白雪艷，張士磊，白 杰

（1.泰山科技學院，山東 泰安 271000；2.山東碩誠機械有限公司，山東 臨沂 276000；3.山東厚豐汽車散熱器有限公司，山東 泰安 271000）

1 機械設備檢修背景

對于企業(yè)來說，進行設備的檢修需要考慮多種問題，如設備的使用壽命、設備的檢修成本費用等，往往設備的檢修費用會高于當前的系統(tǒng)使用費用，為此很多廠商都有所顧慮，這是因為設備若是發(fā)生突發(fā)故障，就會導致設備停止運行，其經(jīng)濟損失往往巨大。根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，目前企業(yè)設備故障檢修和停機損失費用可以占到企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)成本的15%～40%，由此可知停機故障對于企業(yè)來說影響重大，為此需要做好故障預防措施，確保系統(tǒng)可以在合理的可靠范圍維持正常運作，這樣可以縮減部分損失費用以及檢修費用。因而這種定時檢修被廣泛應用于各行各業(yè)，按照設備故障規(guī)律制定出合理的檢修計劃，從總體上達到對成本的控制，以此來提高設備在使用期間的可靠性，同時避免停機事故的出現(xiàn)，降低企業(yè)損失，確保生產(chǎn)出的產(chǎn)品質(zhì)量，以此來提升設備生產(chǎn)能力計劃。但是因為單一的定時檢修方式在實際工作生產(chǎn)中存在很多的缺陷，如若是間隔時間太長容易出現(xiàn)檢修過剩，對于狀態(tài)良好的設備進行反復檢修，反而縮短設備的有效利用時間，導致其可用度降低；其次就是檢修時間間隔較大，因為檢修不足，導致很多帶有故障的設備裝置按照原定的檢修計劃，仍處于工作狀態(tài)，導致故障惡化，嚴重時會發(fā)生停機故障，其損失不僅使檢修費用增多還會增加設備生產(chǎn)損失。

2 狀態(tài)檢修概述

狀態(tài)檢修是設備監(jiān)測技術的提升以及信息化技術廣泛應用于加工制造領域，其主要是通過監(jiān)控裝置實時了解設備目前的運行狀態(tài)，捕獲相關的參數(shù)，將這些參數(shù)作為判斷設備是否出現(xiàn)故障的依據(jù)，當前先進的監(jiān)控監(jiān)測設備、診斷技術以及可靠性評估等都是為了及早地發(fā)現(xiàn)設備故障征兆，并預判設備故障部位的嚴重程度以及故障未來發(fā)展的趨勢等，按照診斷結(jié)果，盡可能在故障發(fā)生前或者是設備性能下降前完成主動檢修。

狀態(tài)檢修主要結(jié)合設備運行測量數(shù)據(jù)，了解當前設備的運行實際狀態(tài)，并根據(jù)所測量的現(xiàn)場參數(shù)來選擇合適的檢修方案，這是因為設備的故障往往瞬時發(fā)生。正常故障的出現(xiàn)需要從征兆逐漸發(fā)展到最終功能故障完全異常甚至功能失效，起初因為設備受限無法及時發(fā)現(xiàn)征兆，但是隨著征兆表現(xiàn)出來，或者是異?，F(xiàn)象被發(fā)現(xiàn)或是捕獲到可以將其稱作潛在故障。當從潛在故障發(fā)展到最后功能故障可以將其稱作為P-F間隔時期。目前間隔時間越短表現(xiàn)出設備從前在故障發(fā)展到功能故障所要經(jīng)過的時間也比較短，這就需要采用相對先進的技術手段對其進行狀態(tài)監(jiān)測，便于及時做出處理。

3 狀態(tài)檢修決策分析

3.1 狀態(tài)檢修決策的要素即決策流程

在進行協(xié)同檢修過程中需要在動態(tài)聯(lián)盟的角度將所涉及到的多方主體進行協(xié)同工作，其包括設備廠使用廠商、生產(chǎn)商、制造商以及維護商等形成一個設備故障診斷以及設備故障維護的聯(lián)盟體系，雖然決策問題有所不同，利益主體對象也有所不同，但是將這些主要決策方如專家、檢修商等對設備故障進行診斷，確定廠商設備的檢修時間，具體見表1。具體的決策流程如圖1所示。

