基于FMEA的設(shè)備智能管理維護(hù)體系的建立探析

楊明川，高飛，鄭洪強(qiáng)

（北京奔馳汽車有限公司，北京 10000）

1 背景說明

面對(duì)汽車產(chǎn)能的不斷提升，發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線設(shè)備目前在以初始設(shè)計(jì)的104%提供產(chǎn)能輸出。通過連年的工藝優(yōu)化，效率提升已接近瓶頸。因此，需要從設(shè)備穩(wěn)定性來提高設(shè)備管理維護(hù)效率。根據(jù)與設(shè)備開動(dòng)率的公式關(guān)系，計(jì)算可得設(shè)備目標(biāo)可利用率須達(dá)到97%，工位天維修時(shí)間為20分鐘。因此，設(shè)計(jì)通過監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，得出潛在失效位置。對(duì)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)總結(jié)分析，確認(rèn)可能存在的故障點(diǎn)并提出失效模式。然后對(duì)失效模式進(jìn)行綜合評(píng)估，根據(jù)不同的設(shè)備狀態(tài)提出針對(duì)性的解決措施，最終實(shí)現(xiàn)智能維護(hù)體系的建立。

2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集與分析

2.1 設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)智能采集

良好的設(shè)備狀態(tài)是進(jìn)行正常生產(chǎn)的前提和保障，監(jiān)控系統(tǒng)通過設(shè)備端的PLC對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、報(bào)警信息、產(chǎn)品的數(shù)量和質(zhì)量等數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集、監(jiān)控和記錄，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)可視化、報(bào)警信息可追述化。通過產(chǎn)量實(shí)時(shí)監(jiān)控并生成節(jié)拍分析報(bào)告，對(duì)每臺(tái)機(jī)床進(jìn)行每小時(shí)橫向及縱向?qū)Ρ日页銎款i工位。

生本教育理念要求我們?cè)谡n堂教學(xué)中以學(xué)生為主體，一切為了學(xué)生、高度尊重學(xué)生和全面依靠學(xué)生。在小學(xué)語文課堂教學(xué)中貫徹生本教育的理念，可以提高語文課堂教學(xué)的有效性。因?yàn)閷W(xué)生才是語文課堂的主人，是語文學(xué)習(xí)的主力。教師在課堂教學(xué)中做得太多，不見得就會(huì)提高語文課堂教學(xué)的有效性，可能反而會(huì)限制學(xué)生的思維，使課堂教學(xué)的效果受到影響，教學(xué)效率反而不高。以生本教育理念指導(dǎo)語文教學(xué)，提高教學(xué)有效性要做到如下幾點(diǎn)：

通過監(jiān)控系統(tǒng)提供的準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)、可追述的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，利用系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)控、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、診斷分析三大功能，為對(duì)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)分析提供了有力的保障。

圖1 數(shù)據(jù)分析處理

2.2 數(shù)據(jù)分析

通過對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的匯總，研究發(fā)現(xiàn)有些故障頻次多但影響較小，且易于監(jiān)控；有些故障頻次少但影響嚴(yán)重，且不易監(jiān)控。采用失效模式及影響分析(Failure Mode and Effects Analysis,簡(jiǎn)記為FMEA)，從故障的嚴(yán)重程度、發(fā)生可能性和可探測(cè)度3個(gè)維度對(duì)故障進(jìn)行分析，然后將分析結(jié)果進(jìn)行歸類，并對(duì)不同種類的故障，制定有針對(duì)性的對(duì)策和措施。從而盡可能地減少和消除故障的發(fā)生，提高設(shè)備可靠性和可利用率。

經(jīng)過離線數(shù)據(jù)分析，共統(tǒng)計(jì)全年裝配線歷史報(bào)警記錄7348條，通過報(bào)警類型、頻次、持續(xù)時(shí)間等關(guān)鍵參數(shù)的篩選分類共計(jì)總結(jié)潛在失效模式98條，最終涉及設(shè)備包括：輸送類、機(jī)器人類、試漏類、擰緊類、機(jī)械類、壓機(jī)類等。

