電梯限速器的壽命分析及延長(zhǎng)其壽命的質(zhì)量控制方法

摘要：針對(duì)某公司2021年限速器的更換記錄進(jìn)行研究，選取有電梯設(shè)備編號(hào)的更換記錄作為研究樣本，與限速器發(fā)運(yùn)的時(shí)間進(jìn)行匹配，計(jì)算出樣本中各限速器的實(shí)際失效年限。運(yùn)用威布爾概率分布知識(shí)，利用Minitab統(tǒng)計(jì)分析工具，分析得出2021年限速器的早期失效威布爾分布數(shù)據(jù)及分布圖，評(píng)價(jià)限速器在該年度的早期失效表現(xiàn)。對(duì)早期失效的原因進(jìn)行柏拉圖分類，確定出主要失效模式為限速器開關(guān)誤動(dòng)作、限速器及限速繩油污這兩類問題，使用3-Legged 5 Why等工具，深究深層次的根本原因，針對(duì)根本原因制定優(yōu)化設(shè)計(jì)、資質(zhì)認(rèn)證及培訓(xùn)、作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化及預(yù)防性維護(hù)、OFA審查制度等機(jī)制措施。全面實(shí)施這些措施后，再次運(yùn)用威布爾概率分布知識(shí)，利用Minitab統(tǒng)計(jì)分析工具，分析得出2023年限速器的早期失效威布爾分布數(shù)據(jù)及分布圖，評(píng)價(jià)限速器在采取質(zhì)量改善及控制措施后的早期失效表現(xiàn)。經(jīng)過(guò)對(duì)比，50百分位的失效年限由4.389年提升至7.147年，提升了62.8%，限速器的早期失效表現(xiàn)績(jī)效有顯著提升，使用壽命有效延長(zhǎng)，更換頻率降低。

關(guān)鍵詞：限速器；威布爾分析；柏拉圖分析；使用壽命；DFMEA；電子數(shù)據(jù)庫(kù)

中圖分類號(hào)：TU857? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? 文章編號(hào)：1671-0797（2024）12-0056-05

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.12.015

0? ? 引言

電梯安全在公共安全中十分重要，最新的可查數(shù)據(jù)顯示，2022年市場(chǎng)上登記在冊(cè)的電梯數(shù)量有964.46萬(wàn)部，共發(fā)生事故22起，死亡17人。在已結(jié)案明確原因的13起事故中，與限速器相關(guān)的有6起[1]，占比為46.2%。限速器是電梯安全保護(hù)系統(tǒng)中的安全控制部件之一，其結(jié)構(gòu)包括限速器繩輪、左夾繩臂與夾塊、離心錘聯(lián)動(dòng)拉桿、觸發(fā)鎖舌、觸發(fā)鎖舌轉(zhuǎn)軸、離心錘轉(zhuǎn)軸、離心錘回位接頭、離心錘回位彈簧、右夾繩臂與夾塊、限速器繩輪轉(zhuǎn)軸、制動(dòng)塊銷軸、制動(dòng)塊、制動(dòng)塊扭簧、制動(dòng)塊轉(zhuǎn)軸、觸發(fā)鎖舌扭簧、花盤銷軸、夾繩臂轉(zhuǎn)軸、花盤。限速器用于隨時(shí)監(jiān)測(cè)控制轎廂的速度，當(dāng)出現(xiàn)超速度情況時(shí)，即電梯額定速度的115%時(shí)，能及時(shí)發(fā)出信號(hào)，繼而產(chǎn)生機(jī)械動(dòng)作切斷供電電路，使曳引機(jī)制動(dòng)。當(dāng)電梯超速、運(yùn)行失控或懸掛裝置斷裂甚至轎廂發(fā)生墜落時(shí)，在所有其他安全保護(hù)裝置不起作用的情況下，限速器安全鉗裝置能迅速將電梯轎廂制停在導(dǎo)軌上，并保持靜止?fàn)顟B(tài)，從而避免發(fā)生人員傷亡及設(shè)備損壞事故[2]。正是因?yàn)橄匏倨髟陔娞莅踩兄陵P(guān)重要，才需要對(duì)限速器的使用壽命進(jìn)行分析預(yù)測(cè)。一方面通過(guò)設(shè)計(jì)改進(jìn)、過(guò)程控制可以提升限速器的使用壽命，另一方面通過(guò)對(duì)維保技師的操作培訓(xùn)，實(shí)施預(yù)見性維護(hù)，在限速器可能失效的情況下，提前進(jìn)行干預(yù)，也能降低限速器失效引起的安全事故發(fā)生頻率。

本文基于對(duì)市場(chǎng)上電梯限速器更換記錄的數(shù)據(jù)，分析限速器的實(shí)際使用壽命，結(jié)合召修熱線記錄的數(shù)據(jù)，分析限速器的主要失效問題，根據(jù)分析結(jié)果、數(shù)據(jù)分布特點(diǎn)和失效原因，采取有效的質(zhì)量控制措施，保證限速器的安全有效。

