陳建華，陳世和

（華潤電力技術(shù)研究院有限公司，廣東深圳 518001）

0 引言

RCM（Reliability Centered Maintenance，以可靠性為中心的維修），在世界范圍內(nèi)的工業(yè)企業(yè)維修領(lǐng)域發(fā)揮著非常重要的作用，通過RCM 技術(shù)分析與成果應(yīng)用，能夠提高設(shè)備可靠性和可用率，降低運(yùn)行和維修成本[1]。它的特點(diǎn)在于提供了一種系統(tǒng)框架，通過對(duì)電廠各系統(tǒng)功能和失效后果進(jìn)行分析（Failure Mode and Effect Analysis，F(xiàn)MEA），針對(duì)故障后果較為嚴(yán)重的設(shè)備，增加預(yù)防性維修和點(diǎn)巡檢工作[2]。這種方法雖可降低設(shè)備故障風(fēng)險(xiǎn)，但對(duì)于發(fā)生頻率極低的故障存在嚴(yán)重的過修，導(dǎo)致檢修資源投入不合理等現(xiàn)象。提出一種構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)矩陣的方法，通過威布爾分布[3]擬合獲取設(shè)備故障模式分布規(guī)律，采用蒙特卡洛法[4]模擬某種維修策略執(zhí)行后對(duì)故障風(fēng)險(xiǎn)的影響，從而達(dá)到優(yōu)化維修策略的目的，避免了傳統(tǒng)設(shè)備維修管理中的過修或欠修問題。

1 技術(shù)方案

1.1 構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)矩陣

以設(shè)備故障的平均故障間隔時(shí)間、設(shè)備故障表現(xiàn)特征等級(jí)和預(yù)設(shè)風(fēng)險(xiǎn)維度的影響等級(jí)為指標(biāo)，創(chuàng)建預(yù)設(shè)風(fēng)險(xiǎn)維度下的風(fēng)險(xiǎn)矩陣?？紤]到對(duì)于不同的設(shè)備故障，其發(fā)生的可能性或頻率可能并不相同，為了解各故障模式的風(fēng)險(xiǎn)情況，進(jìn)而制定相應(yīng)的維修策略，可利用設(shè)備故障的平均故障間隔時(shí)間（Mean Time Between Failure，MTBF）來表示該設(shè)備故障發(fā)生的可能性或發(fā)生頻率，該平均故障間隔時(shí)間可根據(jù)實(shí)際的需求進(jìn)行不同的時(shí)段劃分。以一設(shè)備故障為例，其平均故障間隔時(shí)間劃分方法見表1。

表1 平均故障間隔時(shí)間劃分方法

對(duì)于設(shè)備故障的平均故障間隔時(shí)間的劃分時(shí)段等級(jí)以及每一等級(jí)的時(shí)段時(shí)長不應(yīng)限于上述表中的劃分，用戶可以根據(jù)實(shí)際需求對(duì)該平均故障間隔時(shí)間的等級(jí)劃分進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，以使得到各故障模式的風(fēng)險(xiǎn)情況更加符合對(duì)應(yīng)設(shè)備的實(shí)際發(fā)生故障的可能性。

設(shè)備故障模式表現(xiàn)特征等級(jí)維度包括但不限于設(shè)備優(yōu)（A）、良（B）、中（C）、差（D）等。通過對(duì)設(shè)備不同故障模式表現(xiàn)特征等級(jí)的劃分可以判定設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)等級(jí)，見表2。故障模式表現(xiàn)特征等級(jí)劃分是評(píng)價(jià)設(shè)備隱性故障發(fā)展?fàn)顟B(tài)的一種方法，利用設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)參數(shù)，提取能直觀反映某種設(shè)備故障的特征，如指標(biāo)參數(shù)的變化率、峰度、方差等統(tǒng)計(jì)特征值，并根據(jù)歷史故障特征的發(fā)展情況確定出等級(jí)劃分的標(biāo)準(zhǔn)。

表2 設(shè)備故障模式表現(xiàn)特征等級(jí)劃分方法

預(yù)設(shè)風(fēng)險(xiǎn)維度包括人員傷害維度、經(jīng)濟(jì)損壞維度、供熱影響維度、環(huán)境影響維度或聲譽(yù)影響維度等。通過在不同的風(fēng)險(xiǎn)維度下對(duì)發(fā)生的設(shè)備故障所產(chǎn)生的后果進(jìn)行后果評(píng)估，獲取該故障對(duì)應(yīng)的影響等級(jí)[5]。以某公司的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定的經(jīng)濟(jì)損壞維度為例，將故障產(chǎn)生的影響后果劃分成不同的影響等級(jí)，見表3?？紤]到劃分的合理性，對(duì)于不同的風(fēng)險(xiǎn)維度下的影響程度，其具體等級(jí)的劃分可參考企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行合理劃分，而經(jīng)濟(jì)損壞維度的影響等級(jí)劃分也不應(yīng)限于表中的劃分。

