基于臨界分析的維修策略

基于臨界分析的維修（CR Iticality-analysis-based Maintenance，CR IM）策略是一種優(yōu)化的系統(tǒng)維修規(guī)劃方法，它綜合考慮了環(huán)境及流程條件，以確定關(guān)鍵設(shè)備及適當(dāng)?shù)念A(yù)防性維修計劃。這種維修策略可以在進(jìn)行生命周期成本分析之前，利用臨界方法對工作設(shè)備完成快速評估。CR IM通過應(yīng)用臨界分析（criticality analysis，CA）、生命周期成本分析（life-cycle cost analysis，LCCA）和生命周期評估，讓工廠設(shè)備維修實現(xiàn)最佳成本效益。

基于臨界分析的維修（CRIM）

CR IM流程（圖1）從CA起步，CA在任何維修和可靠性方法中都是一個關(guān)鍵過程。它提供了決定設(shè)備價值的依據(jù)，以及對人身安全、環(huán)境和生產(chǎn)過程產(chǎn)生影響的基礎(chǔ)，也決定了設(shè)備所需維修策略實施的優(yōu)先等級。CR IM流程的第二步是LCCA，用以明確對關(guān)鍵設(shè)備應(yīng)用特定維修程序的價值收益。

圖1 基于臨界分析的維修流程圖

臨界分析（CA）

臨界狀態(tài)是對故障后果的相對衡量。臨界評估包括對事件和故障的定量分析，以及對故障后果嚴(yán)重程度的等級排序。換句話說，臨界分析方法僅對故障后果進(jìn)行評估，而故障率則被歸屬于LCCA范疇。

在臨界分析開始之前，ABB公司的服務(wù)商要求客戶提供一份所有需要臨界分析的設(shè)備地點(diǎn)列表。在臨界分析團(tuán)隊會議中，服務(wù)商會對每個列表地點(diǎn)提出了一系列的問題，并參考這些問題的答案，為每個列表因素選擇相應(yīng)的校準(zhǔn)臨界水平（這些因素都在之前的維修過程中與專家討論確認(rèn)過）。設(shè)備臨界水平的自動生成是基于諸多因素綜合分析的結(jié)果，參照了每個資產(chǎn)的停機(jī)時間、響應(yīng)時間、生產(chǎn)力、質(zhì)量、環(huán)境、安全及設(shè)備故障造成的能量損失和最終繼發(fā)效應(yīng)等。最后，生成臨界分析報告。

生命周期成本分析（LCCA）

生命周期成本分析是一種涵蓋各種分析的綜合活動，以計算系統(tǒng)或設(shè)備壽命的成本與概率為目標(biāo)，包括研發(fā)、建設(shè)、運(yùn)行、維修和處置過程（圖2）。

從圖2可見，LC C A從問題定義流程開始，沿順時針不斷循環(huán)發(fā)展，直到完全符合第一流程中所要求的條件標(biāo)準(zhǔn)為止。而在C R IM中的問題則是如何計算并確定單位時間內(nèi)主動維修策略以及基于時間和狀態(tài)的維修策略的最小平均維修成本。

文中所述LC C A理念因僅僅考慮了選定設(shè)備維修策略的成本，其唯一要考慮的資本成本就是C BM所要求的具體設(shè)備成本，該資本成本與被動維修策略無關(guān)。而其操作成本則被分為每年固定成本和因被動或預(yù)防性維修產(chǎn)生的成本，其中每年固定成本僅包括狀態(tài)監(jiān)控產(chǎn)生的成本。

