合同经费 3 减少使用昂贵的专家 如果受雇于供应商的现场技术员能参加RCM会议 会议上所进行的知识交流可使独立解决难题的专家的能力大大提高 4 明确获取新维修技术的方针 决定预防工作是否技术可行并值得做时所采用的判据可直接应用于状态监测系统 从而避免很多代价极大的错误 5 更多地列入 改进的运行性能 的设备 快速故障诊断意味着每次修复所花费的时间更少 在潜在故障变为功能故障前对其进行检测 不仅能正确地安排修复 而且还降低了功能故障引发二次损伤的可能性 减少或消除大修并缩短必需的停工工作时间 可使部件和人工 通常为合同工 的费用大大节省 消除为预防设备发生故障而对生产的干扰 或造成干扰对生产故障的预防 或故障发生后的修理 学会应如何操作设备并且识别出慢性故障 可降低故障数量和严重度 这又降低了必需的修复费 47 4 延长昂贵设备的有用寿命通过确保每台设备得到最低限度必需的维修 RCM程序非常有助于确保设备与其保持完好的支撑结构和仍然可用的备件同寿命 有助于用户获得最长的单独部件的有用寿命 5 增加人员主观能动性 1 清楚地了解设备的功能以及他们必须做什么来使之不断工作 大大提高了每个人的能力 增强了每个人的信心 2 清楚地了解每个人无法解决的问题 能使他们在此限度内更称心地工作 例如 维修领班不再机械地对所有故障负责 这使他更镇定更合理地处理将来的故障 3 每一小组成员在参与制定目标 决定要达到目标应做什么和决定由谁做时所运用的知识导致很强的所有权意识 这种能力 信心 自在和所有权的组合意味着有关人员非常可能想要正确的工作 并第一次就做正确 48 6 良好地配合在许多单位 配合似乎已变成达到目的的手段和完全变成了目的 高度组织化的针对维修问题的分析和决断的RCM方法促进了配合 这种方法不仅促进审查小组本身内部的配合 而且还加强了下列单位间的联系和合作 1 生产或运行部门与维修职能部门之间 2 管理部门 监督员 技术员与操作员之间 3 设备设计者 买方 用户和维修人员之间 49 7 维修数据库 1 适当变化的环境 RCM数据库使我们有可能根据所有维修工作的理由一直追溯回到设备的功能和运行环境 因此 如果运行环境的某一方面有所改变 就很容易辨认出受影响的工作并做出相应改变 相反 也同样容易辨认出未受到这种改变的影响的工作 这意味着时间没有完全耗费在审查工作上 2 更准确的图纸和说明书 RCM程序一般意味着以全新的见解阅读图纸和说明书 人们开始问 它是干什么的 而不问 它是什么 这可使他们发现图纸和说明书上数量惊人的错误 3 减少人员调动造成的影响 所有单位在熟练人员调离或退休 并将他们的知识和经验一起带走时 都要遭受损失 如果将这些信息记录在RCM数据库内 单位就不太容易受到这些变化的损害 能够将大部分知识和经验传给新招收来的设备维修人员 4 采用专家系统 信息工作单上的信息为专家系统提供了良好的基础 实际上 这种工作单本身就是简单的专家系统 50 8 整体化的框架系统所有讨论的问题都是维修管理主流的一部分 而且多数已是改进的方案 RCM的一个主要特点是 它为立即解决所有这些问题和与RCM程序中的设备有关系的每一个人提供了一种有效的整体化框架系统 因此 在评估是否值得执行RCM实施大纲时 也需要问一问为解决上述各个问题分别需要花费的时间和精力 51 9 RCM不知怎么应用如果运用得当 那么RCM就能非常快地收到效果 然而 并不是每次RCM应用都能发挥全部潜能 有些甚至收获甚微或毫无成效 其原因主要有 1 实施分析的级别太低 这会产生一系列问题 其中最重要的是分析所花的时间比应花时间长得多 这会造成文字工作量大大增加 决断质量明显下降 2 应用得太肤浅 这一般是培训和实践不充分的结果 或者主要参加人对现状的感情投入过重 3 过分强调MTBF和MTTR这样的故障数据 牺牲非常明确的性能标准和严格的故障后果评估 造成肤浅的分析偏重 这些评论表明 最有把握获得大部分RCM利益的方法是在正确的级别上应有RCM程序 并为此配置一组经良好培训的人员 52 八 RCM的特点和精神实质 使用逻辑严密的技术分析方法确定维修工作 而不是凭经验制定检修计划 重视故障后果的全面 系统分析 胜过故障机理的研究 提出了维修 故障总费用的概念 