以可靠性为中心的维修及其在设备维修

以可靠性为中心的维修及其在设备维修管理中的应用顾煜炯教授、博士生导师华北电力大学能源与动力工程学院Tel：010-80798560Mob：[phone]Fax：[phone]Email：[e-mail]背景（1）在过去的30多年里，由于需要维护的有形资产（设施、设备、建筑物等）的数量和种类大为增加，再加上设计的更加复杂化、维修技术的推陈出新以及对维修体制和维修职责的观念不断更新，维修已成为一门学科，它发生了比其它管理学科更为巨大的变革。随着人们对设备故障对安全性和环境的影响程度的深入认识，对维修和产品质量之间的关联的深入认识，以及为获得较高的设备可用度并要控制成本所带来的压力不断增加，所有生产行业中对维修的观念和技能都面临着严峻的考验，与工程人员和管理人员一样，维修人员不得不彻底更新思维方式和行为方式，过去的维修方式，无论怎么使之计算机化，其局限性正变得日益明显。背景（2）面对这种蜂拥而至的变化，各国的维修管理人员都正在试图寻求一种新的维修方法，他们要避免总是与重大变革相伴的起步错误和误入歧途。为此，他们要寻求一种战略性框架系统，使之能将新的发展结果并入一种相关联的模型中，以便对新的发展结果加以合理评估，并且采用其中对自己和企业最有价值的那一部分。本报告从维修理论的产生与发展入手，系统介绍以可靠性为中心的维修（Reliability-CenteredMaintenance，简称RCM)，目的是为维修管理人员提供一种科学的维修管理战略性框架系统，以期改变企业、企业现有的有形资产和使用这些资产的人员三者之间的关系，还能使新的设施以更快的速度、更大的把握和更高的精度投入更加有效的应用。一、RCM理论的产生与发展二、RCM的数学分析三、RCM理论的八项基本原理四、RCM的工作程序五、RCM实施的策略六、如何掌握RCM技巧七、RCM应能达到的效果八、RCM的特点和精神实质九、RCM的应用实例十、发电设备SRCM分析目录一、RCM理论的产生与发展（一）维修的演变（三个阶段）1、第一阶段第一阶段一直延续到二次世界大战，当时工业机械化程度不高，停机时间无足轻重。这意味着在大多数管理人员的头脑里，预防设备的故障并非头等大事。同时，大部分设备都比较简单，而且其中大多数的设计余量很大，这就使设备比较可靠且易于修复。因此，除了简单的清洁、维护和润滑等日常维修工作外，不需要进行什么系统的维修，对维修人员技能的要求也比较低。2、第二阶段第二次世界大战期间，情况发生了明显变化。战争带来的压力增加了对各种物品的需求，而产业劳动力却锐减，这导致了机械化程度的提高。到了50年代，各种设备的数量更多且更复杂，生产开始依赖于这些设备。随着这种依赖性的增长，停机时间就成为很突出的问题。这使人们想到可能并且应该预防设备故障，进而形成了预防性维修的概念。在60年代，预防性维修主要表现为定期对设备进行大修。与运行费用相比，维修费用也开始急剧增加，这使维修计划与控制系统应运而生。这种系统在很大程度上使维修成本得到了控制，而且迄今仍然是维修实践中的既定组成部分。随着固定资产占用的资本数量以及该资本成本的急剧增长，促使人们开始寻求最大限度延长资产寿命的方法。3、第三阶段自70年代中叶，工业领域发生了异常迅猛的变革，主要体现在新期望值、新研究和新技术三个方面。-新期望值第一阶段：故障时就修换第二阶段：更高的设施可用度更长的设备寿命更低的成本第三阶段：更高的设施可用度更高的可靠性更高的安全性更高的产品质量对环境无危害更长的设备寿命更高的成本效益1940195019601970198019902000-新研究第三阶段的研究揭示，实际中出现的设备故障模型，不是一种、两种，而是六种。-新技术决策支持手段：危害度分析，故障模式及影响分析，专家系统；新的维修技术：状态监测与故障诊断技术；更加注重设备的可靠性和可维修性设计；维修组织中的主要方法朝参与、合作、灵活的方向转变。