1? ? 限速器的使用壽命分析

限速器使用壽命分析所涉及的數(shù)據(jù)比較龐大且復(fù)雜，需要制定周密的計(jì)劃及詳盡的步驟進(jìn)行收集。經(jīng)過(guò)策劃，采用以下步驟收集并整理匹配數(shù)據(jù)。

1.1? ? 調(diào)取售后更換記錄數(shù)據(jù)

售后市場(chǎng)上的限速器，均是通過(guò)備件中心采購(gòu)，而備件中心也僅發(fā)運(yùn)售后維保市場(chǎng)上的零部件請(qǐng)求。所以，從備件中心的物料發(fā)運(yùn)系統(tǒng)中調(diào)取2011年至2021年期間的限速器發(fā)運(yùn)記錄，即可覆蓋在保電梯中有限速器更換情況的所有設(shè)備。

1.2? ? 篩選有設(shè)備號(hào)記錄的樣本數(shù)據(jù)

備件中心的物料發(fā)運(yùn)系統(tǒng)并未記錄每一個(gè)發(fā)運(yùn)的限速器所對(duì)應(yīng)的電梯設(shè)備編號(hào)，僅有10%～20%有相應(yīng)的記錄，因此只能選取樣本進(jìn)行研究。對(duì)調(diào)取出來(lái)的所有更換記錄進(jìn)行篩選，僅保留有設(shè)備號(hào)記錄的數(shù)據(jù)。

1.3? ? 匹配各設(shè)備的使用年限

對(duì)樣本進(jìn)行進(jìn)一步研究后發(fā)現(xiàn)，雖然有了設(shè)備編號(hào)，但沒有設(shè)備的使用年限記錄。因此，整理出這些樣本中所涉及的設(shè)備編號(hào)，接著從工廠的JDE系統(tǒng)中調(diào)取這些編號(hào)的設(shè)備發(fā)運(yùn)記錄，綜合備件申請(qǐng)的日期及整梯設(shè)備發(fā)運(yùn)的日期，計(jì)算出樣本中涉及的所有電梯設(shè)備截至備件申請(qǐng)日的使用年限，得出不同設(shè)備限速器更換時(shí)的使用年限，如表1所示。

1.4? ? 計(jì)算威布爾分布

威布爾分布是一種連續(xù)性的概率分布，可以應(yīng)用于壽命預(yù)測(cè)領(lǐng)域。其概率密度函數(shù)如下：

f（t）=·exp-β

式中：β為形狀參數(shù)；t為時(shí)間參數(shù)；δ為位置參數(shù)；θ為尺度參數(shù)。

其含義為在某一時(shí)刻，單位時(shí)間內(nèi)失效出現(xiàn)的概率。對(duì)威布爾概率密度函數(shù)在時(shí)間段[0，t]進(jìn)行積分，可得威布爾累計(jì)分布函數(shù)，即指時(shí)間從0到t出現(xiàn)失效的概率，積分式為：

F（t）=·exp-βdt=1-exp-β

通常如果希望知道限速器在特定條件下的評(píng)價(jià)使用壽命，可以通過(guò)找到使得累積分布函數(shù)等于某個(gè)固定值的位置獲得[3]。根據(jù)1.3中整理出的各設(shè)備使用年限，利用Minitab工具中極大似然估計(jì)法去創(chuàng)建威布爾概率分布圖，研究2021年限速器的實(shí)際使用壽命的威布爾分布，得出95%置信區(qū)間威布爾概率分布如表2和圖1所示。其形狀參數(shù)β為1.685，尺度參數(shù)θ為5.455，擬合優(yōu)度AD（Anderson-Darling）為8.889。

2? ? 故障分析

從圖1可知，限速器的50百分位值僅為4.389年，需要深入研究限速器的故障模式，找出問題原因，采取針對(duì)性改進(jìn)措施。

首先，收集2021年市場(chǎng)上發(fā)生召修（CBs）的故障和失效模式。然后，分析發(fā)生故障的具體零件及其失效模式、所占比重。接著，對(duì)發(fā)生失效的零部件進(jìn)行根本原因分析，找到問題發(fā)生的最根本的原因，以便能制定具有針對(duì)性的改進(jìn)和控制措施，從根本上提升限速器的使用壽命。

收集2021年所發(fā)生的CBs，通過(guò)柏拉圖分析，限速器的主要失效模式為限速器開關(guān)誤動(dòng)作、限速器及限速繩油污。限速器開關(guān)誤動(dòng)作的失效模式占比為36.7%，限速器及限速繩污物清潔占比分別為35.5%和18.7%，三者總占比達(dá)90.9%。具體占比如圖2所示。