能更合理地进行成本 效益分析 维修 故障总费用包括 预防维修人工 材料费用 故障维修人工 材料费用和停机损失折算费用 53 九 RCM确定设备维修需求的技术分析方法 1 确定设备维修工作类型的RCM技术分析流程图 2 系统的设备划分 3 分系统维修需求评级的基本方法 4 FMEA 功能 故障 故障模式 故障后果分析方法 5 LTA RCM逻辑决断图 确定维修项目及维修工作类型的科学方法 54 RCM实施流程图 55 1 确定设备维修工作类型的RCM技术分析流程图 56 2 RCM的主要技术分析方法之一 设备的划分 设备划分的目的设备划分的基本原则 57 设备划分的目的 分析元素在系统中的功能 分析元素故障对系统可靠性 可用率的影响 分析元素维修方式改变对系统维修费用的影响 58 设备划分的基本原则 费用直观 功能相关 即把联合起来共同实现某一完整功能的机件群划分为集合的一个元素 相互独立 即集合内元素之间没有重叠 一个元素不能同时属于两个集合 如分系统 属性相近 即设备内流动的介质相近 同为高温 高压 或中温 中压 或机件的机构复杂程度相近 59 3 RCM的主要技术分析方法之二 分系统重要度评级 分系统重要度评级的目的 合理分配维修资源 确定FMEA的最终层次 FMEA的分析层次依次为系统 分系统 设备 部件 根据各分系统的重要度 确定各分系统的最终分析层次 重要度等级越高 FMEA的最终分析层次越低 60 分系统重要度评级的方法 系统可用性分析模型系统安全性分析模型 61 系统可用性分析模型 统计各分系统的故障率和维修时间 统计一定时期内分系统故障导致的全厂可用率下降值占系统故障导致的全厂可用率下降值的百分比 根据百分比对分系统的重要度进行分类 百分比 10 一类 1 百分比 10 二类 0 01 百分比 1 三类 百分比 0 01 四类 62 系统安全性分析模型 详细列出能引起设备严重毁坏和人员伤亡的严重故障和多重故障作为分析的顶部事件 估计严重故障和多重故障的发生概率并评估其后果 用故障树方法分析部件故障对所选顶部事件的贡献 计算各部件的Fussell Vesely重要度 按F V重要度确定设备 部件的重要度等级 F V 0 05 一类 F V 0 05 二类 63 4 RCM的主要技术分析方法之三 FMEA FMEA的目的FMEA的主要步骤 64 FMEA的目的 分析设备主要故障模式和故障直接原因及故障后果 为制定维修策略提供重要故障模式列表 65 FMEA的工作程序框图 66 功能 故障关联表 67 故障 构成元素关联索引表 68 FMECA登记表 69 FMEA的主要步骤 确定各分系统的最终分析层次 规划1 在各分析层次上 分析功能与故障的对应关系 用矩阵法建立故障与系统构成元素之间的关联索引 规划2 以系统构成元素与故障的一个关联为分析单位 分析系统构成元素的主要故障模式和故障直接原因及故障后果 将具有安全性后果 隐蔽性后果和对整个系统有使用性后果的故障分析结果列入重要故障模式汇总表 70 FMEA分析层次 分系统的重要度等级越高 FFMEA的最终分析层次越低 系统分系统设备部件重要部件的重要部位 71 故障后果 安全性后果 故障会导致人身伤亡和重要设备严重毁坏 使用性后果 故障会导致运行机组强迫停运 停运机组不能按要求启动或使机组出力下降 效率降低 非使用性后果 故障不会导致安全性后果和使用性后果 即故障只增加维修费用 隐蔽的故障后果 未处于工作状态的设备发生故障 其功能的丧失对操作人员而言是隐蔽的 只有当相关设备出现故障 该设备不能按需要进入正常工作状态时 才会进一步引发多重故障 多重故障的后果只是可能的 而不是现实的 72 FMEA的特点 从上到下 逐级展开 上一级的故障原因就是下一级的故障 用关联矩阵记录 分析内容层次分明 73 5 RCM主要的技术分析方法之四 RCM逻辑决断图 针对重要故障模式 按照故障后果的类型和设备可靠性特性确定维修工作类型 对于安全性后果 必须采取预防措施 定期维修 隐患检测或更改设计 对于使用性后果 按经济性有利的原则分析是否要采取预防措施 对于非使用性后果 通常考虑事后维修 74 维修工作类型 预防性维修工作 视情维修隐患检测定期维修 