圖2 FMEA分析結(jié)果

同時(shí)，采用PDCA分析法，實(shí)現(xiàn)設(shè)備PM工單系統(tǒng)維護(hù)優(yōu)化。通過FMEA分析結(jié)果制定優(yōu)化的PM工單計(jì)劃錄入SAP工單管理系統(tǒng)（PLAN），系統(tǒng)將根據(jù)周期設(shè)置自動(dòng)生成PM工單對(duì)設(shè)備進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)(DO)，同時(shí)利用監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)總結(jié)功能每日生成scorecard設(shè)備日?qǐng)?bào)，自動(dòng)反饋設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)（CHECK），反向?yàn)镕MEA分析提供數(shù)據(jù)支持(ACTION)，實(shí)現(xiàn)預(yù)防性維護(hù)的閉環(huán)控制。

農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新和推廣體系改革與發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)表明，消除不利于農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新和推廣的制度障礙是一項(xiàng)涉及到基本理念、法律制度、組織機(jī)構(gòu)體系以及具體政策等一系列方面的綜合性改革。而目前對(duì)于椰果采摘機(jī)的研究?jī)H僅是因?yàn)槟承┤说膼酆枚M(jìn)行的，所以就直接導(dǎo)致在科技的創(chuàng)新能力、儲(chǔ)備能力和轉(zhuǎn)化能力方面均明顯落伍于其他農(nóng)業(yè)科技的發(fā)展。而對(duì)于椰果采摘機(jī)的研究，健全的科研體系將會(huì)促進(jìn)形成全國(guó)各地關(guān)注創(chuàng)新方法、踐行創(chuàng)新方法的社會(huì)氛圍，為研究的進(jìn)程帶來根本性的促進(jìn)作用。

圖3 設(shè)備智能管理維護(hù)體系建立

3 對(duì)策制定與實(shí)施

3.1 改進(jìn)產(chǎn)線設(shè)備，實(shí)現(xiàn)智能維護(hù)

軌道輸送產(chǎn)線若發(fā)生停機(jī)故障，極易造成物料堆積，嚴(yán)重影響裝配線正常運(yùn)行，屬于最高風(fēng)險(xiǎn)失效模式，需徹底解決。針對(duì)此占比2%的風(fēng)險(xiǎn)因素，項(xiàng)目通過改進(jìn)產(chǎn)線設(shè)備，優(yōu)化維護(hù)策略，實(shí)現(xiàn)智能維護(hù)。

圖3可見，考核數(shù)據(jù)集分析結(jié)果顯示隨著樣本量增加，符合率逐漸降低，最終穩(wěn)定均在0.75以上；多分類Logistic模型判對(duì)率均在0.82以上。

本設(shè)計(jì)中通過借鑒地鐵維護(hù)小車的先進(jìn)理念，設(shè)計(jì)1輛特殊0#shuttle小車，設(shè)計(jì)安裝主線清潔系統(tǒng)，同時(shí)安裝無線震動(dòng)傳感器等自檢設(shè)備，在0#小車正常輸送缸體曲軸的過程中，完成主線清掃和設(shè)備自檢工作，降低了維護(hù)難度，節(jié)省了維護(hù)成本，提高維護(hù)覆蓋率。

Shuttle小車設(shè)備優(yōu)化對(duì)比圖如圖4所示。

從無錫與其他城市的角度來說，之所以選擇無錫，首先，無錫地處江浙滬一帶交通便利，且經(jīng)濟(jì)條件較為良好，能夠?yàn)闃?gòu)建鄉(xiāng)村養(yǎng)老目的地提供較為堅(jiān)實(shí)的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)。其次，江蘇省政府出臺(tái)了《關(guān)于制定和實(shí)施老年人照顧服務(wù)項(xiàng)目的實(shí)施意見》，致力于建設(shè)健全養(yǎng)老服務(wù)體系，政府對(duì)于養(yǎng)老機(jī)構(gòu)有一定的支持度。最后，無錫作為“太湖明珠”，當(dāng)?shù)氐穆糜钨Y源多樣，且大多是風(fēng)景區(qū)，被覆蓋率高，水資源豐富，滿足老年人游玩需求。且無錫的客源主要是老年人，這說明老年人對(duì)于無錫旅游的熱衷程度。因此無錫十分適合構(gòu)建鄉(xiāng)村旅游養(yǎng)老目的地。

