设备运行浴盆理论及三阶段管理

Chinese, Simplified(简体中文)

        实践证明大多数设备的故障率是时间的函数,典型故障曲线称之为浴盆曲线(Bathtub curve,失效率曲线) ,曲线的形状呈两头高,中间低,具有明显的阶段性,可划分为三个阶段:早期故障期,偶然故障期,严重故障期。浴盆曲线是指设备从投入到报废为止的整个寿命周期内,其可靠性的变化呈现一定的规律。如果取设备的失效率作为产品的可靠性特征值,它是以使用时间为横坐标,以失效率为纵坐标的一条曲线。因该曲线两头高,中间低,有些像浴盆,所以称为“浴盆曲线”。失效率随使用时间变化分为三个阶段:早期失效期、偶然失效期和耗损失效期。

设备效率浴盆理论

第一阶段

        第一阶段是早期失效期(Infant Mortality):早期故障期对于机械产品又叫磨合期。在此期间,开始的故障率很高,但随时间的推移,故障率迅速下降。此期间发生的故障主要是设计、制造上的缺陷所致,或使用不当所造成的。表明设备在开始使用时,失效率很高,但随着设备工作时间的增加,失效率迅速降低,这一阶段失效的原因大多是由于设计、原材料和制造过程中的缺陷造成的。        

第二阶段

        第二阶段是偶然失效期,也称随机失效期(Random Failures):这一阶段的特点是失效率较低,且较稳定,往往可近似看作常数,设备可靠性指标所描述的就是这个时期,这一时期是设备的良好使用阶段, 偶然失效主要原因是质量缺陷、材料弱点、环境和使用不当等因素引起。在此期间,故障发生是随机的,其故障率最低,而且稳定,这是设备的正常工作期或最佳状态期。在此间发生的故障多因为设计、使用不当及维修不力产生的,可以通过提高设计质量、改进管理和维护保养使故障率降到最低。

第三阶段

        第三阶段是耗损失效期(Wearout):该阶段的失效率随时间的延长由于设备零部件的磨损、疲劳、老化、腐蚀等而急速增加, 磨损严重,有效寿命结束。因此认为如果在耗损故障期开始时进行大修,可经济而有效地降低故障率。
        战略失效的“浴盆曲线”,揭示了战略在不同时间段内效率高低的规律,分析了不同阶段战略失效的本质区别,为制定正确的战略实施控制策略提供了理论依据和战略推进方法,同时,还可以防止战略在早期时失效的阶段来回折腾,又避免了晚期失效阶段慌忙修改或固执原状的错误;它使战略实施控制过程既有阶段性,又有相互联系,协调发展的连贯性。
 
        设备寿命周期的三阶段管理

  1.前期管理

  设备的前期管理包括规划决策、计划、调研、设计、制造、购置,直至安装调试、试运转的全部过程。

  工业企业在市场经济条件下,必然要参与国内外市场竞争,工厂企业的产品适销对路,品种齐全,质优价廉才能占有市场。同时产品在生产过程中要符合国家的安全、环保、节能要求。企业在建厂规划和购置设备,或进行设备更新改造,或扩大工厂生产规模增添设备时,在确定产品和发展方向之后,购置设备成为关键环节。有的企业通过市场调研、考察,决策正确,投资回收快,产品先进质量好,做到了安全、环保、节能及绿色生产,企业效益快速上升。前期的设备购置不可能只由设备动力部门来决策,需要企业最高领导层的决策,决策正确来源于调研、考察、科学分析,涉及规划发展、计划、生产、技术进步、设计等部门。经济分析、寿命周期费用分析以财务、设备部门为主;设备的先进适用性、可靠性、可维修性分析以设备生产部门为主;设备的安全、环保、节能性分析等以相关处室和设备生产部门为主。所以设备全寿命周期管理,特别是前期管理,必须是由总经理负责的全公司各职能部门各负其责的全系统管理。

  2.运行维修管理

  包括防止设备性能劣化而进行的日常维护保养、检查、监测、诊断以及修理、更新等管理,其目的是保证设备在运行过程中经常处于良好技术状态,并有效地降低维修费用。

  在此阶段,除专业管理之外还需要全企业各部门配合:

  (1)设备操作人员上岗前的培训,维修保养工的技能提高和新技术培训,以及引进国外设备时的出国培训等,常常由教育、劳动、外事及生产车间等部门主办或参与。

  (2)5S活动是设备现场管理的基础工作。整理、整顿、清扫、清洁、素质其具体内容的落实,有利于提高产品质量,提高工效,安全生产,节能和环保。这项工作需要以企业管理部门为主,卫生、安全、环保、设备等部门及生产车间共同努力才能做好。

  (3)设备全寿命周期管理中,所提倡的合理化建议及相应的激励机制,不仅设备管理工作需要,生产、质量、安全、节能、环保等各项工作都需要。有些合理化建议既涉及改进设备,提高质量、工效,又涉及生产、质量、安全等,须由生产车间、设备、安全、质量、环保、技术、工艺等相关部门共同努力,长期坚持,不断创新,才能发挥合理化建议的巨大作用。

  (4)对设备管理规章制度、安全操作规程、润滑加油、安全警示等开展目视化管理,采用挂牌、公示、图表等促进文明生产和安全生产,具有其他方式不可替代的作用,它以生产车间为主,由多部门配合开展。

  (5)设备的评比检查和考核,是促进设备管理的有效手段之一,其由主管设备的厂长负责,综合设备动力、生产质量、安全环保、节能成本等各部门意见,对设备管理部门和人员进行奖惩。

  在设备运行和维修过程中,可采用现代化企业管理思想和方法,如行为科学、系统工程、价值工程、定置管理、信息管理与分析、使用和维修成本统计与分析、ABC分析、PDCA方法、网络技术、虚拟技术、可靠性维修等。

  3.报废及更新改造管理

  设备的报废处理,工业企业中一般以设备动力部门为主,作为专业管理内容而开展工作。大型设备报废,需通过生产、技术、财务及总工程师和主管厂长批准并报上级主管部门审查。

  设备更新改造工作在工业企业或以技术进步部门,或以设备动力部门为主进行。企业将大量资金投入设备更新改造,追求的是扩大规模,提高质量,产生更大经济效益。所以,同样需要以厂长为主,开展调研考察,了解设备的先进适用性、可靠性、可维修性、经济性、安全与环保、节能等性能。

  设备的全寿命周期管理不仅体现在设备一生管理的三个阶段,还体现在它是企业现代管理中一个不可分割的重要组成部分,因为在很大程度上,企业装备(设备)决定着企业的生存和发展。因此企业领导在企业现代化管理中不可忽视设备管理工作,并使全寿命周期管理与专业管理相结合。

评论

        设备在其寿命周期内,由于磨擦、外力、应力、操作及化学反应的作用,零件总会逐渐磨损和腐蚀、断裂导致因故障而停机。加强设备保养维修,及时掌握零件磨损情况,在零件进入剧烈磨损阶段前,进行修理更换,就可防止故障停机所造成的经济损失。

        按照发生概率分为:

a)突发故障:突然发生的故障。发生时间随机,较难预料,设备使用功能丧失。

b)劣化故障:由于设备性能的逐渐劣化所引起的故障。发生速度慢,有规律可循,局部功能丧失。
 
        按照技术性原因,可分为四大类:即磨损性故障、腐蚀性故障、断裂性故障及老化性故障。
 
1、磨损性故障
        由于运动部件磨损,在某一时刻超过极限值所引起的故障。所谓磨损是指机械在工作过程中,互相接触做相互运动的对偶表面,在摩擦作用下发生尺寸、形状和表面质量变化的现象。按其形成机理又分为粘附磨损、表面疲劳磨损、腐蚀磨损、微振磨损等4种类型。
 