表1 協(xié)同檢修決策問題的決策主體

圖1 狀態(tài)檢修決策流程

3.2 基于可靠性的設備狀態(tài)檢修策略優(yōu)化

3.2.1 以可靠性為中心的設備檢修

對于加工企業(yè)來說設備是產(chǎn)品生產(chǎn)的關鍵，產(chǎn)品是企業(yè)占領市場的重要要素，為此設備是企業(yè)發(fā)展的強有力保障，對于設備進行檢修的目的就是保持設備原有的功能以及生產(chǎn)活動。通常設備在使用期間需要承受一定的負荷和環(huán)境因素的影響，難免會出現(xiàn)設備零配件老化、故障以及失效等問題，從經(jīng)濟性、安全性和生產(chǎn)效率等多個方面考慮，可以通過檢修的方式來恢復這些設備原有的功能，但是隨著近些年設備的復雜程度增大，尤其是一些大型設備的自動化程度提升，導致設備的生產(chǎn)成本顯著增大，為此在保證企業(yè)生產(chǎn)效率和生產(chǎn)品質(zhì)的基礎上，受到環(huán)境影響也愈發(fā)增大。檢修作為保證生產(chǎn)設備持續(xù)運行的更關鍵途徑，可以提升設備應用的可靠性和安全性，延長設備的使用周期。

將設備在現(xiàn)實應用的可靠性作為中心檢修的判斷依據(jù)，中心檢修是根據(jù)設備當前的可靠性狀態(tài)，來判斷出設備在檢修中所需要消耗的最小資源，并通過邏輯判斷分析方式確定設備故障檢修的內(nèi)容、類型以及間隔時間和檢修的級別等，將這些內(nèi)容一一羅列出來，形成檢修大綱。基于不同的角度為企業(yè)提供合適的設備故障檢修方案。設備可靠性作為中心檢修也是系統(tǒng)化考慮設備功能和功能失效的重要途徑，基于優(yōu)先權充分考慮設備檢修的經(jīng)濟性和安全性來確定最終檢修的可行性方案和任務，其本質(zhì)是以經(jīng)濟性作為出發(fā)點，綜合設備故障類型以及故障模式，提出有效的檢修方案。

3.2.2 檢修策略優(yōu)化

在本文中所提到的檢修策略是需要根據(jù)檢修目標即設備，以及維護對象失效模式來確定設備故障的檢修方案，目前檢修策略主要解決的問題就是設備的故障問題、采用什么樣的檢修方案，當采用這樣的檢修方案以后設備系統(tǒng)架構(gòu)將有何種變化。從20世紀60年代起就有學者對檢修策略優(yōu)化問題展開討論，這也是工業(yè)領域重要的研究方向之一，這是因為設備故障檢修可以提升設備的應用可靠性，但需要支付一定的檢修費用，根據(jù)故障類型的不同所需要的檢修費用也存在差異，但是相對來說檢修費用會因為檢修次數(shù)的增多而增加。同時，設備系統(tǒng)的可用度也會因此受到影響，其表現(xiàn)為隨著檢修次數(shù)的增多相應可用度也有所下降，因而檢修策略優(yōu)化的目的主要是平衡設備的可用度和設備的檢修費用，確保對設備進行檢修的時間是設備檢修成本最低的階段。

在企業(yè)生產(chǎn)中可以從生產(chǎn)角度、安全角度等方面將設備按照重要程度依次劃分為一類設備，這些設備目前在企業(yè)使用數(shù)量占比較小，但是該設備占據(jù)著企業(yè)設備的多數(shù)資金，對于企業(yè)生產(chǎn)有著較大的影響力。在本文中主要是對于這類設備進行狀態(tài)檢修，在狀態(tài)檢修前需要考慮狀態(tài)檢修策略優(yōu)化的問題。狀態(tài)檢修主要是根據(jù)多數(shù)故障不會瞬時發(fā)生的規(guī)律，從故障出現(xiàn)征兆→征兆被發(fā)現(xiàn)→故障發(fā)生，一個過程需要經(jīng)歷一段的時間，具體過程如圖2所示。在設備或者是設備局部出現(xiàn)故障前都會有征兆。開展狀態(tài)檢修的目的就是為了了解從征兆到故障發(fā)生的趨勢，若是持續(xù)蔓延的現(xiàn)象，就需要在故障發(fā)生前綜合設備的可用度選擇合適的時間節(jié)點對其進行停機檢修，避免后續(xù)有更大的設備問題出現(xiàn)。

