基于浴盆曲線的機(jī)械加工設(shè)備維護(hù)策略

陳 瑞，楊嘉璽，林楊杰，許再光，蘇立民

（一汽-大眾動力總成事業(yè)部成都發(fā)動機(jī)廠，四川成都 610100）

0 引言

隨著社會生產(chǎn)力的發(fā)展，機(jī)械加工設(shè)備的自動化率在逐步提高，批量生產(chǎn)過程中對設(shè)備的依賴程度與日俱增，這使得“更低的故障率”成為生產(chǎn)設(shè)備維護(hù)部門持續(xù)不斷的追求目標(biāo)。實(shí)踐證明，大多數(shù)設(shè)備的故障率是時(shí)間的函數(shù)，典型的故障曲線為浴盆曲線（Bathtub Curve，失效率曲線），它是以使用時(shí)間為橫坐標(biāo)、以失效率為縱坐標(biāo)的一條曲線，曲線呈兩頭高、中間低的形狀，所以被稱為“浴盆曲線”（圖1）。曲線具有明顯的階段性，失效率隨使用時(shí)間變化分為早期故障期、偶然故障期和耗損失效期3 個(gè)階段。即設(shè)備剛投產(chǎn)調(diào)試初期階段（早期故障期）故障率高，經(jīng)過不斷地調(diào)試磨合逐步進(jìn)行平穩(wěn)期（偶然故障期）故障率降低且保持一段時(shí)間，經(jīng)過長期使用后設(shè)備磨損加?。ê膿p失效期）導(dǎo)致設(shè)備故障頻次增高[1]。

圖1 設(shè)備故障率“浴盆曲線”

（1）早期故障期。由于設(shè)計(jì)、原材料和制造過程中的缺陷造成的投產(chǎn)初期生產(chǎn)設(shè)備故障率高，因設(shè)備長途運(yùn)輸振動、部件應(yīng)力釋放等原因造成連接部件松動，故障占比較高的是程序邏輯漏洞、連接部件松動問題。通過對某國內(nèi)設(shè)備廠家生產(chǎn)線進(jìn)行專項(xiàng)緊固，發(fā)現(xiàn)信號松動故障占5%，連接件松動故障占1.3%，未達(dá)到擰緊力矩故障占15%。

（2）設(shè)備偶然故障期。設(shè)備進(jìn)入平穩(wěn)運(yùn)行階段失效率較低且較穩(wěn)定，往往可近似看作常數(shù)，偶然失效原因主要是設(shè)備維護(hù)不當(dāng)、使用不當(dāng)、工作條件（負(fù)荷、溫度、環(huán)境等）劣化等，或者由于材料缺陷、控制失靈、結(jié)構(gòu)不合理等設(shè)計(jì)、制造存在問題所致[2]。此階段重點(diǎn)關(guān)注日常周期性故障，通過點(diǎn)檢、巡檢和檢修對周期性出現(xiàn)故障進(jìn)行管控，重點(diǎn)總結(jié)調(diào)整或備件更換的周期性規(guī)律。故障管控的思路為：改造優(yōu)化本質(zhì)消除隱患→周期性措施預(yù)防故障→技能提升減少停機(jī)時(shí)間。消耗備件的數(shù)量結(jié)合裝置量和消耗頻次確定，低儲設(shè)置不應(yīng)低于單次采購周期內(nèi)的消耗量。

（3）設(shè)備耗損失效期。這一階段失效率隨時(shí)間的延長而急速上升，主要是由磨損、疲勞、老化和耗損等原因造成。重點(diǎn)關(guān)注磨損老化部件的處理措施，進(jìn)行必要的大修改造，除周期性措施外，對驅(qū)動、傳動部件進(jìn)行系統(tǒng)檢查評估，涉及到接觸夾具、橡膠件、軸承等需進(jìn)行功能驗(yàn)證。

“浴盆曲線”反映的是設(shè)備運(yùn)行的客觀統(tǒng)計(jì)規(guī)律，設(shè)備維護(hù)管控思路為：①針對恢復(fù)現(xiàn)狀型故障，首要任務(wù)是分析查找真因，最優(yōu)處理策略是設(shè)法徹底消除隱患，居中策略是通過日常點(diǎn)巡檢提前發(fā)現(xiàn)跡象并控制，最低策略是提高人員應(yīng)對能力和備品儲備，做到故障時(shí)快速修復(fù)；②針對防范潛在型故障，應(yīng)從設(shè)備原始資料、維修經(jīng)驗(yàn)、類似故障等方面對設(shè)備進(jìn)行正向梳理，識別到風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，針對性組織開展點(diǎn)巡檢工作。

