孫志毅

(煙臺(tái)金元礦業(yè)機(jī)械有限公司，山東煙臺(tái) 264670)

0 引言

對(duì)于從事作業(yè)生產(chǎn)的企業(yè)而言，機(jī)械設(shè)備的可用性是企業(yè)創(chuàng)造利潤的物質(zhì)基礎(chǔ)。然而在生產(chǎn)過程中，隨著部件或組件耗損期的到來，機(jī)械設(shè)備會(huì)不可避免的發(fā)生故障。這些故障的發(fā)生對(duì)生產(chǎn)過程的正常運(yùn)行，對(duì)生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量和成本等都會(huì)產(chǎn)生很大的影響，嚴(yán)重的還可能導(dǎo)致設(shè)備停工停產(chǎn)，甚至造成安全性事故［1］。由于良好的機(jī)械設(shè)備維護(hù)修理方案能夠明顯的減緩設(shè)備的磨損速度，出現(xiàn)故障也會(huì)及時(shí)修復(fù)故障，因此需要使用機(jī)械設(shè)備的企業(yè)制定一套系統(tǒng)科學(xué)的機(jī)械設(shè)備維修保障方案。

當(dāng)前，機(jī)械設(shè)備維修保障方案的制定往往由企業(yè)自行制定，這些方案的制定一般是由設(shè)備廠家推薦，企業(yè)再根據(jù)自身的生產(chǎn)周期動(dòng)態(tài)調(diào)整。這樣的維修保障方案缺乏科學(xué)依據(jù)，具有很大的主觀性，往往出現(xiàn)應(yīng)該大修的機(jī)械設(shè)備，由于要服從企業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃，錯(cuò)過了最佳大修期，從而導(dǎo)致設(shè)備的嚴(yán)重?fù)p壞，甚至?xí)斐芍卮蟀踩鹿?。另一方面，?dāng)機(jī)械設(shè)備的某一部件出現(xiàn)故障時(shí)，是直接將故障件報(bào)廢更新還是修理;如果修理是自行修理還是放到三級(jí)、二級(jí)甚至一級(jí)維修點(diǎn)修復(fù)。不同的修理決策，會(huì)產(chǎn)生不同的設(shè)備停機(jī)時(shí)間和不同的修復(fù)費(fèi)用，如何在這兩者之間進(jìn)行決策最為合理是許多使用機(jī)械設(shè)備的企業(yè)經(jīng)常要面臨的問題［2］。

針對(duì)當(dāng)前面臨問題，筆者運(yùn)用以可靠性為中心的維修分析方法和修理級(jí)別分析，研究了機(jī)械設(shè)備維修保障方案的制定方法和過程，以使企業(yè)能夠以最少的維修成本，保證機(jī)械設(shè)備的最大使用可用度，從而為企業(yè)的利潤最大化提供有效保障。

1 方案制定原則

作為企業(yè)而言，如何以最小的生產(chǎn)成本獲得最大的企業(yè)利潤是其生存與發(fā)展的關(guān)鍵。維修保障費(fèi)用作為一類特殊的生產(chǎn)成本，往往會(huì)被忽視。然而大量的生產(chǎn)實(shí)踐證明，機(jī)械設(shè)備的維修保障費(fèi)用往往是其購置費(fèi)用的2～5倍，這便是保障領(lǐng)域所說的“冰山效應(yīng)”［2］，見圖1。不同的維修保障方案會(huì)產(chǎn)生不同的維修保障費(fèi)用，因此費(fèi)用是機(jī)械設(shè)備維修保障方案制定時(shí)需要重點(diǎn)考慮的一個(gè)參數(shù)。圖2給出了機(jī)械設(shè)備在維修保障過程中可能產(chǎn)生的費(fèi)用結(jié)構(gòu)分解。

企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)制造時(shí)，其訂單的簽定往往不是計(jì)劃好的，而是具有一定的隨機(jī)性，而且一旦簽定就要滿足訂單的時(shí)效性，即在規(guī)定的時(shí)間期限內(nèi)完成任務(wù)。為了滿足這種生產(chǎn)模式，需要機(jī)械設(shè)備具有較高的可用性，即機(jī)械設(shè)備在任一隨時(shí)時(shí)刻表需要和開始執(zhí)行任務(wù)時(shí)，處于可工作或可使用狀態(tài)的程度要高。使用可用度AO是與能工作時(shí)間和不能工作時(shí)間有關(guān)的一種可用性參數(shù)，定義見式(1)，在工程實(shí)踐中常常做為評(píng)價(jià)設(shè)備可用性的重要參數(shù)，這里將使用可用度作為機(jī)械設(shè)備可用性的主要效能參數(shù)。

