田曉維

[摘? ? 要]在生產過程中，如果由于故障導致設備生產線停產，會對整個工廠的運營造成很大的損失。要避免這一情況，就要研究有關自動化生產中關鍵設備的維護策略，并且減低維修成本，采用預防性維護成本和停產計算損失方法，建立起可靠的目標優(yōu)化模型，進行最優(yōu)的生產線周期性維護計劃。對于生產過程中所涉及到的關鍵設備，利用建立數(shù)據(jù)模型和有效計算來研究自動化生產線中關鍵設備的維修策略。

[關鍵詞]自動化生產線;關鍵設備;預維護策略

[中圖分類號]TP278 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2022）02–0–03

Research on Preventive Maintenance Strategy of

Key Equipment in Automated Production Line

Tian Xiao-wei

[Abstract]In the process of production， if the equipment production line is stopped due to failure， it will cause great losses to the operation of the entire factory. If this situation is to be avoided， it is necessary to study the maintenance strategy of key equipment in automated production， and Reduce maintenance costs， adopt preventive maintenance costs and stop production calculation loss methods， establish a reliable target optimization model， and carry out the optimal production line periodic maintenance plan， for the key equipment involved in the production process， use the establishment of data models and Efficient computation to study maintenance strategies for key equipment in automated production lines.

[Keywords]automated production line; key equipment; preventive maintenance strategy

我國自動化生產線中關鍵設備的預維護方面所采用的都是周期性維護方式，很多工廠的生產過程中，都采用了自動化生產線設備，自動化生產線也是工廠接受良好訂單、提高生產能力和產品質量的有效保障，通過對自動化生產線中關鍵設備進行預防與維護，可以避免自動化生產設備由于故障而導致生產線停產，對工廠造成損失。但是針對自動生產線中關鍵設備的預維護策略還沒有一個系統(tǒng)化的過程，也沒有明確的步驟，通過建立周期能夠維護模型和計算設備的可靠度就可以得出關鍵設備的退化程度，進而建立有效的關鍵設備預維護策略。

1 預防性維護策略的制定

在自動化生產線中，關鍵設備的預維護策略制定首先要明確維護時間以及維護的持續(xù)時間，在制定與維護策略的過程中，可以通過關鍵設備的可靠度來評價該設備的具體狀態(tài)，如果關鍵設備的使用壽命或者受損傷次數(shù)達到了極限就需要采用相關設施對其進行維修，并且要確保維護成本的標準在可控范圍內，而且還要對關鍵設備進行優(yōu)化。因為自動化生產線中對生產的連續(xù)性有很高的要求，所以說，不僅要確保設備的正常運行，而且還需要將設備的運行時間和維護時間分開。在計算關鍵設備的預防性維護成本時，可以對設備進行全面預算考慮，相關負責人員不僅要考慮到由于設備更換部件所產生的消費成本，也要從更加經濟實惠的角度對關鍵設備進行維護，研究人員可以將周期預防維護策略和關鍵設備的故障率相結合，建立起優(yōu)化維護模型，并且將維護時間和維護成本降到最低，除此之外，也可以利用非完美維護策略，也就是說，在對設備進行維修后，雖然沒有辦法將其恢復到最初始的狀態(tài)，但是可以通過考慮關鍵設備的退化趨勢，將設備的可靠度理論引用到維修過程中，將多個設備串聯(lián)到一起進行預防性維護策略的探究。

在設備的使用過程中，預防性維護策略并不是萬能的，它也存在著很多不足之處。因為自動化生產線上的關鍵設備是由多個系統(tǒng)組成的，如果要制定預防性維護策略，那么就要分別計算每個子系統(tǒng)中的可靠度，但是就我國目前的實際發(fā)展情況來看，很多自動化生產線中的子設備可靠度計算都沒能精細到子系統(tǒng)的層面，而且自動化生產線的設備之間都是串聯(lián)的，如果對簡單的單機設備進行維護，那么就很有可能會影響到設備和設備之間的關聯(lián)性，就會導致某一個設備的工作量過大，在這樣的情況下，更容易出現(xiàn)設備的負載問題，所以說，在制定預防性維護策略時。不僅要著眼于單個設備而且也要考慮到整個自動化生產線。