第一阶段：有故障时就修换第二阶段：定期大修工作的计划和控制系统体积大、速度慢的计算机第三阶段：状态监测可靠性和维修性设计危害分析体积小、速度快的计算机故障模式和影响分析专家系统技能的多重化及合作1940195019601970198019902000（二）维修所面临的挑战1、选择最合适的技术；2、研究每一种故障过程；3、以满足设备拥有者、使用者和全社会的期望值为目的；4、经济效益最佳和最持久的形式；5、拥有相关人员的合作与积极支持。RCM提供了一种能使用户迅速而简单地应付这些挑战的框架系统。RCM从对各设施在其使用环境下的维修需求进行一个全面的零基审查入手，进行单位结构的改进、资源的配置和系统的实现，从而达到显著改观维修效率和效益的目的。（三）以可靠性为中心的维修理论维修理论是研究设备维修的本质和规律的理论，包括维修设计理论、维修技术理论和维修管理理论。维修理论是建立在概率统计、可靠性工程、维修性工程、断裂力学、模糊数学、故障物理、故障诊断理论和管理理论等现代科学的基础上的一门综合性工程技术应用理论，用于指导设备全寿命的维修优化，以获得最佳维修效益，保证设备的可靠性和安全性。以可靠性为中心的维修理论认为，一切维修活动，归根到底都是为了保持、恢复设备的可靠性。根据设备及其构件的可靠性状况，运用逻辑决断分析法来制订设备的维修大纲，确定所需的维修内容和合理的维修类型、适当的维修间隔期和维修级别等，从而达到优化维修的目的。在这种理论指导下进行设备维修，既能提高质量和可用率，保证使用安全，又能节约费用。以可靠性为中心的维修理论不仅适用于军事装备，也适用于民用设备，它在30多年的实践中不断地得到了完善、发展和广泛应用。（四）以可靠性为中心的维修理论的产生定时维修理论认为，每个机件的可靠性与使用时间有直接的关系，都有一个可以找到的并且在使用中不得超越的寿命—定时拆修间隔期，即“到寿”必须拆修，以确保其安全性和使用的可靠性；并且认为，拆修得越彻底，分解得越细，防止故障的可能性就越大；定时维修工作做得越多，则可靠性越高。但实际发现，不管怎样缩短拆修间隔期，或加大拆修范围及拆修的深度，无论维修活动进行得多么充分，很多故障仍然不能防止和有效减少，有时故障率反而增加。频繁的维修，不仅限制了设备的使用，降低了可用率，而且消耗了大量的人力和物力，增加了维修费用。从1960年起，许多国家，尤其是美国的民航界，运用现代科学技术，对设备（飞机）维修的基本规律做了探索，到60年代后期形成了以可靠性为中心的维修理论，产生了MSG-1和MSG-2法，并据此改革了传统的定时维修，经实践检验获得了成功。这就是维修从技艺发展为科学的重要标志，维修理论学科从此产生了。正如1977年美国《维修工程手册》主编希金斯在该书序言中写的：“在四分之一世纪稍多一些时间里，维修已经从纵然给以技艺的称号、也不怎么光彩的活动，成长为一门严谨的工程技术性学科。”（五）以可靠性为中心的维修理论的发展1978年美国联合航空公司诺兰等人受国防部的委托，发表了《以可靠性为中心的维修》专著，使以可靠性为中心的维修理论又向前迈进了一大步。从此，人们把制订预防性维修大纲的逻辑决断分析方法统称为RCM(Reliability-CenteredMaintenance)。1980年，西方民航界吸收了RCM方法的优点，将“MSG-2”修改为“MSG-3”，1988年又修改为“MSG-3修改1”，1993年再次修改为“MSG-3修改2”。1990年9月，英国阿兰德公司莫布雷在RCM和“MSG-3修改1”的基础上，结合民用设备的实际情况，提出了“RCM2”，到1997年底已在许多国家的钢铁、电力、铁路、汽车、地铁、海洋石油、核工业、建筑、供水、食品、造纸、卷烟、药品等行业广泛应用。自从60年代美国民航界首先创立以可靠性为中心的维修理论以来，经历了怀疑、试验、肯定、推广和制订标准的过程，近40年来在指导维修实践的过程中，该理论不断地得到发展和完善。