2、腐蚀性故障
        按腐蚀机理不同又可分化学腐蚀、电化学腐蚀和物理腐蚀3类。
        化学腐蚀:金属和周围介质直接发生化学反应所造成的腐蚀。反应过程中没有电流产生。
        电化学腐蚀:金属与电介质溶液发生电化学反应所造成的腐蚀。反应过程中有电流产生。
        物理腐蚀:金属与熔融盐、熔碱、液态金属相接触,使金属某一区域不断熔解,另一区域不断形成的物质转移现象,即物理腐蚀。
        在实际生产中,常以金属腐蚀不同形式来分类。常见的有8种腐蚀形式,即均匀腐蚀、电偶腐蚀、缝隙腐蚀、小孔腐蚀、晶间腐蚀、选择性腐蚀、磨损性腐蚀、应力腐蚀。
 
3、断裂性故障
        可分脆性断裂、疲劳断裂、应力腐蚀断裂、塑性断裂等。
        脆性断裂:可由于材料性质不均匀引起;或由于加工工艺处理不当所引起(如在锻、铸、焊、磨、热处理等工艺过程中处理不当,就容易产生脆性断裂);也可由于恶劣环境所引起;如温度过低,使材料的机械性能降低,主要是指冲击韧性降低,因此低温容器(-20℃以下)必须选用冲击值大于一定值的材料。再如放射线辐射也能引起材料脆化,从而引起脆性断裂。
        疲劳断裂:由于热疲劳(如高温疲劳等)、机械疲劳(又分为弯曲疲劳、扭转疲劳、接触疲劳、复合载荷疲劳等)以及复杂环境下的疲劳等各种综合因素共同作用所引起的断裂。
        应力腐蚀断裂:一个有热应力、焊接应力、残余应力或其他外加拉应力的设备,如果同时存在与金属材料相匹配的腐蚀介质,则将使材料产生裂纹,并以显著速度发展的一种开裂。如不锈钢在氯化物介质中的开裂,黄铜在含氨介质中的开裂,都是应力腐蚀断裂。又如所谓氢脆和碱脆现象造成的破坏,也是应力腐蚀断裂。
        塑性断裂:塑性断裂是由过载断裂和撞击断裂所引起。
 
4、老化性故障
        上述综合因素作用于设备,使其性能老化所引起的故障。
 
故障征兆
 
一、设备在性能方面的故障征兆
 
1、功能异常
指设备的工作状况突然出现不正常现象,这是最常见的故障症状。例如:
·设备启动困难、启动慢,甚至不能启动。
·设备突然自动停机。
·设备在运转过程中功率不足、速率降低、生产效率降低。
·设备运转过程中突然紧急制动失灵、失效等。
这种故障的征兆比较明显,所以容易察觉。
 
2、过热高温
·一种原因是冷却系统有问题,是缺冷却液或冷却泵不工作。
·如果是齿轮、轴承等部位过热,多半是因为缺润滑油所导致。
·油、水温度过高或过低。
设备过热现象有时可以通过仪表板、警示灯直接反映出来,但有时需要进行温度点检才能检查出来。
 
3、油、气消耗过量
润滑油、冷却水消耗过多,表明设备有些部位技术状况恶化,有出现故障的可能。
压缩气体的压力不正常等。
 
4、润滑油出现异常
润滑油变质较正常时间要快,可能与温度过高等有关系。
润滑油中金属颗粒较多,一般与轴承等摩擦量有关,可能需要更换轴承等磨损件。
 
5、电学效应
电阻、导电性、绝缘强度和电位等变化。
 
二、设备在外观方面的故障征兆
 
1、异常响声、异常振动
·设备在运转过程中出现的非正常声响,是设备故障的“报警器”。
·设备运转过程中振动剧烈。
 
2、跑冒滴漏
·设备的润滑油、齿轮油、动力转向系油液、制动液等出现渗漏。
·压缩空气等出现渗漏现象,有时可以明显地听到漏气的声音。
·循环冷却水等渗漏。
 
3、有特殊气味
·电动机过热、润滑油窜缸燃烧时,会发散发出一种特殊的气味。
·电路短路、搭铁导线等绝缘材料烧毁时会有焦煳味。
·橡胶等材料发出烧焦味。
 
以上各种故障先兆是提供给操作人员和维修人员的故障信息,帮助他们及早发现事故苗子,以防患于未然。