定期检查 更换和日常维护更改设计状态监控 事后维修 75 确定维修工作类型的步骤 分析故障后果的类型 故障后果分为隐蔽性后果 安全性后果 环境性后果 使用性后果 非使用性后果 按故障后果的类型和可靠性特性 确定预防性维修工作是否技术可行 有效 若不可行 则考虑更改设计或状态监控 若可行 则确定合适的预防性维修工作 76 77 确定合适的预防性维修工作类型 78 技术可行 的含义 维修工作与设备的可靠性固有特性相适应 定时维修的技术可行 设备有确定的耗损期 设备大部分能工作到耗损期 定时维修能将设备恢复到规定的状态 视情维修的技术可行 设备功能的退化是可探测的 设备必须存在一个可定义的潜在故障状态 设备从潜在故障发展到功能故障之间必须有一段较长的时间 隐患检测的技术可行 能够确定隐蔽功能故障的发生 79 有效 的含义 安全 环境 隐蔽性后果 能降低故障概率 使用性后果 预防性维修费用小于故障后果损失和修理费用 非使用性后果 预防性维修费用低于事后维修的费用 80 1 RCM的研究内容 RCM是一种对设备的故障后果进行结构性评价 分析并综合出一个安全 经济和维修费用节省的维修策略 其研究内容包括 1 故障后果评价 2 故障特性研究 呈六种不同形状 3 故障诊断和维修方法的研究 4 维修管理和维修策略的研究 十 RCM理论的总结 81 2 RCM应用的基本程序 设备的选择 功能和功能故障的确定 确定每一故障的后果 根据故障后果选择最有效的维修方式 按RCM规定程序完成维修工作 82 3 RCM的基本问题 现行的使用环境下 设备的功能及相关的性能标准是什么 什么情况下设备无法实现其功能 功能故障是什么 引起各功能故障的原因是什么 各故障发生时会出现什么情况 故障影响和后果 什么情况下各故障至关重要 故障重要程度排序 做什么工作才能预防各种故障 维修决策 找不到适当的预防工作应怎么办 83 4 RCM以后果评价作为维修方法选择的依据 1 对潜在故障使用强制性的预防维修 2 对危害安全的故障使用强制性的预防维修方法 若没有降低故障灾害的维修方法 则应考虑设备或部件的重新设计 3 运行或非运行的经济性故障 应根据经济合理性来决策 维修策略包括 状态维修 预防维修 事后维修和技术改造 84 5 设备故障模式及其概率 A 浴盆曲线4 B 损耗工龄区故障率高 其它不变 2 C 故障率逐渐增高 无损耗工龄区 5 D 初期故障率低 其它时间不变 7 E 故障率始终不变 14 F 初期故障率高 其它时间不变 68 根据民用飞机设备和部件的故障统计所得 85 6 RCM的维修模式 如故障特征是以磨损为主 而状态监测又比较困难或费用较大 且平均故障间隔期较长 则应首选定期维修 如同样是磨损故障 或状态监测容易 费用小 或平均故障间隔较短 则应把状态监测放在首位 对于随机故障为主的故障 如平均故障间隔较长 应首选定期维修 对于处于耗损区 则应首选状态维修 如随机故障发生频繁 不论平均故障间隔长短 均应首先考虑改进维修 其中故障间隔较长的故障 还可以依次选择事后 状态维修 而频繁发生的故障 还可以依次选择状态 事后维修方式 86 7 RCM的应用 收集各类信息 运行要求 限制条件 主系统 子系统部件的功能和位置 关联性和独立性 系统功能划分 构造代表电厂功能系统的可用性图 ABD 表明子系统和各系统之间的独立性和相关性 故障树分析 在ABD上标明每个系统故障之间的关系 故障模化做到每一个部件 按可用性排序 计算平均故障时间 MTBF 和平均停机时间 MDT 根据每一部件对系统可用率的贡献 进行排队 排在前列的部件对系统运行的影响大 最有效的维修应集中于排在前面的设备 87 8 RCM应用的可量化效益 1 直接维修劳动力的减少 2 间接运行人员的减少 3 备品备件的减少和购买劳动力的减少 4 办事人员 计划和管理人员的减少 5 加班费的减少 6 人员培训费用减少 7 转包商的费用减少 8 维修的一般消耗减少 9 废品及其处理减少 10 成本降低 11 更可靠的消费服务 12 更高的产品质量 13 更高的生产率 14 更长的使用寿命 15 资本消耗降低 16 维修技术和服务的投资减少 概括起来 人力节余 材料节省 销售改进 运行费用降低 