今天，这一理论已成为指导机械、机电、电器、电子等各类设备维修的共性基础理论。目前，RCM的国际标准正在拟制之中。二、以可靠性为中心的维修的数学分析以可靠性为中心的维修的目的是通过预防性维修工作，以最少的资源消耗来保持设备可靠性的固有水平。也就是说，在保证设备R(t)≥K（K是某个可以接受的最低可靠性水平）的约束条件下寻求实现费用最少的途径。由于组成设备的大量零部件、机件、组合件及各系统不是相互独立而是相互关联的，而且制定预防性维修大纲的统计信息总是先天不足，因此按照概率统计的方法来建立模型、进行以可靠性为中心维修的数学分析是不可能的。但可以应用集合的知识进行数学分析，即将设备划分为与功能相关的机件集，并建立相应的模型进行数学分析。这种以可靠性为中心维修的数学分析，有利于进一步理解以可靠性为中心的维修大纲的制订原理及其实质。1、可靠性分析技术优化维修周期的基本思路设备的故障率随运行时间的变化一般呈递增规律或浴盆曲线规律。若预防维修周期太短，则材料费用增加；若预防维修周期太长，则系统故障停运率增加。存在最佳的维修周期，使设备维修的成本/效益最佳。评价设备维修的成本/效益的指标：维修/故障费用。2、系统维修/故障总费用构成图预防维修用材料、人工费用元素计划停运造成的损失元素强迫停运造成的损失机组出力或效率下降造成的损失机组强迫停运造成的损失机组出力或效率下降造成的损失机组计划停运可用率下降造成的损失机组可用率下降造成的损失机组启停费用和强迫停运的惩罚性费用系统维修/故障费用元素维修/故障费用元素故障费用元素预防维修费用单一故障费用多重故障费用故障维修用材料、人工费用3、建立优化模型需要考虑的基本因素优化目标分析单位维修效果的评价考察区间可靠性统计方法定期预防维修的方式（1）优化目标最大可用率最小维修/故障费用（2）分析单位设备部件检修单元检修单元的优点：可靠性模型：假设“修旧如新”更合理，寻找大于一个大修周期的观察个体；故障维修时间的计算：简化为确定量；维修材料、人工费用的计算。（3）维修效果的评价修复如新。功能恢复，故障率不变，最小维修。功能恢复，役龄回退。（4）考察区间无限区间有限区间机会区间（5）定期预防维修的方式对象视为孤立设备，定期维修；对象视为系统中设备，单独定期维修；对象视为系统中设备，主设备维修时陪修。三、以可靠性为中心的维修理论的八项基本原理以可靠性为中心的维修理论认为，一切维修活动，归根到底是为了保持和恢复设备的固有可靠性。具体地说，要求根据设备及其机件的可靠性状况，以最少的维修资源消耗，运用逻辑决断分析方法来确定所需的维修内容、维修类型、维修间隔期和维修级别，制订出预防维修大纲，从而达到优化维修的目的。以可靠性为中心的维修理论的内容可分解为八项基本原理，简称为RCM原理，它与传统维修的观念有较大的差别。1、RCM原理之一：定时拆修的作用RCM原理之一认为，定时拆修对复杂设备的故障预防几乎不起作用，但对简单设备的故障预防有作用。传统维修观念（1）设备老，则故障多。（2）设备故障的发生、发展，都与使用时间有直接的关系。（3）定时拆修是对付故障的普遍适用的有力武器。RCM原理（1）设备老，故障不见得就多；设备新，故障不见得就少。（2）只要做到机件随坏随修，则设备故障与使用时间一般没有直接的关系。（3）定时拆修不是对付故障的普遍适用的有力武器。2、RCM原理之二：潜在故障与功能故障RCM原理之二在于提出了潜在故障的概念，可使设备在不发生功能故障的前提下得到充分的利用，以达到安全、经济的使用目的。传统维修观念无明确的潜在故障概念，少量视情维修也往往是根据故障频率或故障危险程度来确定的。如果定时维修和视情维修两者在技术上都可行时，则采用定时维修。RCM原理有明确的潜在故障概念，视情维修往往是根据潜在故障频率发展为功能故障的间隔时间来确定的。如果定时维修和视情维修两者在技术上都可行时，则采用视情维修。3、RCM原理之三：隐蔽功能故障与多重故障RCM原理之三认为，检查并排