設(shè)備故障分析的多級(jí)代碼標(biāo)準(zhǔn)化方法研究

胡黛任?張永軍?王世進(jìn)

摘 要：設(shè)備維護(hù)的基礎(chǔ)是對(duì)故障信息的正確記錄和匯總。但是實(shí)際中，故障信息的日常非一致性描述往往使得重復(fù)和重點(diǎn)故障的篩選變得困難，進(jìn)而妨礙了有效維護(hù)策略的制定。鑒于目前市面上尚未有成熟的體系化通用類(lèi)設(shè)備故障記錄分析方法，本文在設(shè)備管理現(xiàn)狀及傳統(tǒng)故障分析方法的簡(jiǎn)要綜述基礎(chǔ)上，提出和開(kāi)發(fā)了“多級(jí)代碼標(biāo)準(zhǔn)化故障分析方法”，并通過(guò)示例闡述其實(shí)際應(yīng)用和優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：設(shè)備管理；多級(jí)代碼；標(biāo)準(zhǔn)化；故障分析

Equipment Failure analysis method based on Multi-level Breakdown code standardization

Hu Dai-Ren， Zhang Yong-Jun， Wang Shi-Jin

（School of Economics and Management， Tongji University， Shanghai 200092）

Abstract： Equipment maintenance is based on records and summary of breakdown information. However， in practice， it is quite difficult to identify the duplicate and serious equipment breakdown due to the daily non-conformance descriptive information， which lead to the inefficiency of preventative maintenance model. However， there is no an existing mature system of universal equipment breakdown recording and failure analysis. In this context， this paper proposed and developed accordingly an innovative “multi-level breakdown code standardization failure analysis method”， after briefly reviewing the traditional failure analysis methods. The method is then illustrated through practical examples and its benefits are demonstrated.

Key Words： Equipment Management， Multi-level Breakdown Code （BDC）， Standardization， Breakdown Analysis

1 引言

生產(chǎn)型工廠，尤其自動(dòng)化程度較高的流水線型生產(chǎn)工廠，其質(zhì)量管理體系中，雖然都會(huì)有一份關(guān)于“預(yù)防措施”的設(shè)備管理程序，但仍難以精確預(yù)見(jiàn)較全面的潛在問(wèn)題。類(lèi)似于PM分析（即4P&5M： Phenomena Physical Problem Preventive Mechanism Material Machine Manpower Method）、FMEA（Failure Mode and Effects Analysis）等傳統(tǒng)故障分析法多解決已知問(wèn)題，存在無(wú)法縱觀全局、不利于發(fā)現(xiàn)重點(diǎn)故障、分析工作量巨大、難以全覆蓋等問(wèn)題。

設(shè)備維護(hù)管理體系歷經(jīng)多個(gè)階段，從早期基于時(shí)間的維護(hù)TBM（Time Based Maintenance）到目前較普遍的預(yù)防性維護(hù)體系，歷經(jīng)預(yù)測(cè)維修（Predictive Maintenance）、狀態(tài)維修（Condition Based Maintenance， CBM），以利用率為中心維護(hù)（Availability Centered Maintenance， ACM），以可靠性為中心的維護(hù)（Reliability Centered Maintenance， RCM）、全面生產(chǎn)維護(hù)TPM（Total Production Maintenance）和全面規(guī)范化生產(chǎn)維護(hù)TnPM（Total Normalized Productive Maintenance）[1～2]。維修策略總體優(yōu)化除了基于費(fèi)用的策略優(yōu)化外，同時(shí)需要兼顧設(shè)備故障特征的維護(hù)策略選擇[3]。誠(chéng)然預(yù)防性維修是當(dāng)今設(shè)備實(shí)際維護(hù)中主要采用的維護(hù)策略[4～7]，但目前現(xiàn)有預(yù)防性維護(hù)研究，大多基于單一設(shè)備本身失效率、基于設(shè)備本身的歷史故障信息建模[8～12]。建模的前提基礎(chǔ)是精確記錄、匯總和分析故障信息。由于缺乏完整和一致性的數(shù)據(jù)采集、記錄、匯總分析系統(tǒng)，常使設(shè)備系統(tǒng)的維修策略很難準(zhǔn)確制定。