88 RCM的应用 EditionCompanyofNY 1 8个火电厂 1个核电厂 1985年开始RCM 第一阶段的原则 逐步开展 RCM人员培训 分析电厂运行和维修的数据 发现空气系统存在阀门卡涩 湿度太大和带油问题 给水泵存在机械密封 电动机和泵的轴承故障等问题 首选锅炉给水泵和空气系统实施RCM 原因是这些设备对系统的影响大和维修成本高 1987年初完成了8个电厂的给水泵和空气系统的RCM分析 89 RCM的应用 EditionCompanyofNY 2 第二阶段从1987年中开始 对整个电厂 ArthurKill 进行RCM分析 开始开发RCM专家系统 完成RCM高级培训课程 开始输配网的RCM分析 RCM辅助手段 开发振动数据采集系统 Acculignhotbenchmarkgaugesandcouplingalignmentsystem 1988年后 在IndianPointNuclearPlant开展燃油泵和Hotwell泵的RCM 在应急柴油发电机开展RCM 也考虑锅炉和汽轮机主要设备 90 RCM的应用实例 1 85年第一例 TurkeyPoint FloridaPower Lingt 3和 4机 1973年投运 的冷却水系统 包括管道 泵 阀门 换热器等设备和部件 86年第二例 McGuireNuclear DukePower 1机 1982年投运 的给水系统 汽动给水泵和汽轮机 管道 阀门 高压加热器 调节器和相关设备及控制系统 RCM比PM降低了30 40 的人力和材料消耗 91 RCM应的用实例 2 在美国之外 法国电力公司应用RCM改进了核电站的维修程序 1992年ASME会议报道 共有36家核电站采用RCM技术 有一些公司考虑成本和测量方面的困难 最后没有采用RCM 近年来 在输配电网方面也有了应用 92 RCM在设备维修管理中的应用 设备SRCM分析 设备SRCM分析的背景 设备SRCM分析的主要内容 设备SRCM分析的实施过程 93 设备SRCM分析的背景 传统RCM在流程工业中的应用 在提高设备可用率 降低维修费用等方面收到了显著的效果 但传统的RCM方法仍然是启发式方法 在每一逻辑决断点都必须根据经验和专家建议进行判断 因此在做每一判断前都必须花很长时间来收集数据 为此 对设备采用简化的RCM SRCM 进行分析 即在一些基本的FEMA和FTA的基础上 利用一些数学模型来辅助分析 达到减少工作量 加快维修决策的目的 94 设备SRCM分析的定义 SRCM分析方法就是在系统划分的基础上 在子子系统水平上有选择地进行FMEA和FTA 将得到的结果利用可靠性数学模型计算得到各级系统可靠性水平 从而找到影响系统可靠性的薄弱环节 建立基于知识的关系数据库 将故障问题 故障征兆和故障原因联系起来 从而在系统运行过程中可以根据故障征兆确定故障发生的部位 也就是实现了故障的初步定位 利用数据库的查询功能为运行维修人员提供工具来了解系统功能及性能 实现设计 制造 安装 运行和维修的全寿命管理 95 设备SRCM分析的主要内容 主要内容包括 系统划分及编码 各系统FMEA和FTA及其图表建立 建立各系统可靠性网络模型和数学模型 系统的运行 维修数据收集及统计 包括子系统和设备 部件的可靠性数据 维修性数据 可用性数据 维修费用数据 基于知识的关系数据库的建立及应用 设备运行维修数据库可首先通过收集整理几个同类型设备一到两年的运行 维修记录得到 数据库运行后 再用现场数据进行扩充和更新 96 设备SRCM分析的实施过程 设备SRCM分析流程 97 系统划分就是以生产工作流程和各生产流程阶段的功能为依据进行划分 可划分为系统 子系统 子子系统等 系统划分原则 1 功能相关 完整 即每一子系统 子子系统 内的设备共同实现一个完整的功能 2 系统相互独立 即任何两个子系统 子子系统 间设备没有重叠 没有遗漏 3 各子系统 子子系统 属性相近 即每个子系统 子子系统 复杂程度相近 划分层次整齐划一 1 系统划分 98 系统划分实例 99 根据编码原则 对设备采用功能位置码 系统码的方式进行混合编码 1 设备功能码 依据系统组成的体系结构 设备功能码结构采用层次组合结构 由机组 系统 