第五章设备故障管理

设设备备维维护护与与管管理理机械与运载工程学院刘坚2009年5月第五章设备故障管理§5.1设备故障管理§5.2设备状态监测与故障诊断§5.1设备故障管理Ø基本概念ü设备故障：设备在使用过程中设备系统或者零部件丧失或降低其规定功能的事件或现象；ü内涵：u完全不能工作u性能劣化，超过规定的失效判据u失去安全工作能力§5.1设备故障管理Ø设备故障的分类ü按照发生状态：u突发性故障：事先无明显征兆而突然发生故障，是无发展期的随机故障；发生故障的概率与时间无关，故障无法预测；多发生在设备初期使用阶段，由于设计、制造、装配以及材质等缺陷或者操作失误、违章作业造成；u渐发性故障*：设备功能逐渐变差、与时间有关，通常与磨损、腐蚀、疲劳、蠕变有关；故障出现前有明显征兆；可以预测、预防、控制Ø设备故障的分类ü按照性质：u间断性故障：设备在短期内丧失某些功能，稍加修理调试即能恢复，不需更换零部件；u永久性故障*：设备某些零部件已损坏，需要更换或修理才能恢复使用；ü按照影响程度：u完全性故障：设备完全丧失功能；u局部性故障：设备某些功能丧失；§5.1设备故障管理Ø设备故障的分类ü按照故障造成功能表现的程度分类：u功能性故障：故障表现明显；u潜在故障：材质的缺陷、零部件制造精度不良等，致使在一定条件下引发故障，但在具体功能上表现不明显；§5.1设备故障管理Ø设备故障的分类ü按照发生原因：u磨损性故障：设备正常磨损造成的故障；u错用性故障*：操作失误、维护不当造成的故障；u固有的薄弱性故障：设备设计有问题，正常使用过程中产生的故障；§5.1设备故障管理Ø设备故障的分类ü故障模式（故障状态）：每一种故障具有主要特征异常振动、磨损、疲劳、裂纹、破裂过度变形、腐蚀、剥离、渗漏、堵塞、松弛、绝缘老化、异常声响、油质劣化、材料劣化、粘合、污染及其他；§5.1设备故障管理Ø设备故障的原因ü设计错误；ü原材料缺陷；ü制造缺陷；ü使用运转中的问题；§5.1设备故障管理Ø设备故障的发生发展规律P：性能已经变化，可识别潜在故障的程度；F：潜在故障已变成功能故障；P-F间隔：越长，有更多的时间预防功能性故障的发生Ø设备故障的发生发展规律ü机械设备浴盆曲线早期故障期：新设备或大修好的设备安装调试过程到移交生产试用阶段；随着调试、排除故障的进行，设备逐渐运行正常，故障发生率逐步下降主要故障原因：设计、制造缺陷包装、运输损伤安装不到位零部件加工质量材质缺陷操作者不熟练Ø设备故障的发生发展规律ü机械设备浴盆曲线早期故障期：新设备早期故障期故障率是下降型，可靠度的分布函数大体服从超指数分布或a1时的威布尔分布Ø设备故障的发生发展规律ü机械设备浴盆曲线偶发故障期：设备各运动件已进入正常磨损阶段，操作工人已逐步掌握了设备性能、原理、调整的特点，故障明显减少，设备进入正常运行阶段；故障率处于稳定状态，趋于定值，故障发生随机；主要故障原因：设备维护不当、使用不当、工作条件劣化材料缺陷、控制失灵设计和制造上原因Ø设备故障的发生发展规律ü机械设备浴盆曲线偶发故障期：该阶段设备的可靠度分布密度函数大体上服从负指数分布或a=1的威布尔分布；Ø设备故障的发生发展规律Ø设备故障的发生发展规律ü机械设备浴盆曲线耗损故障期：设备随着使用时间的延长，各零部件因磨损、疲劳、老化、腐蚀逐步加剧而丧失机能，使设备故障率逐渐上升；Ø设备故障的发生发展规律Ø设备故障的发生发展规律ü机械设备浴盆曲线耗损故障期：属于故障率上升