機械設(shè)備預(yù)防性維修意識養(yǎng)成路徑探討

何軍

（甘肅能源化工職業(yè)學(xué)院，甘肅 蘭州 730207）

機械設(shè)備制造業(yè)是工業(yè)發(fā)展的核心與基礎(chǔ)，針對機器制定合理的維修策略，通過實施必要的計劃性維修，提前發(fā)現(xiàn)并消除設(shè)備存在的隱患，使得設(shè)備在生產(chǎn)調(diào)度中不發(fā)生嚴(yán)重的故障，保障生產(chǎn)調(diào)度的順利執(zhí)行。預(yù)防性維修是綜合維修的一種典型代表，也是目前最成功并得到廣泛的研究與應(yīng)用的維修策略之一，其不但有效的保持了設(shè)備的固有可靠性，還在一定程度上降低了維修費用，減小了故障帶來的影響。本文具體探討了如何養(yǎng)成機械設(shè)備預(yù)防性維修意識，希望提高機械設(shè)備的使用率。現(xiàn)總結(jié)報道如下。

1 預(yù)防性維修的內(nèi)涵與發(fā)展

在傳統(tǒng)機械設(shè)備維修中，維修過程中為了保障維修人員的安全，不可避免地需要設(shè)備停機，由于機器不可用導(dǎo)致調(diào)度方案無法按期完成，給企業(yè)造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。為了將生產(chǎn)調(diào)度與設(shè)備維修進(jìn)行協(xié)調(diào)，降低由于二者的相互沖突造成的經(jīng)濟(jì)損失。特別是當(dāng)前機械設(shè)備可靠性越來越受到人們的重視，必將以經(jīng)濟(jì)效益為中心，以提高設(shè)備的可靠性、降低設(shè)備維修成本為目的。預(yù)防性維修發(fā)展趨勢如下：1）機械設(shè)備維修的社會化。隨著機械設(shè)備向國際標(biāo)準(zhǔn)化方向的發(fā)展，機械設(shè)備維修將逐步向社會化方向發(fā)展，最終實現(xiàn)機械設(shè)備維修的社會化。 2）維修資源共享。隨著產(chǎn)品售后服務(wù)的規(guī)范發(fā)展，機械設(shè)備大部分維修工作已轉(zhuǎn)成售后服務(wù)形式，實現(xiàn)知識共享，維修人員共享，備件、維修設(shè)備等也得到了共享；3）遠(yuǎn)程維修。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展和遠(yuǎn)程服務(wù)的更加方便和快捷，也促使了遠(yuǎn)程技術(shù)服務(wù)的機械設(shè)備維修方法被企業(yè)所接受；4）維修人員素質(zhì)的綜合性。隨著機械設(shè)備一步一步實現(xiàn)機、電、液的一體化和自動控制自診斷功能的不斷增強，對維護(hù)修理與保養(yǎng)人員的知識技能要求會越來越高，機械設(shè)備維護(hù)修理將由單一線式維修式轉(zhuǎn)向全面式維護(hù)修理方式，使機械設(shè)備維修從業(yè)人員由單一化向綜合化發(fā)展。

2 機械設(shè)備預(yù)防性維修的意識養(yǎng)成路徑

對于機械設(shè)備等復(fù)雜的可修復(fù)系統(tǒng)，其意識養(yǎng)成路徑主要為以下兩個方面：

2.1 基于累計故障次數(shù)預(yù)防性維修意識

考慮到機械設(shè)備的運行時間、故障過程和維修情況等信息，將累計故障次數(shù)N(t)作為協(xié)變量引入到威布爾比例風(fēng)險模型中，得到新模型為：

式中，N（t）表示t 時刻為止機械設(shè)備的累計故障次數(shù)；γ 是累計故障次數(shù)的回歸系數(shù)，反映累計維修的影響程度。當(dāng)γ0＜時，表示維修對機械設(shè)備是保護(hù)因素，其使機械設(shè)備運行狀態(tài)得到改善；當(dāng)γ0＞時，表示維修對機械設(shè)備是風(fēng)險因素，機械設(shè)備運行狀態(tài)出現(xiàn)惡化；當(dāng)γ0=時，表示維修對機械設(shè)備沒有影響，故障率函數(shù)退化成威布爾分布。

2.2 最小維修費用的預(yù)防性維修意識

在維修決策過程中，機械設(shè)備的維修費用是影響維修決策的關(guān)鍵因素之一，本文將預(yù)防性維修周期內(nèi)維修費用最優(yōu)作為決策目標(biāo)，求出最優(yōu)的預(yù)防性維修周期。機械設(shè)備的維修費用主要包括了發(fā)生故障時導(dǎo)致的損失費用、預(yù)防性維修費用、故障維修費用以及機械設(shè)備因故障或進(jìn)行維修而停機的損失費用。因為機械設(shè)備停機的損失費用和故障導(dǎo)致?lián)p失費用較難以量化，在此不作考慮。在此假設(shè)機械設(shè)備預(yù)防性維修的周期為T，進(jìn)行預(yù)防性維修的平均費用為Cp，進(jìn)行修復(fù)維修的平均費用為Cc，則可以求得單位時間的平均維修費用為：

因此，最優(yōu)的預(yù)防性維修周期決策的數(shù)學(xué)模型可以歸納為：

式中，t0表示機械設(shè)備可靠度處于可靠度閾值時所對應(yīng)的預(yù)防性維修時間點。通過設(shè)置合適的可靠度閾值R0來保障機械設(shè)備運行的可靠性要求，同時約束最優(yōu)預(yù)防性維修周期的范圍。