1 疑難問題維修過程把控

維修人員在面對一些棘手或無頭緒的設(shè)備故障時(shí)，可以借助一些方式方法提高效率，如組織頭腦風(fēng)暴，邀請?jiān)O(shè)備操作者、其他技術(shù)人員參與進(jìn)行思路拓展等。在此過程中應(yīng)遵循以下原則：

（1）理解設(shè)備的加工工藝動作順序，考慮程序運(yùn)行偶然中斷因素、來料因素、測量因素、環(huán)境因素等外部變化點(diǎn)。對于絕大多數(shù)電氣類故障可以結(jié)合加工過程中的動作順序中斷/報(bào)警點(diǎn)鎖定故障原因，尤其是對于NC 加工程序可以結(jié)合程序中斷點(diǎn)進(jìn)行條件分析，設(shè)定排查方向和工作計(jì)劃。碰撞類故障因其損失大且恢復(fù)時(shí)間長，生產(chǎn)中應(yīng)當(dāng)極力避免，一旦發(fā)生時(shí)則須保留第一現(xiàn)場便于分析，程序中斷點(diǎn)、刀具狀態(tài)、人員上一步操作等應(yīng)當(dāng)納入分析范圍。

（2）查看相關(guān)圖紙、程序并理解。在電氣故障的處理過程中，會正確地查找圖紙和程序點(diǎn)位可以輔助問題的排查，尤其在遇到一些線路虛接導(dǎo)致的偶發(fā)性故障時(shí)，利用程序監(jiān)控特定點(diǎn)位的信號狀態(tài)，捕捉到信號閃斷后，查找圖紙對應(yīng)的硬件接線點(diǎn)予以糾正排查。

（3）對故障相關(guān)部件的使用規(guī)律、動作順序和工作原理完全清晰。維修過程中經(jīng)常會遇到總成部件的異常狀態(tài)處理，此過程中必須掌握該部件的使用規(guī)律。例如，對不同類型的三位五通電磁閥會有不同的使用場景，對應(yīng)的動作順序也會有差異。

（4）利用魚刺圖、樹狀圖等展示工具進(jìn)行原因分析、措施制定并驗(yàn)證實(shí)施。不同類型展示工具的核心都是通過分析鎖定問題點(diǎn)或可能的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，制定的措施一般按照先易后難執(zhí)行。

2 備件出現(xiàn)短缺時(shí)的應(yīng)急處理原則

（1）按照不同的查詢方式或全部類似件排查的方式確認(rèn)庫房是否有備件，尤其注意區(qū)分產(chǎn)品系列號和訂貨號，氣缸、管路等與長度尺寸信息相關(guān)的備件可能存在多組信息，應(yīng)當(dāng)予以全部確認(rèn)。為應(yīng)對大規(guī)模生產(chǎn)的需求，很多公司同一系列內(nèi)的定制尺寸產(chǎn)品以方便客戶選用，掌握各公司備件命名方式有助于提高工作效率，在庫房檢修信息錄入時(shí)也應(yīng)注意涵蓋所有特征信息。例如，費(fèi)斯托（FESTO）公司提供的“DNC-32-…-PPV-A 標(biāo)準(zhǔn)氣缸類備件”，即表示該氣缸活塞直徑為32 mm、氣動緩沖、雙端可調(diào)的一個(gè)系列氣缸，這系列行程80 mm 的氣缸可以通過“DNC-32-80-PPV-A”或“163308”進(jìn)行訂貨或查詢。

（2）研究能否進(jìn)行備件替代。對變更點(diǎn)應(yīng)進(jìn)行留痕或信息傳遞，替換時(shí)應(yīng)以實(shí)現(xiàn)功能為基礎(chǔ)，結(jié)合部件特性進(jìn)行評估。易燃易爆介質(zhì)替換時(shí)應(yīng)注意防爆等級，機(jī)械和電氣方面也各有側(cè)重。

機(jī)械方面主要考慮管路、機(jī)械儀表、泵、閥、過濾器、氣缸、油缸、軸承等部件替換。例如，管路替代主要考慮長度、連接方式、耐壓等級、傳輸介質(zhì)特性等，圖2 中的3 種液壓油管兩端接頭方式、耐壓等級一致，在安裝長度足夠的情況下可以互相替代；機(jī)械儀表替代主要考慮量程、作用介質(zhì)、抗震性等，而軸承替代主要考慮安裝尺寸、精度等級、轉(zhuǎn)速、負(fù)載、防護(hù)方式等因素，在缺件的情況下圖3 中的3 種軸承可互相替代。