表3 故障影響等級(jí)劃分方法

1.2 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分

根據(jù)平均故障間隔時(shí)間、設(shè)備故障表現(xiàn)特征等級(jí)和預(yù)設(shè)風(fēng)險(xiǎn)維度的影響等級(jí)，將風(fēng)險(xiǎn)矩陣劃分成不同的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)區(qū)，利用這3個(gè)指標(biāo)可建立對(duì)應(yīng)的三維風(fēng)險(xiǎn)矩陣。以上述3 個(gè)表的劃分為例，可得到經(jīng)濟(jì)損失維度下的風(fēng)險(xiǎn)矩陣。利用故障模式不同的MTBF等級(jí)、表現(xiàn)特征等級(jí)和不同的影響等級(jí)可將該風(fēng)險(xiǎn)矩陣劃分為不同的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)區(qū)。不同的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)區(qū)可分為4 個(gè)等級(jí)，分別是低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和嚴(yán)重高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)[6]。該風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)區(qū)的劃分可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行其他劃分，例如，可劃分為3 個(gè)等級(jí)，如低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，又或者可劃分為5 個(gè)等級(jí)等。

1.3 根據(jù)各故障模式所在的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)區(qū)確定維修策略

在建立好該風(fēng)險(xiǎn)矩陣后，可利用設(shè)備的歷史故障數(shù)據(jù)來得到各故障模式的平均故障間隔時(shí)間、設(shè)備故障表現(xiàn)特征和對(duì)該故障模式在對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)維度下的影響程度來確定其影響等級(jí)，然后根據(jù)這3 個(gè)值將該故障模式填入該風(fēng)險(xiǎn)矩陣中的對(duì)應(yīng)位置。通過確定該故障模式的分布，可直觀了解該故障模式的風(fēng)險(xiǎn)情況，例如，當(dāng)某一故障模式分布在嚴(yán)重高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)時(shí)，可知該故障模式對(duì)應(yīng)的設(shè)備故障的發(fā)生是不被允許的。因此，為降低該故障模式再次發(fā)生的可能性，可針對(duì)性地制定其對(duì)應(yīng)的維修策略，如進(jìn)行預(yù)防性維修或增加該故障模式的檢修頻率等。維修策略包括檢修周期、維修類型等。

該維修策略制定方法還包括，將具有相同的所述預(yù)設(shè)風(fēng)險(xiǎn)維度下的影響等級(jí)，且獲取的所述平均故障間隔時(shí)間屬于同一平均故障間隔時(shí)間時(shí)段的多個(gè)故障模式，在所述風(fēng)險(xiǎn)矩陣中的同一位置進(jìn)行匯總展示，如圖1 所示。利用在該風(fēng)險(xiǎn)矩陣中把所有出現(xiàn)過的故障模式在當(dāng)前時(shí)段的風(fēng)險(xiǎn)情況進(jìn)行匯總展示，可直觀了解到該設(shè)備的整體風(fēng)險(xiǎn)情況等。而利用各故障模式在風(fēng)險(xiǎn)矩陣中的不同分布，還可直觀地確定各故障模式的風(fēng)險(xiǎn)排序，然后根據(jù)不同的風(fēng)險(xiǎn)排序可采用不同的維修策略。

圖1 經(jīng)濟(jì)損失維度下的風(fēng)險(xiǎn)矩陣

若某一故障模式分布在預(yù)設(shè)高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，則可增加該故障模式的檢修頻率，以降低該故障模式的平均故障間隔時(shí)間，從而使該故障模式向低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)移動(dòng)，達(dá)到降低設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)的目的；若某一故障模式分布在預(yù)設(shè)低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，則可降低該故障模式的檢修頻率，以降低檢修成本等。當(dāng)然，若降低其檢修頻率后，該故障模式的平均故障間隔時(shí)間明顯增大而不再分布在該預(yù)設(shè)低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)時(shí)，則還需要再次調(diào)整其檢修頻率等，以保證該故障模式仍分布在該預(yù)設(shè)低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，從而獲得設(shè)備安全性與維修經(jīng)濟(jì)性的平衡。

本方案中，還可利用該風(fēng)險(xiǎn)矩陣來評(píng)價(jià)各故障模式的已有維修策略是否合理等。而對(duì)于一些存在過修或欠修的情況，可根據(jù)該故障模式在該風(fēng)險(xiǎn)矩陣中的持續(xù)分布情況來判斷，進(jìn)而針對(duì)性地調(diào)整該故障模式對(duì)應(yīng)的維修策略。

2 結(jié)束語

電力市場(chǎng)環(huán)境下的發(fā)電設(shè)備可靠性研究，將打破傳統(tǒng)的計(jì)劃檢修模式[7]。數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)是發(fā)電設(shè)備可靠性管理走向?qū)崟r(shí)化、智能化和預(yù)測(cè)化的有力工具。本文提出的風(fēng)險(xiǎn)矩陣評(píng)估法通過對(duì)歷史檢修數(shù)據(jù)的挖掘獲取設(shè)備故障分布規(guī)律并模擬出檢修策略執(zhí)行后的故障分布，直觀地展示出檢修前后設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)的變化，該方法克服了國內(nèi)缺乏RCM 實(shí)施效果的評(píng)估準(zhǔn)則和實(shí)施指南的難題[8]，可有效解決現(xiàn)有技術(shù)中存在過修或維修投入不合理等問題。