通過(guò)Pro/E 3D數(shù)模演示研究發(fā)現(xiàn)，限速器開關(guān)誤動(dòng)作的原因是下立柱上的螺栓銷與上立柱端部的筋干涉（圖3），該處的距離為（14±5.5）mm，設(shè)計(jì)時(shí)間隙不足，驗(yàn)證不夠充分造成了該失效。

限速器及限速繩污物清潔則主要是保養(yǎng)不充分，未定期清理造成的。運(yùn)用3-Legged 5 Why的工具進(jìn)一步分析（圖4），造成該失效的個(gè)案原因是保養(yǎng)時(shí)遺漏；未發(fā)現(xiàn)該失效的根本原因是沒有針對(duì)高故障梯保養(yǎng)質(zhì)量的檢查要求；從系統(tǒng)層面未能預(yù)防該類問題的原因是缺少自動(dòng)清潔工具，沒有針對(duì)高故障梯保養(yǎng)的工藝方法。

3? ? 質(zhì)量改進(jìn)及控制

針對(duì)不同的失效原因，分別采取針對(duì)性措施進(jìn)行改進(jìn)。

3.1? ? 優(yōu)化設(shè)計(jì)

下立柱上的螺栓銷與上立柱端部的筋之間距離過(guò)小是造成干涉的主要原因，通過(guò)Pro/E模擬演示驗(yàn)證，將該處的距離由目前的（14±5.5）mm更改為（36±5.5）mm，經(jīng)3D數(shù)據(jù)及實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證，修改后的樣本未再發(fā)生干涉的情況。

3.2? ? 資質(zhì)認(rèn)證及培訓(xùn)

積極推動(dòng)維保工不同技能等級(jí)認(rèn)證，根據(jù)維保技能的差異，將維保工人由低到高分為綠帶、藍(lán)帶、黑帶三個(gè)等級(jí)。針對(duì)高頻發(fā)生以上問題的電梯，要求須由藍(lán)帶以上的維保工人對(duì)其進(jìn)行維保作業(yè)，可一定程度上減少以上問題的發(fā)生頻次。與此同時(shí)，培訓(xùn)具有綠帶資質(zhì)的維保工人，充分認(rèn)知到以上問題的維保要求，半月維保時(shí)須及時(shí)清理油污。

3.3? ? 作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化及預(yù)防性維護(hù)

制定針對(duì)限速器開關(guān)誤動(dòng)作、限速器及限速繩油污的標(biāo)準(zhǔn)化維保作業(yè)指導(dǎo)書，明確檢查內(nèi)容和操作步驟，規(guī)范維保工人的操作內(nèi)容，強(qiáng)化操作流程，讓每一位維保工人都能掌握正確的維保方法。特別是針對(duì)高頻發(fā)生限速器故障的電梯，在半月度維保時(shí)實(shí)施預(yù)防性維護(hù)，及時(shí)清理油污，預(yù)防問題的發(fā)生。

3.4? ? 建立FA審查制度

推進(jìn)FA（Field Audit）審查制度，組建專業(yè)的工地審查小組，隨機(jī)性抽查以上制定的維保作業(yè)執(zhí)行情況，將檢查結(jié)果與分公司總經(jīng)理的年度績(jī)效掛鉤，從管理上推動(dòng)各分公司落實(shí)以上措施，切實(shí)改善限速器高故障率的問題。

3.5? ? 完善開發(fā)流程

從系統(tǒng)層面完善新產(chǎn)品開發(fā)流程，建立DFMEA電子數(shù)據(jù)庫(kù)及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)電子數(shù)據(jù)庫(kù)，建立新產(chǎn)品及產(chǎn)品變更的評(píng)審流程，由管理層及專業(yè)小組組成聯(lián)合評(píng)審委員會(huì)，在流程中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行評(píng)審，并對(duì)實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)及DFMEA具體內(nèi)容進(jìn)行專業(yè)審查，充分評(píng)估過(guò)去曾經(jīng)發(fā)生過(guò)的失效模式及可能發(fā)生的失效模式，將這些失效模式納入3D數(shù)模驗(yàn)證計(jì)劃和試驗(yàn)驗(yàn)證計(jì)劃，從設(shè)計(jì)之初就能充分保證產(chǎn)品的質(zhì)量。

4? ? 效果驗(yàn)證

從2022年第一季度開始逐步實(shí)施以上所述設(shè)計(jì)、維保、審查等多層次的改善措施，至2022年第三季度全面落實(shí)到位。截取2023年全年的限速器更換記錄，再次運(yùn)用威布爾概率分析方法評(píng)測(cè)限速器的使用壽命。依次調(diào)取售后更換記錄數(shù)據(jù)、篩選有設(shè)備號(hào)記錄的樣本數(shù)據(jù)、匹配各設(shè)備的使用年限、計(jì)算威布爾分布及威布爾95%置信區(qū)間，如表3和圖5所示。