3 機械設(shè)備預(yù)防性維修的意識養(yǎng)成措施

3.1 普通機械設(shè)備維修流程分析

為了保障普通機械設(shè)備的可靠性，考慮引入基于機器維修前最大役齡的維修策略。本文對普通機械設(shè)備的維修流程進(jìn)行分析，維修流程如下：1）根據(jù)工件工序的加工時間，統(tǒng)計每臺機器的役齡；2）如果機器役齡接近機器的維修前最大役齡，根據(jù)當(dāng)前工件的加工情形確認(rèn)是否執(zhí)行預(yù)防性維修計劃；3）執(zhí)行預(yù)防性維修計劃，對機器故障頻發(fā)的部件進(jìn)行檢修和更換，對機器易磨損部件進(jìn)行潤滑；4）重新開動機器，并確認(rèn)機器執(zhí)行預(yù)防性維修的效果；5）記錄預(yù)防性維修的過程，并根據(jù)維修記錄總結(jié)機器的失效規(guī)律，修正機器的維修前最大役齡。

3.2 基于機器維修前最大役齡的維修策略

對于普通的機械設(shè)備，比如車床、銑床、刨床、磨床等非數(shù)控加工機床，假定機器故障率已經(jīng)經(jīng)過了新機器故障高發(fā)期，經(jīng)過不斷地磨合和調(diào)試，機器故障率進(jìn)入穩(wěn)定期。由于普通機械設(shè)備的加工成本較低，因此如果采用狀態(tài)維修策略，即通過對機器實施狀態(tài)監(jiān)測和診斷技術(shù)，判斷設(shè)備的退化程度，并在故障發(fā)生前有計劃地維修，并不具有維修經(jīng)濟(jì)性。然而，采用傳統(tǒng)的定期維修策略會產(chǎn)生很大的弊端。首先，定期維修的策略無法匹配設(shè)備的運行情況，往往造成維修過剩或者維修不足的問題；其次，定期維修的策略無法匹配生產(chǎn)節(jié)奏，機器容易出現(xiàn)空閑，導(dǎo)致機器資源的浪費，生產(chǎn)效率無法提高。因此需要針對普通機械設(shè)備設(shè)計合適的維修策略，使得維修策略既可以保障設(shè)備的可靠性，同時也能夠匹配生產(chǎn)節(jié)奏，同時該維修策略還需要具備一定的經(jīng)濟(jì)性。 基于機器維修役齡的維修策略本質(zhì)上是一種預(yù)防性維修策略。機器役齡是指在上一次維修之后機器的累計運行時間，機器役齡隨著加工時間的累積而不斷變大，機器役齡變大預(yù)示著機器的工況在不斷地惡化， 然而還沒有達(dá)到其發(fā)生故障的極限，設(shè)定機器發(fā)生故障的極限為該機器的維修前最大役齡，機器役齡如果超過機器的維修前最大役齡，則機器因為故障的累積過大會發(fā)生故障， 因此需要在機器役齡達(dá)到維修前最大役齡之前執(zhí)行預(yù)防性維修，機器在執(zhí)行預(yù)防性維修之后恢復(fù)如新，機器役齡歸零，有效地避免了機器發(fā)生故障而停機。

3.3 制造工藝中存在并行機器的維修策略

生產(chǎn)企業(yè)為了消除生產(chǎn)瓶頸，往往通過購置多臺導(dǎo)致生產(chǎn)瓶頸的并行機器，并行機器消除了生產(chǎn)瓶頸，有效地提高了工件的加工效率。新的并行機器跟舊的并行機器有相同的功能，但新的并行機器往往已經(jīng)更新?lián)Q代，有著更加優(yōu)異的性能，并且新的并行機器沒有經(jīng)年日久的損耗，因此考慮新舊并行機器有不完全相同的失效規(guī)律。為了描述新舊并行機器不同的失效規(guī)律，考慮為新舊機器設(shè)置不同的維修前最大役齡，新的并行機器的維修前最大役齡比舊的并行機器的維修前最大役齡小，意味著新的并行機器需要累積更長的加工時間才會執(zhí)行預(yù)防性維修，新的并行機器工況的退化速度比舊的并行機器更慢。設(shè)備的維修策略依然選擇最小化維修加預(yù)防性維修策略。 比如在采用多品種小批量生產(chǎn)方式的某模具制造企業(yè)，在保障設(shè)備可靠性的同時能夠匹配生產(chǎn)節(jié)奏，實現(xiàn)生產(chǎn)與維修的集成調(diào)度?？紤]多品種小批量的生產(chǎn)方式產(chǎn)生了設(shè)備多樣化的集群式生產(chǎn)車間，將設(shè)備按照模具訂單的精度以及是否有并行機器分為三類，分別為低精度的普通機械設(shè)備、高精度的數(shù)控加工機床和制造工藝中存在并行機器這三類機器類型，并分別研究了三類機器的維修策略。

4 總結(jié)

未來的機械設(shè)備維修與保養(yǎng)會成為社會化工作，逐漸向資源共享和遠(yuǎn)程維修發(fā)展，機械設(shè)備維修所需要的維修從業(yè)人員需求量將逐步減少，但對其技能和知識方面的要求會越來越高。同時機械設(shè)備預(yù)防性維修意識養(yǎng)成是一項系統(tǒng)工程，需要將維修過程中涉及的流程落實到人，通過建立管理制度和培訓(xùn)機制，編制適應(yīng)的維修方案，從而提升公司整體實力。