2 自動化生產線與維護策略

在自動化生產線預防性維護策略制定的過程中，可以通過將周期性維護計劃和關鍵設備的最佳維護時刻相結合，計算出在有限期間內自動化生產線的非完美性預防維護策略。在結合生產計劃的過程中，相關負責人一定要制定出一個有效區(qū)間，并且在這一有效區(qū)間內進行周期性預防維護計劃的設立。而且通過對生產線平均可靠度的計算以及結合維護成本多目標優(yōu)化模型，就可以確定關鍵設備的最佳維護次數(shù)，然后再利用維護次數(shù)來計算出相對應的維護間隔以及關鍵設備的維護時間，就可以得出具有周期性的關鍵設備維護計劃，根據(jù)這一計劃就可以對關鍵設備運行過程中所產生的一系列故障進行全面的預測和檢查，并且盡量減少故障發(fā)生的概率。如果在這一段時間內，設備一直處于一個非常良好的運行狀態(tài)，那么生產線的維護工作也只需要按照制定出的周期性維護計劃來穩(wěn)步執(zhí)行，但是在實際自動化生產線工作的過程中，關鍵設備不可能會一直穩(wěn)步運行，因為機械設備都是消耗性產品，所以在生產過程中，一定會出現(xiàn)關鍵設備運行狀態(tài)突然故障或者是突然出現(xiàn)數(shù)據(jù)錯誤的情況，在這樣的背景下，如果想要避免因為這一情況對生產線運行所造成的一系列不良影響，那么研究人員就要根據(jù)關鍵設備的實際運行情況來確定設備的最終維護時刻。

3 自動化生產線周期性維護計劃

3.1 基于威布爾函數(shù)的可靠度計算

如果想要對自動化生產線進行周期性維護計劃的設定，那么在研究的過程中一定要綜合設備的回退因子和設備退化理論，并且建立起多次防御性維護設備可靠度的計算模型，然后再將設備維修過程中所導致的一系列訂單延誤以及生產損失都納入到維修成本的計算當中，利用回歸曲線的方式來預測關鍵設備的維護持續(xù)時間，在這一過程中可以引入威布爾分布設備的可靠度計算，因為可靠度計算是確定關鍵設備退化分布類型的一個有效方式，在我國有關設備退化方面，大量的理論實踐都證明了自動化設備的變化是服從于威布爾分布函數(shù)的，所以說在針對設備可靠度進行計算的過程中，可以選用威布爾分布函數(shù)來準確地表達出設備退化的各個層次。在威布爾分布函數(shù)中，不同的字母代表了不同的數(shù)值，在整個式子中，β是分布曲線的形狀，它也叫做形狀參數(shù)，在其中又分為坐標尺度和尺度參數(shù)，還有故障率函數(shù)等，在對關鍵設備制定周期性維護計劃的過程中，一定要確保每個設備的間隔時間以及設備的可靠度，只有這樣才能夠確保設備完成生產計劃，并且根據(jù)該設備的可靠度也可以計算出可靠度和故障率之間的關系，進而得出該設備的退化程度，以及能夠運行的時間。

3.2 基于可靠度的生產線維護成本計算

在對設備進行維護的過程中，必不可少地會涉及到生產線維護成本的問題，生產線維護成本主要分為三部分，分別是周期性維護計劃中，在有效時間內的總維修故障成本，還有預防性維護成本以及預防性維護過程中所導致的一系列生產損失。針對周期性維護計劃內有效時間的總故障成本的計算可以分為對設備進行大型修理和小型修理兩種，因為在設備運行的過程中不可避免的要對設備進行維修，但是大型維修和小型維修所花費地成本是不同的。預防性維護成本可以是生產線上所有維修成本的加和，而且不同設備的不同子系統(tǒng)故障形式，以及對于系統(tǒng)的維修方式，還有更換配件的價格以及維修時長都會引起預防性維修成本的改變，所以說相關人員一定要明確關鍵設備中子系統(tǒng)的故障函數(shù)，并且將其作為基礎，再結合以往的維修成本來計算出最終的預防性維修成本，通過對這一系列函數(shù)的有效運算就可以對設備預防性維護成本的總和進行擬合，進而得到相關的參數(shù)，明確所需要的維修費用。