设备三个层次 可独立使用的代码组合 采用数字 N 字母 A 混合型代码 2 设备系统码 设备在整个系统运行中的唯一标识 用以解决功能码不唯一的缺陷 代码长度12位 采用AAANNNNNNNNN的结构 前5位字母和数字标识该设备所属的系统 即其功能码中的第二层系统代码内容 后7位为数字流水号 可以方便地由系统自动生成 2 设备编码 100 设备编码实例 例如 1机左侧高压自动主汽门功能码 1NOV02AA001 系统码 NOV020000018 101 系统划分后 在子子系统水平上有选择地进行FMEA分析 在进行FMEA分析时利用功能框图和完成任务的要求来发现设计中潜在的薄弱环节 即可能出现的故障模式 每种故障模式可能产生的影响 这些影响包括设备故障对安全性 可靠性 维修性可能造成的后果和危害 3 故障模式及影响分析 FMEA 102 FMEA信息工作单 103 FMEA数据来源及所获信息的作用 104 4 故障树分析 FTA 故障树分析是一种对系统故障的成因由总体到部件按树枝状逐级细化的演绎推理分析方法 在故障树分析中 一般把所研究系统的最不希望发生的故障状态作为识别和估计的目标 并称之为顶事件 然后在一定的环境和工作条件下找出导致顶事件的直接原因 并把它们作为第二级 然后逐级向下展开 一直追溯到不能展开的最基本事件 底事件 在设备维修管理中的作用是指导事故和系统故障分析 寻找故障原因 制定维修策略和预防故障发生的有效措施 105 故障树分析实例 106 5 基于系统可靠性框图的可靠性分析 根据系统可靠性框图建立模型实现系统可靠性的定量化 进而找到影响系统可靠性的薄弱环节 为运行和技术改进提供依据 各部件的可靠性数值可以根据运行时间和故障分布函数得到 而故障分布应根据故障统计数据 进行参数估计 可采用最大似然估计 得到 107 实例 给水系统可靠性框图 108 系统可靠度计算公式 串联系统 并联系统 K N表决系统 109 6 基于蒙特卡洛模拟的设备维修方式决策 在设备维修方式决策方面 目前多数根据设备的重要度程度 采用不同的维修方式 而设备重要度的评价多数采用大多采用日本乘数法和在层次分析及模糊聚类分析基础上的Fuzzy聚类分析方法 对于流程工业这样复杂的系统 其中有各种相互关联和相互制约的因素 因此很难用第一种的经典数学方法进行分析 而用第二种方法又存在需要的主观参数多 计算复杂等缺点 而基于RCM分析的维修方式决策也存在工作量大 繁琐的问题 可以利用SRCM分析分析结果 采用蒙特卡洛模拟方法进行了设备重要度排序 进而实现了简便有效的维修方式决策 110 7 系统可用性分析 设备可用性分析方法是一种优化设备运行 维修 改善企业生产能力的方法 可靠性和维修性分析是该方法的基础 而经济评价是分析过程的一个主要组成部分 设备的可用率可从历史数据获得 111 2 以最小费用为目标的维修优化 目标函数 优化上式 便可得到最小费用的更换周期 1 以可用率最大为目标的维修优化 由 可得到最优维修时间间隔 目标函数 8 维修优化 112 9 SRCM分析中的维修数据 SRCM分析用到的维修数据主要包括 停运损失数据 维修费用数据 风险事件损失数据 113 停运损失数据表 维修数据表 风险损失数据表 SRCM分析维修数据表实例 114 将FMEA和FTA得到的故障模式和故障树加入到知识库 可以实现一定程度上的运行维修决策支持作用 该数据库不同于传统的获得知识和分配确定性水平值的方法和程序 它利用RCM技术获得知识 并存在四种类型的表中 分别是 问题表 原因表 征兆表和事件表 事件表将故障征兆 故障问题和故障原因联系起来 实际运行中 某一系统或部件故障前 总有一定征兆可以被确定 从这一征兆便可推知故障原因 10 基于SRCM分析知识的关系数据库 115 通过SRCM分析 可以确定设备 系统在可靠性和安全性方面的薄弱环节 并将之作为重点监管对象 利用SRCM分析得到的知识 可以实现设备 系统的故障诊断 确定故障发生的部位 通过蒙特卡洛模拟 可以确定各设备 系统的维修方式 利用可用性和费用模型 可以实现维修间隔的确定 SRCM分析为实现设备状态维修提供了有力的技术支持 结论 116 欢迎多提宝贵意见 谢谢大家 117 。