圖4 輸送小車優(yōu)化對(duì)比

（2）裝配線托盤在進(jìn)入自動(dòng)工位前需進(jìn)行姿態(tài)檢測(cè)，目前，托盤姿態(tài)為在托盤下方采用接近傳感器檢測(cè)的方式。此檢測(cè)方式因托盤差異頻繁發(fā)生檢測(cè)不到或碰撞傳感器的情況。

（1）裝配線缸體、曲軸物料供給單元EMS，輸送線全長(zhǎng)1300米，離地高度7米，穿梭小車（shuttle）210輛，維護(hù)周期4個(gè)月，清潔維護(hù)難度極大。同時(shí)，如何在節(jié)省人員成本的情況實(shí)現(xiàn)設(shè)備自檢，是橫在裝配線前段的巨大難題。

機(jī)械類、送料機(jī)結(jié)構(gòu)等設(shè)備技術(shù)可通過修正設(shè)備結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)減少維修時(shí)間，提高維護(hù)效率，避免停機(jī)發(fā)生。項(xiàng)目從硬件維修、軟件維修、維修技能3個(gè)方面，分別采用硬件結(jié)構(gòu)優(yōu)化、軟件備份、設(shè)置維修教程系統(tǒng)來提高維修效率。例如法蘭拆裝麻煩，每次都需要拔掉氣管和線纜才可以更換，增加維修時(shí)間，設(shè)計(jì)直角連接改成圓弧過渡，減小應(yīng)力集中；在最底部開槽，拆裝過程中不需要拔掉氣管及線纜，大大縮短維修時(shí)間。

圖5 姿態(tài)檢測(cè)優(yōu)化對(duì)比

圖6 PM閉環(huán)優(yōu)化

3.2 優(yōu)化PM系統(tǒng)，建立閉環(huán)維護(hù)

經(jīng)過FMEA分析，32%的失效模式可通過預(yù)防性/預(yù)見性維護(hù)避免，因此，利用備件管理系統(tǒng)（SAP）和優(yōu)化的預(yù)測(cè)性維護(hù)（PM）維護(hù)控制系統(tǒng)是體系建立的重要途徑。

[22][88] Morton Katherine, “China’s ambition in the South China Sea: is a legitimate maritime order possible?”, International Affairs, Vol. 92, No. 4, (2016), p. 925, p. 914.

針對(duì)以上故障類型，F(xiàn)MEA定義了不同的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等級(jí)和解決措施應(yīng)對(duì)方案分別為：改進(jìn)/優(yōu)化維護(hù)項(xiàng)目（CI）、預(yù)防性/預(yù)見性維護(hù)（PM）、修正性維修（CM）、緊急維修(EM)。根據(jù)RPN維護(hù)策略與失效模式嚴(yán)重性的四大分類，分別提出對(duì)應(yīng)的解決方案，建立了發(fā)動(dòng)機(jī)智能管理維護(hù)體系。

3.3 修正設(shè)備結(jié)構(gòu)，提高維護(hù)效率

托盤姿態(tài)改造項(xiàng)目通過設(shè)計(jì)光電開關(guān)在托盤側(cè)面進(jìn)行檢測(cè)的方式，實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)的準(zhǔn)確性和安全性。

3.4 建立預(yù)案機(jī)制，進(jìn)行緊急維護(hù)

針對(duì)占比53%常見性失效模式，對(duì)其停機(jī)影響小、數(shù)量多、技術(shù)分布廣的特點(diǎn)，維護(hù)團(tuán)隊(duì)提出緊急維護(hù)及備用預(yù)案的解決思路，主要措施包括工位功能切除、備件提前校準(zhǔn)、線邊備件庫建立等。其中單機(jī)器人擰緊和效果尤為顯著。

通過監(jiān)控系統(tǒng)和FMEA輸出優(yōu)化SAP備件管理系統(tǒng)，保證常用備件供應(yīng)速度，減少線體停機(jī)時(shí)間，通過優(yōu)化SAP系統(tǒng)的四大功能，實(shí)現(xiàn)備件的實(shí)時(shí)掌控。