從圖5可知，2023年度更換的限速器使用年限50百分位值為7.147年，相較圖1的2021年限速器更換50百分位值4.389年，已有62.8%的顯著提升。

5? ? 討論

驗(yàn)證結(jié)果表明，優(yōu)化設(shè)計(jì)、資質(zhì)認(rèn)證及培訓(xùn)、作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化及預(yù)防性維護(hù)、OFA審查制度等質(zhì)量改進(jìn)及控制措施是有效的。限速器的質(zhì)量關(guān)乎電梯的安全運(yùn)行，研究表明，不完善的設(shè)計(jì)、不充分的維護(hù)保養(yǎng)都會(huì)造成限速器的早期失效，不但影響了公司維保業(yè)務(wù)的運(yùn)營(yíng)成本，更關(guān)鍵的是會(huì)對(duì)乘客乘坐電梯的安全性造成隱患。

要改善限速器的產(chǎn)品質(zhì)量，首先要從設(shè)計(jì)著手，產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段對(duì)限速器的失效有著重要影響，根據(jù)圖2所示數(shù)據(jù)，由于設(shè)計(jì)不夠完善造成的限速器早期失效達(dá)36.7%，在限速器部件的設(shè)計(jì)之初，要充分運(yùn)用3D數(shù)模、DFMEA、試驗(yàn)驗(yàn)證等工具，完善新產(chǎn)品開發(fā)及現(xiàn)有產(chǎn)品變更的項(xiàng)目管理流程，從根本上設(shè)計(jì)出質(zhì)量?jī)?yōu)良的產(chǎn)品。其次，后期的維護(hù)保養(yǎng)也對(duì)限速器的使用壽命有著較大影響，根據(jù)圖2所示數(shù)據(jù)，由于維保不充分帶來(lái)限速器早期失效達(dá)54.1%，容易看出，維保質(zhì)量對(duì)限速器失效有著尤為重要的影響。對(duì)此，采取對(duì)維保人員進(jìn)行分級(jí)認(rèn)證的措施，針對(duì)諸如限速器之類的重要安全部件，必須由達(dá)到一定資質(zhì)的人員進(jìn)行正確維護(hù)，并需要將維護(hù)的作業(yè)步驟及作業(yè)流程進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，全面貫徹預(yù)防性維護(hù)，才能防患于未然。與此同時(shí)，應(yīng)建立獨(dú)立的監(jiān)督審查機(jī)制，抓落實(shí)，促成效，通過(guò)對(duì)分公司管理人員的考評(píng)，推進(jìn)基層落實(shí)維保要求，從制度上保證維保效果。

6? ? 結(jié)論

本研究通過(guò)對(duì)限速器的更換數(shù)據(jù)選取適當(dāng)樣本，對(duì)限速器的早期失效進(jìn)行威布爾分析。針對(duì)早期失效的原因進(jìn)行分析、分類并研究，運(yùn)用柏拉圖及3-Legged 5 Why等工具，深究限速器失效的根本原因，針對(duì)不同的失效原因，分別采取針對(duì)性措施進(jìn)行改進(jìn)。通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)、資質(zhì)認(rèn)證及培訓(xùn)、作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化及預(yù)防性維護(hù)、OFA審查制度等機(jī)制措施，有效改進(jìn)了限速器的早期失效問題，50百分位的失效年限由4.389年提升至7.147年，提升了62.8%。本研究采取的威布爾分析、質(zhì)量改進(jìn)及控制措施也適用于其他大多數(shù)電梯部件的分析、改進(jìn)和效果驗(yàn)證。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局.市場(chǎng)監(jiān)管總局關(guān)于2022年全國(guó)特種設(shè)備安全狀況的通告[Z/OL].（2023-03-21）[2024-

02-26].https：//www.samr.gov.cn/tzsbj/qktb/tb/art/

2023/art_67857a52cc3b41bd9cff0560e6b9b503.html.

[2] 李萬(wàn)莉，卞開特.電梯雙向限速器觸發(fā)理論與實(shí)驗(yàn)研究[J].中國(guó)工程機(jī)械學(xué)報(bào)，2017，15（5）：377-382.

[3] 王松.威布爾分布在壽命分析中的應(yīng)用[C]//2005年全國(guó)機(jī)械可靠性學(xué)術(shù)交流會(huì)暨“車輛與工程裝備質(zhì)量與可靠性論壇”論文集，2005：29-35.

收稿日期：2024-02-28

作者簡(jiǎn)介：韓振紅（1980—），男，河南輝縣人，注冊(cè)中級(jí)質(zhì)量工程師，高級(jí)質(zhì)量經(jīng)理，從事質(zhì)量大數(shù)據(jù)分析、質(zhì)量問題分析工具研究等工作。