為此，本文從設(shè)備維修管理的基礎(chǔ)出發(fā)，提出一種多級(jí)代碼標(biāo)準(zhǔn)化故障分析方法，在設(shè)備故障信息數(shù)據(jù)庫(kù)建立方面，采用分區(qū)、分級(jí)、標(biāo)準(zhǔn)化、代碼化等方法，綜合考慮現(xiàn)實(shí)應(yīng)用問(wèn)題，包括通用性、企業(yè)因素的自由拓展、靈活多變、簡(jiǎn)單實(shí)用等，通過(guò)試驗(yàn)應(yīng)用驗(yàn)證并不斷優(yōu)化，最終獲得設(shè)備故障信息的標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)據(jù)化，簡(jiǎn)單明了地通過(guò)圖表展現(xiàn)企業(yè)設(shè)備總體狀況、提示重點(diǎn)問(wèn)題，有利于企業(yè)設(shè)備維護(hù)策略的制定。

2.多級(jí)代碼標(biāo)準(zhǔn)化故障分析方法

2.1. 為何需要引入多級(jí)代碼標(biāo)準(zhǔn)化故障分析方法（簡(jiǎn)稱(chēng)BDC方法）

為了確保設(shè)備的正常運(yùn)行并使其發(fā)揮最佳技術(shù)性能，采用最佳的維修策略尤為重要。以監(jiān)測(cè)為主的狀態(tài)維修、以改進(jìn)設(shè)計(jì)為主的改進(jìn)維修、以充分利用生產(chǎn)空隙為主的機(jī)會(huì)維修，以及傳統(tǒng)的定期和事后維修，無(wú)論從管理還是從技術(shù)上，都需要更多的技巧和經(jīng)驗(yàn)[1～2]。完備的設(shè)備技術(shù)和故障信息數(shù)據(jù)庫(kù)，以及更清晰、便捷的分析方法可以很好地彌補(bǔ)技巧和經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于維修策略的制定大有裨益。然而，現(xiàn)下故障信息收集、匯總、分析當(dāng)中，盡管相同的設(shè)備、部件、故障現(xiàn)象或類(lèi)似的故障原因，不同人描述常常會(huì)有不同。描述迥異令我們很難篩選出重復(fù)、重點(diǎn)故障，繼而難以有效地解決問(wèn)題。BDC（Breakdown Code）故障標(biāo)準(zhǔn)化代碼有利于發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，故障記錄、分析不是花更多時(shí)間做文字工作，而是花更多時(shí)間思考問(wèn)題。