綜上，可確定出制定機(jī)械設(shè)備維修保障方案時(shí)的原則為“費(fèi)用—使用可用度”原則，即使企業(yè)能夠花費(fèi)最少的維修保障成本，來確保機(jī)械設(shè)備具有最大的使用可用度，以便能夠盡最大可能的創(chuàng)造效益。

圖1 機(jī)械設(shè)備壽命周期費(fèi)用的“冰山效應(yīng)”

圖2 機(jī)械設(shè)備維修保障費(fèi)用結(jié)構(gòu)分解圖

2 方案內(nèi)容與制定方法

機(jī)械設(shè)備維修保障方案主要規(guī)定了與維修保障有關(guān)的內(nèi)容，主要分為預(yù)防性維修(計(jì)劃維修)保障方案和修復(fù)性維修(非計(jì)劃維修)保障方案兩大部分。下面分別對(duì)其介紹。

2．1 機(jī)械設(shè)備預(yù)防性維修保障方案

預(yù)防性維修又稱為計(jì)劃維修，是一種為了保證裝備的任務(wù)性、安全性和經(jīng)濟(jì)性而進(jìn)行的對(duì)重要功能產(chǎn)品的預(yù)防性維修。為了提高機(jī)械設(shè)備的使用可用度，加強(qiáng)裝備維修的計(jì)劃性，對(duì)于某些產(chǎn)品必須進(jìn)行有針對(duì)性的預(yù)防性維修，以保證裝備在任務(wù)性、安全性和經(jīng)濟(jì)性三個(gè)方面取得滿意的效果。裝備的預(yù)防性維修保障方案主要包括四個(gè)方面的內(nèi)容:①需要進(jìn)行預(yù)防性維修的產(chǎn)品;②預(yù)防性維修的工作類型;③預(yù)防性維修間隔期;④預(yù)防性維修級(jí)別的確定。

根據(jù)以上介紹的預(yù)防性維修保障方案內(nèi)容，參考以可靠性為中心的維修分析方法(RCMA)，現(xiàn)對(duì)機(jī)械設(shè)備的預(yù)防性維修保障方案建立流程設(shè)計(jì)如下。

(1)重要功能產(chǎn)品的確定 對(duì)于組成機(jī)械的總成、組合件、合件、零件而言，只需要對(duì)可能影響安全性、任務(wù)性和經(jīng)濟(jì)性的重要功能產(chǎn)品進(jìn)行預(yù)防性維修，其它部件可在發(fā)生故障后再處理。確定重要功能產(chǎn)品的方法是進(jìn)行功能分析，即首先將功能系統(tǒng)分解為系統(tǒng)、分系統(tǒng)、總成、組合件、合件、零件［3］，如圖3所示，然后沿自上而下的順序考慮產(chǎn)品故障的后果，確定出重要功能產(chǎn)品。

圖3 系統(tǒng)功能分解圖

(2)故障模式、影響和原因分析(FMEA) 預(yù)防性維修工作表面上是對(duì)重要功能產(chǎn)品的預(yù)防，實(shí)質(zhì)上是對(duì)重要功能產(chǎn)品故障模式的預(yù)防，因此接下來要對(duì)每個(gè)重要功能產(chǎn)品進(jìn)行FMEA，確定出所有的功能故障、故障模式、故障影響和原因。FMEA有兩種基本方法:硬件法和功能法?？筛鶕?jù)裝備的復(fù)雜程度選擇對(duì)應(yīng)的分析方法，也可綜合使用。

硬件法根據(jù)產(chǎn)品的功能對(duì)每個(gè)故障模式進(jìn)行評(píng)價(jià)，用表格列出各個(gè)產(chǎn)品，并對(duì)可能發(fā)生的故障模式及其影響進(jìn)行分析。各產(chǎn)品的故障影響與分系統(tǒng)及系統(tǒng)功能有關(guān)。當(dāng)產(chǎn)品可明確確定硬件構(gòu)成時(shí)，一般采用硬件法。硬件法的優(yōu)點(diǎn)是較為嚴(yán)格。