圖2 P-F曲線與P-F間隔

當設備出現(xiàn)故障后，或者是從某一個故障征兆來臨發(fā)展到功能故障時，在這期間若是可以較早地監(jiān)測出故障征兆點所在的位置P，在P點前，雖然已有故障征兆顯現(xiàn)出來，但是由于技術限制無法及時將其監(jiān)測到，只有在P點所在的位置才可以通過設備或者是技術手段對其進行監(jiān)測，判斷故障征兆的特征。狀態(tài)檢測主要是監(jiān)測在發(fā)現(xiàn)故障征兆點P到設備受到故障影響，系統(tǒng)發(fā)生的變化，這樣便于及時采取合適的檢修措施來進行故障排除，同時也可以有效地遏制故障影響規(guī)?；?。最早可以監(jiān)測到故障征兆所在的位置P點和功能故障所在的點F間經(jīng)過的時間，通常會將其稱作為P-F間隔期間，也屬于故障在不斷擴大和發(fā)展的時間。對于企業(yè)來說相對于更換設備更希望可以延長現(xiàn)有設備的使用時間，為此會選擇檢修。對于檢修人員需要根據(jù)監(jiān)測結(jié)果選擇合理的檢修時間，針對設備的故障類型選擇合適的檢修方案，盡可能保障設備在可靠度的前提下使用的經(jīng)濟性。

4 檢測更換策略

4.1 按照安全原則進行檢修

設備發(fā)生故障后嚴重影響到運行安全，為此需要適當?shù)乜s短裝備檢修的時間，以此來增強設備機械故障的檢修頻度，這樣可以保證設備在安全的狀態(tài)下運行，設備的故障率維持在相對低的水平下，以此來滿足設備安全運行的原則。

對于機械設備來說需要在隱患周期內(nèi)對其可用度進行估計，目前機械設備的平均可用度與安全隱患檢查周期呈現(xiàn)出函數(shù)關系，該函數(shù)具有反比特性，因而需要單位的實際需求在設備運行期間滿足可用度，并且確定合適的檢修周期。

4.2 按照經(jīng)濟效益確定設備的檢修周期

為了確保設備在發(fā)生故障后不會影響到具體的運行安全，可以從經(jīng)濟效益的角度來確定設備的檢修周期，檢修周期的確定需要遵循合理性，若是太長會導致設備從安全期進入到故障期，耗費大量的時間又要增加檢修費用，對于企業(yè)來說不符合經(jīng)濟效益的要求。因而需要借助檢修系統(tǒng)來確定各參數(shù)間的實際關系，優(yōu)化傳統(tǒng)的函數(shù)關系，這樣可以選擇出最合適的檢修周期，確保機械設備處于安全穩(wěn)定的運行狀態(tài)，同時檢修費用也不會有所浪費，但是需要注意成本費用的控制。

5 結(jié)束語

目前因市場的變化，各行各業(yè)的應用設備在不斷增加，設備向著精密化、智能化方向發(fā)展，導致設備的復雜度也因此增大，對于檢修人員來說檢修難度提升，為了有效控制設備停機為企業(yè)帶來的損失，采用新的檢修方式，深入對設備檢修方式、設備故障決策和設備檢修費用等多方面問題的思考，依據(jù)設備的可靠度，制定合適的檢修策略，因而在本文基于多種檢修方式，采用協(xié)同決策，對狀態(tài)檢修策略進行優(yōu)化，同時又對設備檢測更換策略進行分析。

（1）基于設備的可靠性、經(jīng)濟性以及監(jiān)測性等方面需要了解設備的重要影響因素，可以采用層次分析法或者蒙特克羅模擬方法了解設備的重要度，然后基于設備重要度提出符合邏輯要求的判斷規(guī)則，展開對設備故障檢修方式的分析。

（2）在分析中需要明確設備故障檢修決策的主體、決策解決的問題以及決策流程，基于決策中心網(wǎng)絡協(xié)同檢修決策模型，解決故障決策存在的問題，并通過網(wǎng)絡協(xié)同的方式來提出設備故障檢修決策流程，實現(xiàn)對狀態(tài)檢修時機的優(yōu)化，以設備檢修成本最小為目標，以可靠度作為決策約束提供設備故障狀態(tài)檢修策略優(yōu)化方案。