3.3 生產線周期性維護計劃多目標優(yōu)化模型

在對自動化生產線設備進行周期性維護時，需要考慮到生產設備的可靠度以及對于設備的維護成本，但是在自動化生產線設備運行的過程中，由于一系列不可控因素導致自動化生產線設備的可靠度是時刻發(fā)生改變的，但是這并不說明生產設備的可靠度是不可預測的，相反可以用自動化生產線的平均可靠度作為基礎，然后對設備當前的可靠度進行評估，在這一過程中就需要建立起自動化生產設備平均可靠度和維護成本之間的優(yōu)化模型。在計算公式中涉及到很多變量，最主要的就是決策變量和預防性維護次數(shù)以及對應的維護時間，還有平均可靠度，在計算的過程中需要注意決策變量是要滿足實際情況約束的預防性維護次數(shù)，也要根據(jù)周期性維護計劃當中的數(shù)值來準確帶入，而且對應的維護間隔時間也要在可靠度的預算之內。通過優(yōu)化模型的建立，可以計算出可靠度和維護成本之間存在的線性關系，進而得出這樣的結論，那就是設備的可靠度越高，需要的維護次數(shù)也就越多，也就會進一步導致維護成本的上升，所以說在制定預防性維護策略時，要尋求到可靠度和維護成本之間的平衡點。

4 關鍵設備延時維護時刻策略

在對自動化生產線設備進行預防性維護策略制定時，不僅要側重于整條生產線的運行，而且需要注重生產件中關鍵設備的實際情況，對于那些容易出現(xiàn)故障并且負荷量比較高的設備，一定要重點對待，而且有些設備對于訂單的完成效率有著非常大的影響，或者是設備的條件成本比較高，這些設備都需要具體注意，可以通過引入延遲理論，對設備的退化情況進行有效分析，然后再結合關鍵設備子系統(tǒng)的一系列運行數(shù)據(jù)，利用向量機來預測關鍵設備子系統(tǒng)出現(xiàn)故障的可能性，然后再計算出設備的可靠度，建立起有效的自動化生產線，關鍵設備延遲最佳時刻優(yōu)化模型。

4.1 時間延遲理論模型

時間延遲理論模型的主要功能就是對自動化生產線中關鍵設備的那些潛在問題進行處理，因為這些潛在的問題并不會在第一時間內導致關鍵設備出現(xiàn)故障，但是如果這些潛在問題沒有進行及時有效的處理，就會慢慢地變成關鍵設備退化的原因，并且在最后引起功能故障，所以說在兩種故障之間有著一定的時間延遲，但是延遲時間還不能夠確定，如果在故障的延遲時間內可以對關鍵設備的狀態(tài)進行有效監(jiān)測，那么就可以根據(jù)關鍵設備狀態(tài)的判定來得出，關鍵設備子系統(tǒng)中存在潛在問題引發(fā)故障的概率，并且能夠有效地識別。排除故障的嚴重性以及設備的退化程度，然后再根據(jù)工廠內的實際生產計劃以及訂單量來選擇能夠盡量減少成本的設備延遲維修時刻。整個時間延遲理論的重點發(fā)展方向是明確子系統(tǒng)中潛在的故障和子系統(tǒng)功能故障發(fā)生的時間間隔，利用分布函數(shù)可以判斷出子系統(tǒng)故障的目前情況，并且預判出關鍵設備的發(fā)展趨勢，再通過結合設備可靠度和故障率的關系，來判斷出對設備的最佳維護時刻。