當(dāng)雙機(jī)器人工位其中一個(gè)機(jī)器人發(fā)生機(jī)械故障或控制柜發(fā)生未知故障時(shí)，可能存在短時(shí)間無法修復(fù)的情況。設(shè)計(jì)使用雙機(jī)器人中工作正常的機(jī)器人實(shí)現(xiàn)2個(gè)機(jī)器人的工作。確認(rèn)工位節(jié)拍速度超線體節(jié)拍的15%，因此通過優(yōu)化單臺(tái)機(jī)器人速度10%可實(shí)現(xiàn)工位以線體60%節(jié)拍產(chǎn)能保證運(yùn)行生產(chǎn)，與停機(jī)相比可保證線體62.5%設(shè)備產(chǎn)能率，同時(shí)通過現(xiàn)場(chǎng)具體實(shí)施和停機(jī)演練，確認(rèn)獲得質(zhì)量部門的放行認(rèn)證文件，在保障設(shè)備運(yùn)行的情況下，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量工藝雙把關(guān)。

通過體系的探索與建立實(shí)現(xiàn)設(shè)備可利用率達(dá)到99%；年平均停機(jī)時(shí)間降低20%；故障平均維修時(shí)間8分鐘；工位天維修時(shí)間降低40%。超額完成項(xiàng)目既定目標(biāo)。由于設(shè)備穩(wěn)定性的提升，發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線單位工作時(shí)間內(nèi)可提高4%的產(chǎn)能輸出。節(jié)約設(shè)備停機(jī)造成的產(chǎn)能損失成本約600萬元，節(jié)約維修工時(shí)2360小時(shí)，節(jié)約物料及培訓(xùn)成本27萬元。

一是突出社區(qū)黨員示范。大力宣傳黨員家庭、優(yōu)秀黨員事跡，引導(dǎo)普通群眾向黨員看齊、向先進(jìn)學(xué)習(xí)，凸顯黨員隊(duì)伍在移風(fēng)易俗中的先鋒引領(lǐng)作用，宣傳現(xiàn)代文明理念和生活方式，推行移風(fēng)易俗，培育文明鄉(xiāng)風(fēng)、良好家風(fēng)和淳樸民風(fēng)，讓黨風(fēng)成為引領(lǐng)鄉(xiāng)風(fēng)文明、復(fù)興鄉(xiāng)村文化的方向標(biāo)桿。

4 效果驗(yàn)證和總結(jié)

通過發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線設(shè)備智能管理維護(hù)體系的建立，發(fā)動(dòng)機(jī)維護(hù)團(tuán)隊(duì)建立了完整的產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控-響應(yīng)-診斷-預(yù)防等全方位一體化的智能維護(hù)平臺(tái)，將工業(yè)4.0技術(shù)與傳統(tǒng)FMEA分析方法相結(jié)合，在戴姆勒工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（PPA spec）規(guī)范下分析產(chǎn)線運(yùn)行狀態(tài)和失效模式，搭建針對(duì)不同故障狀況的預(yù)見性精益維護(hù)模型。

通過對(duì)于原有維護(hù)系統(tǒng)不斷的改進(jìn)，不斷的探索，充分總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，敢于創(chuàng)新，尋找新的突破點(diǎn)建立智能管理維護(hù)體系，成功的解決了盲目維護(hù)、無序維護(hù)帶來的資源浪費(fèi)，提高了設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性，極大的減少了維護(hù)成本。根據(jù)項(xiàng)目的成功實(shí)施，我們已經(jīng)及時(shí)將這種設(shè)備智能管理維護(hù)體系和理念運(yùn)用到了新的項(xiàng)目當(dāng)中，從項(xiàng)目源頭上避免了由于無序維護(hù)給我們帶來的不必要的損失。

本設(shè)計(jì)的意義在于，在保證設(shè)備超產(chǎn)能正常運(yùn)行的同時(shí)，通過分析預(yù)測(cè)設(shè)備狀態(tài)建立智能管理維護(hù)體系來減少停線及維修損失，技術(shù)維護(hù)力保星輝閃耀！