功能法認(rèn)為每個(gè)產(chǎn)品可以完成若干功能，而功能可按輸出分類。使用該方法時(shí)，將輸出一一列出，并對(duì)它們的故障模式進(jìn)行分析。當(dāng)產(chǎn)品的硬件構(gòu)成不明確時(shí)，一般采用功能法。該方法的優(yōu)點(diǎn)是比硬件法簡單，但可能忽略某些故障模式。

(3)選擇預(yù)防性維修工作類型 確定預(yù)防性維修工作類型是預(yù)防性維修保障方案的核心內(nèi)容。預(yù)防性維修工作類型就是采取何種預(yù)防性維修方法的統(tǒng)稱，是指利用一種或多種維修作業(yè)，發(fā)現(xiàn)或排除某一潛在故障，防止功能故障的發(fā)生。目前預(yù)防性維修工作類型有七種:保養(yǎng)、操作人員監(jiān)控、定期檢查、小修、項(xiàng)修、大修以及它們的綜合工作［4］。

確定預(yù)防性維修工作類型的過程可用邏輯決斷圖(見圖4)的形式表達(dá)出來，應(yīng)用邏輯決斷分析可以確定出各重要功能產(chǎn)品應(yīng)做的預(yù)防性維修工作，并以適用性和有效性準(zhǔn)則來加以判定。

圖4 機(jī)械設(shè)備預(yù)防性維修工作選擇邏輯決斷圖

(4)確定預(yù)防性維修間隔期 保養(yǎng)間隔期的確定，目前還沒有成熟的理論公式，因此項(xiàng)目中主要將根據(jù)類似產(chǎn)品以往經(jīng)驗(yàn)和研制方建議，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)豐富的工程人員的判斷確定。

操作人員監(jiān)控屬于工作人員的正常職責(zé)，無需確定其間隔期。

機(jī)電類產(chǎn)品服從指數(shù)分布，定期檢查間隔期:

式中:ˉA為指定的產(chǎn)品平均可用度;λ為電子產(chǎn)品的故障率;Tc為所求的定期檢查間隔期。

對(duì)于具有明顯耗損期的部件，只要掌握產(chǎn)品進(jìn)行耗損期前的平均工作時(shí)間，就可以按一定的可接受的發(fā)生故障概率來確定大修、項(xiàng)修和小修的間隔期。工程實(shí)踐中，確定這三種工作的間隔期常采用工齡定時(shí)更換策略。機(jī)械設(shè)備中的最常見故障原因是磨損，而磨損可用威布爾分布描述，此時(shí)大修、項(xiàng)修和小修的間隔期的確定公式為:

式中:R為產(chǎn)品的任務(wù)可靠度;e為常數(shù);m和η分別為威布爾分布的形狀參數(shù)和真尺度參數(shù)。

(5)提出預(yù)防性維修級(jí)別的建議 現(xiàn)行維修級(jí)別一般分為企業(yè)自修、三級(jí)維修點(diǎn)和二級(jí)維修點(diǎn)和一級(jí)維修點(diǎn)。保養(yǎng)、操作人員監(jiān)控由企業(yè)自修承擔(dān)，定時(shí)檢查和小修由三級(jí)維修點(diǎn)承擔(dān)，項(xiàng)修和大修分別由二級(jí)和一級(jí)維修點(diǎn)承擔(dān)。

(6)形成裝備預(yù)防性維修保障方案匯總表 經(jīng)過上述工作，可形成機(jī)械設(shè)備的預(yù)防性維修保障方案，匯總的結(jié)果樣表見表1。

表1 機(jī)械設(shè)備預(yù)防性維修保障方案匯總樣表

2．2 機(jī)械設(shè)備修復(fù)性維修保障方案

修復(fù)性維修又稱為非計(jì)劃維修，主要解決機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)偶然故障如何修復(fù)的問題。為了使設(shè)備出現(xiàn)故障后能夠得到及時(shí)有效的修復(fù)，需要對(duì)故障件進(jìn)行合理決策，以確定出故障件是修理恢復(fù)還是報(bào)廢換新，若修理恢復(fù)，應(yīng)在哪一修理級(jí)別上進(jìn)行。

相對(duì)于預(yù)防性維修保障方案，機(jī)械設(shè)備修復(fù)性維修保障方案的制定要簡要的多。實(shí)際應(yīng)用中，機(jī)械設(shè)備的故障件一般換件更新［5］，而不進(jìn)行故障件的修復(fù)工作。對(duì)于故障修理級(jí)別的決策，其步驟為:

(1)按照企業(yè)自修、三級(jí)維修點(diǎn)和二級(jí)維修點(diǎn)和一級(jí)維修點(diǎn)的順序決策，哪一級(jí)別能夠修理則在哪一級(jí)上維修［6］。

(2)除企業(yè)自修外，會(huì)根據(jù)維修點(diǎn)的遠(yuǎn)近決策，即選擇離故障發(fā)生地較近的、且有能力維修的維修點(diǎn)維修。例如三級(jí)維修點(diǎn)和二級(jí)維修點(diǎn)都能維修，但二級(jí)維修點(diǎn)更近，則選擇二級(jí)維修點(diǎn)。

3 案例分析

某型橋式起重機(jī)是實(shí)現(xiàn)車船制造類企業(yè)生產(chǎn)過程中不可缺少的機(jī)械設(shè)備，其用途是把工作空間中的物品從一個(gè)地點(diǎn)運(yùn)送至另一個(gè)地點(diǎn)［4］。以該型設(shè)備的維修保障為例，分別采用了本文的方法和原有的維修保障方法進(jìn)行了對(duì)比，通過統(tǒng)計(jì)實(shí)際工作中兩種方案產(chǎn)生的的維修保障費(fèi)用和使用可用度，來比較方案之間的優(yōu)劣。按照本文思路所設(shè)計(jì)的維修保障方案見表2和表3(由于整表較大，這里只列出了部分;另外由于保密要求，對(duì)表中的數(shù)據(jù)進(jìn)行了合理調(diào)整)，而原有的維修保障方案中，在每年的年末進(jìn)行一次大修，而對(duì)于項(xiàng)修和小修則根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃動(dòng)態(tài)安排。兩種方案的統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表4。

表2 某型橋式起重機(jī)預(yù)防性維修保障方案(部分)

表3 某型橋式起重機(jī)修復(fù)性維修保障方案(部分)

表4 某型橋式起重機(jī)維修保障方案的費(fèi)用-使用可用度統(tǒng)計(jì)

通過表4中統(tǒng)計(jì)3年的使用情況，可發(fā)現(xiàn)本文設(shè)計(jì)的維修保障方案雖然在預(yù)防性維修費(fèi)用方面要高于原有方案，但起重機(jī)的修復(fù)性維修費(fèi)用要明顯低于原有方案，而且在使用可用度方面比原有方案提高了10%;對(duì)于任務(wù)性、安全性和經(jīng)濟(jì)性影響的統(tǒng)計(jì)可顯示本文的維修保障方案具有顯示的優(yōu)勢(shì)。綜合來看，利用本文的方法制定的起重機(jī)維修保障方案的費(fèi)效比要明顯優(yōu)于原有方案。

4 結(jié)語

許多企業(yè)只對(duì)機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)過程重視，而對(duì)其維修保障不重視，認(rèn)為維修保障工作是企業(yè)生產(chǎn)的累贅。然而大量實(shí)踐表明，有效的維修保障工作可以延長機(jī)械設(shè)備的使用壽命，減少故障、特別是重大隱患往下，從小端到大端的銑削路徑，在每一個(gè)斜面的加工中都要在兩側(cè)留出進(jìn)刀與退刀的空間，直到最后一刀的加工在根部殘留下球頭銑刀的端部弧，加工出整個(gè)斜面。銑削過程中，加工中心采用2．5軸聯(lián)動(dòng)，即在Z軸上不斷下落，下落的同時(shí)在Y軸上向外偏移，然后在X方向上直線加工，每次下落、移動(dòng)的距離很小，保證了斜面加工的精度。

［1］ 吳新佳．?dāng)?shù)控加工工藝與編程［M］．北京:人民郵電出版社，2009．

［2］ 邵偉平．內(nèi)錐螺紋的數(shù)控銑削分析［J］．制造技術(shù)與機(jī)床，2009(1):24-25．

［3］ 付 晉，石 瑩．宏程序在數(shù)控銑削中的應(yīng)用［J］．煤礦機(jī)械，2009(9):128．

［4］ 姜善濤．?dāng)?shù)控加工技術(shù)［M］．成都:西南交通大學(xué)出版社，2012．

［5］ 何 平．?dāng)?shù)控加工中心操作與編程實(shí)訓(xùn)教程［M］．北京:國防工業(yè)出版社，2010．