4.2 關鍵設備可靠度計算

在整個自動化生產線關鍵設備預防性維護策略制定的過程中，設備的可靠度都有著非常重要的作用，對于關鍵設備可靠度的計算要聯(lián)系到關鍵設備目前的運行狀態(tài)，因為關鍵設備的健康運行與否影響著整條生產線設備的關聯(lián)性以及訂單的完成量，并且也決定著整條生產線是否能夠持續(xù)工作。所以說在這一情況下，一定要確定關鍵設備的最佳維護時間，并且用設備的可靠度來近似代表整條生產線的可靠度，因為在生產線中關鍵設備各個系統(tǒng)之間是串聯(lián)關系，所以說某一設備的退化也會導致其聯(lián)系的子系統(tǒng)發(fā)生潛在的故障，如果一個子系統(tǒng)組成的設備存在故障，就可能會影響到其他關鍵設備的工作情況，或者是當某個在子系統(tǒng)中運行的部件發(fā)生了故障，那么也會影響到整個子系統(tǒng)的運行，針對于此系統(tǒng)中部件發(fā)生的潛在故障，可以將其看為獨立的部分來進行維修。

4.3 延遲維護時刻優(yōu)化

如果說設備的延遲維修是要在最佳時刻優(yōu)化中計算出維護成本，那么只需要在進行預防性維護策略制定的過程中計算出包含該設備的維護成本以及整個生產線的停機成本，就可以得出在延遲維護時刻優(yōu)化所需要的成本。在這一計算的過程中，需要明確設備維護所需時間的預測值，這一數(shù)值可以根據(jù)設備維護時刻的可靠度來進行預測，除此之外，關鍵設備的延遲維護最佳時刻中所涉及的一系列成本維護，也要基于關鍵設備可靠度和維護成本的表達式來進行計算，在計算的過程中會應用到延遲維護的多目標優(yōu)化模型，通過有效的計算可以將設備維護成本盡可能降低。

4.4 最終延遲維護時刻確定

在預防性維護計劃制定的過程中，通過對設備狀態(tài)進行有效監(jiān)控，可以計算出在沒有發(fā)生設備故障時，潛在故障所發(fā)生的概率，并且利用時間延遲理論來計算出在當前周期性維護計劃內設備維修時間間隔的可靠度，如果計算出的可靠度低于0.8，那么就需要對關鍵設備進行簡單的處理，盡量將設備的延遲維護，推算到下一個周期性維護當中，并且在最佳時刻對設備進行優(yōu)化，如果是設備當中的子系統(tǒng)發(fā)生故障，那么在產生警報后，就可以結合設備檢測過程中所得到的實際數(shù)據(jù)。計算出故障發(fā)生的概率，然后再得到關鍵設備的可靠度，選擇合適的時刻對其進行優(yōu)化。在最佳延遲維護時刻的計算中，最主要的部分就是要有效預測出關鍵設備各個子系統(tǒng)中一系列潛在故障的發(fā)生可能性。以數(shù)控機床為例，最容易發(fā)生故障的幾個子系統(tǒng)分別為主軸系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)，氣液壓系統(tǒng)。為了獲得這些設備的潛在故障發(fā)生概率，那么在各個子系統(tǒng)之間不相互影響的基礎上，就要利用一系列特征量來描述出關鍵設備子系統(tǒng)的狀態(tài)，然后再將子系統(tǒng)監(jiān)測過程中所給出的數(shù)據(jù)結合概率預測模型來得出故障的發(fā)生概率。

5 結束語

通過有效的預防性維護策略，可以改善關鍵設備的可靠度，并且可以利用周期性維護計劃優(yōu)化關鍵設備中所存在的一系列問題，就可以降低由于訂單生產延誤所造成的一系列承擔損失。在未來的發(fā)展過程中，市場競爭會越來越激烈，自動化生產線的應用范圍也會越來越大，通過預防性維護策略以及延時維護等一系列方法來降低關鍵設備故障發(fā)生的概率，就可以從根本上提高生產線的運營效率，并且減少企業(yè)的維護成本。

參考文獻

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