LC C A的關(guān)鍵是如何判別造成生產(chǎn)損失的原因究竟是因設(shè)備故障所致，還是因預(yù)防性維修造成的。主動維修或預(yù)防性維修以維修需求的預(yù)測為基礎(chǔ)，不包括診斷過程。當(dāng)然，如果過程設(shè)計規(guī)劃的很好，與被動維修相比，生產(chǎn)停機(jī)時間將會大大減少。同樣，任何必需的材料也可以在故障發(fā)生前準(zhǔn)備好，方便需要的時候使用。一定時期內(nèi)的平均維修成本是各種維修成本的總和，其各部分比重由特定維修類型的頻率決定，而頻率及維修總數(shù)量由選擇的維修策略決定。頻率是由合并了維修對象操作條件的生命周期模型估算出來的。對于關(guān)鍵設(shè)備的具體分析，需要在固定的位置上評估包括溫度條件、清潔程度、加載情況等。

圖2 LCCA概念圖

LC C A的下一個步驟就是利用壽命和成本模型為每一個維修策略規(guī)劃LC C模型。在1個現(xiàn)實的T BM例子中，當(dāng)組件達(dá)到預(yù)防性更換年齡或失效時間時，就會被更換。該組件的最佳更換時間為2.8年，生命周期成本為每年31萬美元（圖3）。

圖3 LCC與設(shè)備壽命關(guān)系圖

LCCA同樣適用于通過對所選不同地點(diǎn)的相應(yīng)生命周期成本的測算達(dá)到對組件的定位優(yōu)化。輸入的參數(shù)變化對結(jié)果的影響可通過敏感性和不確定性分析檢查出來，輸入的參數(shù)不同在一定范圍內(nèi)可以顯示出其對主要因素和成本測算的影響。

CRIM策略圖表

對試點(diǎn)客戶站點(diǎn)兩條生產(chǎn)線設(shè)備共計698個部件進(jìn)行為期兩天的臨界分析。校準(zhǔn)和前期準(zhǔn)備用了半天時間。前100個部件的評估花掉了半天時間，之后，評估速度提升至每小時50～100個部件。最后，通過對特定關(guān)鍵部件的臨界分析得出LCCA和最終成本評估列表。CR IM維修策略圖如圖4所示。

圖4 基于臨界分析的維修策略圖

圖5 是對某個對象（變速箱）全生命周期成本（LCC）計算結(jié)果的歸納其中虛線表示不同LCCA估算的不確定性。在這個案例中，存在一個基于時間的維修（TBM）策略和相應(yīng)基于狀態(tài)的維修（CBM）策略相互競爭的最佳間隔期；此外還表明，在非任何最小定期維修間歇期間，TBM不會發(fā)生而且其費(fèi)用要比被動性維修昂貴得多。敏感性分析通常用于計算每一個參數(shù)值中細(xì)微的改變對LCC結(jié)果產(chǎn)生的積極或消極的影響。

圖5 LCC計算結(jié)果

通過對基于C A工具生成的備件清單LC C A結(jié)果的分析，可進(jìn)一步優(yōu)化備件位置。對比分析兩個不同備件位置的LC C可知：在某些情況下，只要將備件位置更靠近設(shè)備或增加備件的可用性，LC C就會大大降低。

此外，備件的位置改變也可能直接影響C A工具計算出來的臨界值，如表1所示設(shè)備從最高值5到普通值2的不同影響。

表1 不同位置不同臨界值的影響

由表1可以看出，備件成本僅占LC C的小部分。

CR IM策略解決方案

面對工廠成千上萬的設(shè)備，如何找出這海量設(shè)備組件預(yù)測、預(yù)防和故障檢修維護(hù)等策略的最優(yōu)化組合，一直是眾多企業(yè)管理者亟待解決的難題。而要完美解決這一難題，CR IM還有很長的路要走。

在某試點(diǎn)現(xiàn)場，借助為關(guān)鍵閥門和軸承選擇恰當(dāng)?shù)腃BM策略和應(yīng)用良好的狀態(tài)監(jiān)控方法，LCC每年節(jié)省62萬美元。該試點(diǎn)研究的結(jié)果表明：CR IM分析適用于工程設(shè)計階段或工廠驗收測試部分。此外，CR IM需要多個領(lǐng)域?qū)I(yè)知識的支持也應(yīng)引起重視。

（供稿：中國設(shè)備管理協(xié)會國際合作交流中心）