2.2. BDC簡(jiǎn)介

該多級(jí)代碼標(biāo)準(zhǔn)化故障分析方法提供一種系統(tǒng)性全覆蓋、標(biāo)準(zhǔn)化的分析工具。首先對(duì)工廠分區(qū)，按一定規(guī)則（車(chē)間、功能或工藝段等）進(jìn)行分區(qū)，并對(duì)各區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)化編碼，稱(chēng)為一級(jí)代碼；區(qū)域內(nèi)設(shè)備按規(guī)則（產(chǎn)線、臺(tái)套等）進(jìn)行分類(lèi)，再對(duì)分類(lèi)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化編碼，稱(chēng)為二級(jí)代碼；再對(duì)設(shè)備部件進(jìn)行標(biāo)化區(qū)分而后編碼，稱(chēng)為三級(jí)代碼；參考基于規(guī)則、基于實(shí)例推理（Case-based reasoning， CBR）、基于行為（Behavior-based）的診斷專(zhuān)家系統(tǒng)（Fault Diagnosis Expert System）原理[13～15]，收集、匯總所有設(shè)備部件故障，關(guān)鍵對(duì)所有常見(jiàn)故障亦進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化描述并對(duì)其編碼，稱(chēng)為四級(jí)代碼；多級(jí)代碼組合起來(lái)形成標(biāo)準(zhǔn)化的故障代碼BDC。收集過(guò)去幾年數(shù)據(jù)，并對(duì)其變化規(guī)律做出統(tǒng)計(jì)、分析和歸納，從而得到一個(gè)總體的預(yù)測(cè)模型[13～15]，據(jù)預(yù)測(cè)制定維修策略及生產(chǎn)策略參考。運(yùn)用BDC進(jìn)行故障登記，以登記表作為源數(shù)據(jù)建立數(shù)據(jù)透視表，利用透視表功能選擇關(guān)鍵字段進(jìn)行報(bào)表篩選，再插入帕累托（PARETO）圖。至此，由圖表很容易發(fā)現(xiàn)設(shè)備多發(fā)、重復(fù)故障、重點(diǎn)故障等，要獲得任意區(qū)域、設(shè)備、部件及某故障的重要信息非常簡(jiǎn)單。繼而還可以開(kāi)發(fā)應(yīng)用電子數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)對(duì)源數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、分析（要求不高或可直接應(yīng)用Excel），并按需要生成各類(lèi)報(bào)表、分析圖等；然后，利用FMEA、PM、魚(yú)骨圖等傳統(tǒng)故障分析方法，找出根本原因；針對(duì)根本原因制定預(yù)防、糾正、改進(jìn)等措施予以解決。管理層可根據(jù)這些報(bào)表、帕累托圖制定相關(guān)設(shè)備的維修策略。該BDC方法可衍生為二級(jí)、三級(jí)、四級(jí)直至多級(jí)代碼分析方法。

3. BDC應(yīng)用示例說(shuō)明

3.1 設(shè)立BDC建立故障數(shù)據(jù)庫(kù)

如圖1所示，將某工廠A車(chē)間所有設(shè)備按工藝及產(chǎn)線進(jìn)行分區(qū)，并對(duì)區(qū)域標(biāo)化編碼；以兩位阿拉伯?dāng)?shù)字為代碼（01、02、03……），前兩位是大分區(qū)或車(chē)間代碼、小分區(qū)或產(chǎn)線分區(qū)；如圖2所示，在分區(qū)的基礎(chǔ)上對(duì)設(shè)備按工藝流程順序進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化編碼，如一區(qū)設(shè)備標(biāo)記為（0101、0102……0109、0110……），二區(qū)設(shè)備標(biāo)記為（0201、0202、0203……）。如圖3所示，將一整臺(tái)套設(shè)備（暫且記為工藝設(shè)備A，不便詳介）分為幾大系統(tǒng)或機(jī)構(gòu)，稱(chēng)為子設(shè)備，標(biāo)記編號(hào)（A、B、C……）。如圖4所示，將子設(shè)備、系統(tǒng)或機(jī)構(gòu)再細(xì)分到部件，如子設(shè)備A細(xì)分為（AA、AB、AC……），系統(tǒng)E細(xì)分為（EA、EB、EC……）等。最后，也是最關(guān)鍵和繁瑣的一步，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)收集所有部件已發(fā)或可能發(fā)生的故障，標(biāo)準(zhǔn)化描述所有部件常發(fā)故障，并進(jìn)行標(biāo)記編碼（01、02、03……）。此項(xiàng)工作可能耗時(shí)最久。

3.2 應(yīng)用BDC故障記錄

圖（略）。Excel中建立數(shù)據(jù)表，各級(jí)代碼及其所代表的內(nèi)容輸入同一單元格內(nèi)（代碼和內(nèi)容的前后順序涉及后面的公式應(yīng)用），對(duì)所有分區(qū)、設(shè)備、系統(tǒng)機(jī)構(gòu)、部件以及故障描述進(jìn)行區(qū)域定義，即哪些二級(jí)代碼從屬于某一級(jí)代碼，哪些三級(jí)代碼又從屬于某二級(jí)代碼，以此類(lèi)推直至完成各級(jí)定義（方法參照Excel應(yīng)用）；故障登記時(shí)，首先選擇設(shè)備（一級(jí)代碼），再選機(jī)構(gòu)（二級(jí)代碼），再選擇標(biāo)準(zhǔn)故障描述（三級(jí)代碼），Excel即可自動(dòng)生成故障代碼。此處為了方便理解，已經(jīng)簡(jiǎn)化了代碼等級(jí)；實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中會(huì)發(fā)現(xiàn)有時(shí)候選擇不到想要的選項(xiàng)，這就說(shuō)明之前的數(shù)據(jù)建立不完善，可在之后工作中不斷完善BDC數(shù)據(jù)庫(kù)（多級(jí)代碼正是方便于此）。如此以來(lái)，對(duì)于相同設(shè)備、部件、故障現(xiàn)象或類(lèi)似原因之故障記錄，都相同且唯一。