圖2 不同長度的液壓油管

圖3 不同生產(chǎn)廠家和防護(hù)方式的軸承

電氣方面主要考慮電源、線纜、信號、電器儀表等。例如，電源替代主要考慮輸入輸出方式、功率、安裝方式、監(jiān)控反饋方式等（圖4）；線纜替代主要考慮長度、接口方式、防護(hù)等級、干擾屏蔽等，圖5 中的3 種線纜僅在長度尺寸上存在差異，在使用過程中可以結(jié)合實(shí)際安裝長度進(jìn)行替換；信號替代主要考慮接口方式、感應(yīng)距離、防護(hù)等級等，磨床、清洗機(jī)等濕式加工環(huán)境選型建議在IP67 及以上；電器儀表主要考慮接口方式、作用介質(zhì)監(jiān)控反饋方式等。

圖4 性能相似的電源備件

圖5 不同長度尺寸的線纜備件

（3）研究能否進(jìn)行返修或備件拼湊，即從類似備件或待返修件、報(bào)廢件中組合拼湊一個(gè)可用的備件。氣缸、油缸類備件進(jìn)行返修拼湊時(shí)，可以選擇相同活塞直徑的進(jìn)行返修。圖6 中的同系列氣缸在必要情況下可返修組裝。

圖6 不同長度尺寸的氣缸備件

（4）研究能否臨時(shí)屏蔽，并對存在的安全、質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評估和升級。對于變更管理，難點(diǎn)在于技術(shù)的安全可靠性和管理的信息傳遞，對于復(fù)雜設(shè)備或功能的屏蔽，應(yīng)當(dāng)對可能發(fā)生的各類特殊情況進(jìn)行FMEA（Failure Mode and Effects Analysis，失效模式及后果分析），涉及人員參與協(xié)作配合的部分需要進(jìn)行人員動作分解分析，管理方面的信息傳遞需要在涉及到此設(shè)備使用、維護(hù)的人員中進(jìn)行，確保所有人都對此變更點(diǎn)有充分認(rèn)知。

（5）對于機(jī)械加工件，可利用圖紙進(jìn)行應(yīng)急性的機(jī)械加工，無圖紙備件可以開展反向測繪制作圖紙。

3 故障處理后的管控預(yù)防

對于設(shè)備故障的管控，應(yīng)考慮制定后續(xù)預(yù)防措施，遵循PDCA（Plan-Do-Check-Act，計(jì)劃、執(zhí)行、檢查和處理）原則。

3.1 對于已經(jīng)找到本質(zhì)原因的故障

（1）能徹底消除的，通過預(yù)防性維修、替代、改進(jìn)等方式進(jìn)行徹底消除。如果控制措施還未實(shí)施，應(yīng)該利用清單跟進(jìn)后續(xù)措施項(xiàng)，按照“5W2H”原則確定負(fù)責(zé)人和時(shí)間節(jié)點(diǎn)。實(shí)施后進(jìn)行效果驗(yàn)證，無問題后應(yīng)將該措施更新到預(yù)防性維修的標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)文件，形成標(biāo)準(zhǔn)化和經(jīng)驗(yàn)積累。

（2）不能徹底消除的，應(yīng)該通過員工培訓(xùn)、預(yù)防性維修等措施，降低問題發(fā)生概率和提高維修速度，并評估對生產(chǎn)的影響程度，通過改造措施以徹底解決。

（3）應(yīng)該舉一反三，消除類似故障隱患。

（4）涉及備件消耗的，應(yīng)跟蹤并確保庫存足夠。

3.2 暫時(shí)沒有找到原因的故障

（1）指定問題跟蹤負(fù)責(zé)人，組織對故障進(jìn)行系統(tǒng)分析和措施制定和實(shí)施驗(yàn)證，建立持續(xù)跟進(jìn)機(jī)制。

（2）應(yīng)該舉一反三，找出類似故障隱患，待找到解決方法后一并解決。

（3）涉及備件消耗的，應(yīng)跟蹤并確保庫存足夠。

4 結(jié)論

（1）“浴盆曲線”作為設(shè)備全生命周期管理的客觀規(guī)律，在設(shè)備壽命的不同時(shí)期，結(jié)合故障特點(diǎn)可以進(jìn)行有效管控介入，可以提高設(shè)備開動率，縮短設(shè)備早期故障期并延長平穩(wěn)期。

（2）設(shè)備維護(hù)過程中會遇到疑難問題、備件短缺等問題，遵循一定的原則和方法能提高故障解決效率。

（3）設(shè)備出現(xiàn)故障后，應(yīng)急解決只是第一步，需要通過科學(xué)的方法制定后續(xù)預(yù)防措施，按照PDCA 原則進(jìn)行管控可以避免重復(fù)故障的發(fā)生概率，提高設(shè)備使用效率。