3.3 應(yīng)用BDC故障分析

圖（略），Excel中插入透視表，以故障登記表為數(shù)據(jù)源；選擇需要分析的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)到報(bào)告過(guò)濾器（Report Filter）即選擇字段添加到報(bào)表；一般以時(shí)間（年、月、周等）、區(qū)域（車(chē)間、線別等）為報(bào)表表頭，以各級(jí)代碼為行標(biāo)簽，以維修時(shí)間、影響OEE （Overall Equipment Effectiveness）時(shí)間、故障次數(shù)為統(tǒng)計(jì)內(nèi)容，生成數(shù)據(jù)透視表；再依據(jù)數(shù)據(jù)透視表插入帕累托圖，而后即可分級(jí)查看故障分布；報(bào)表可任意篩選出某一時(shí)段、某區(qū)域、設(shè)備、部件甚至某一特定故障類(lèi)型的重要信息，故障時(shí)間、次數(shù)等，PARETO圖跟隨篩選內(nèi)容相應(yīng)自動(dòng)變化。非常方便維修工程師做出維修策略判斷，亦方便管理層掌握全廠設(shè)備總體情況。計(jì)算機(jī)化維護(hù)管理系統(tǒng)CMMS（Computerized Maintenance Management System）是為設(shè)備管理提供決策信息的系統(tǒng)。以BDC數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，亦可開(kāi)發(fā)電子數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含八大功能，數(shù)據(jù)錄入、數(shù)據(jù)查尋、故障數(shù)據(jù)錄入、報(bào)表功能、故障數(shù)據(jù)查詢、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、故障信息查詢修改、數(shù)據(jù)批量導(dǎo)入、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)修改。系統(tǒng)將生產(chǎn)損失與故障數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，自動(dòng)生成各類(lèi)數(shù)據(jù)報(bào)表、分析報(bào)告等，應(yīng)用于生產(chǎn)決策和維修策略。該信息系統(tǒng)可完全替代前面Excel各應(yīng)用，包括數(shù)據(jù)管理、登入、匯總、分析、生成報(bào)表等等，并且可與工廠其它信息系統(tǒng)匹配數(shù)據(jù)，此處不再展開(kāi)。

BDC代碼的應(yīng)用不止于此，可以拓展應(yīng)用至設(shè)備技術(shù)信息庫(kù)、備件管理信息庫(kù)等，并將設(shè)備維修管理體系整合優(yōu)化，本文不再展開(kāi)。

4. 小結(jié)

BDC法編碼規(guī)則并非一成不變，可以靈活運(yùn)用，可據(jù)廠情定義其他編碼層級(jí)、順序、規(guī)則等。企業(yè)無(wú)論實(shí)行哪種維修管理體制，CBM、ACM、RCM等，應(yīng)用何種故障分析方法，PM、FMEA等，都需要全面、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)記錄、統(tǒng)計(jì)及清晰、便捷的分析方法，都以首先識(shí)別出關(guān)鍵問(wèn)題為基礎(chǔ)。多級(jí)代碼標(biāo)準(zhǔn)化故障分析（BDC）方法，以其多級(jí)、可拓展、標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)據(jù)化等特點(diǎn)，將會(huì)在設(shè)備維修管理領(lǐng)域發(fā)揮非常重要作用。

PS： 文中技術(shù)涉及國(guó)家專(zhuān)利，有意應(yīng)用請(qǐng)聯(lián)系作者。

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作者簡(jiǎn)介

胡黛任（1982-），女，上海，工程碩士，研究方向?yàn)榄h(huán)境安全。