型，该阶段设备的可靠度分布密度函数大体上服从正态分布或a1的威布尔分布；方差越小，故障越集中，维修时间预测俞准确Ø设备故障的发生发展规律Ø设备故障的发生发展规律ü其他类型故障曲线A:典型的浴盆曲线，有明显的损耗期占所有设备的4%B:有明显的损耗期，如飞机的轮胎、活塞式发动机的气缸、涡轮喷气发动机的压缩器叶片、飞机所有元件通常有机械磨损、材料老化、金属疲劳等特点；占所有设备的2%C:无明显耗损期，占所有设备的5%，如涡轮喷气发动机DEF：无损耗期，占所有设备的89%一半以上的航空技术设备，故障率如FØ设备故障全过程管理的意义ü为开展设备故障机理和设备可靠性、维修性研究提供数据信息；ü为改造在用设备、提高换代产品的质量提供依据；ü通过故障分析，加强管理，预防类似故障再度发生，保证设备正常运行，减少经济损失；Ø设备故障全过程管理的内容ü故障信息的收集ü故障信息的储存与统计ü故障分析*ü故障处理*ü效果评价及信息反馈Ø设备故障全过程管理ü故障信息的收集n设备故障信息：设备故障的发生发展直到排除全过程的信息；n设备故障信息的主要内容：u故障对象的相关数据：设备种类、编号、生产厂家、使用经历等u故障识别数据：故障类型、故障现场的形态表达、故障时间等u故障鉴定数据：故障现象、故障原因、故障部位、测试数据等；u故障修理数据：排除故障时间、更换修复情况等u故障设备的历史资料Ø设备故障全过程管理ü故障信息的收集n设备故障信息的来源：u故障现场调查资料u故障专题分析报告u故障修理单u设备使用情况报告（运行日志）u定期检查记录u状态监测和故障诊断记录u产品说明书、出厂检验、试验数据u设备安装、调试记录u修理检验记录Ø设备故障全过程管理ü故障信息的储存与统计n用计算机辅助设备故障管理子系统，该系统具有功能：u设备故障信息输入u故障统计分析u查询、显示、打印故障设备名称u各车间或全厂（按月、季、年）故障总次数、停机总时间u统计、打印主要设备的平均无故障工作时间MTBF、平均修理时间MTTRØ设备故障全过程管理ü故障分析n从故障现象入手，分析各种故障产生的原因和机理，找出故障随时间变化的宏观规律，判断故障对设备的影响，研究对故障的预测、预知，从而控制和消灭故障：n故障分析方法u故障频率和故障强度分析u故障原因分析u典型故障分析uMTBF、MTTR分析u统计分析法u分步分析法uFMECA故障模式影响及危害性分析法uFTA故障树分析法Ø设备故障全过程管理ü故障分析u故障频率和故障强度分析故障频率=同期设备故障停机台数/设备实际运转台数×100%故障强度率=同期设备故障停机小时/设备实际运转台时×100%p一般用于车间之间、同类工厂之间的互相比较分析，也可用于对某一台设备不同时间进行比较分析；p只反映故障次数，不反映故障停机时间的长短和费用损失的程度；Ø设备故障全过程管理ü故障分析u故障原因分析Ø设备故障全过程管理ü故障分析u故障原因分析Ø设备故障全过程管理ü故障分析u故障原因分析Ø设备故障全过程管理ü故障分析u故障原因分析Ø设备故障全过程管理ü故障分析u典型故障分析从故障造成的后果出发，抓住影响经济效果的主要因素：“故障频率、故障停机时间、修理费用”进行分析，并针对性采取措施，有重点改进管理，以求得较好的经济效果。将一个时期内企业或者车间所发生的故障情况，根据上述三个因素的记录数据排列，找出三组最高数据，每一组的数量可根据企业的管理力量和发生故障的实际情况而定；Ø设备故障全过程管理ü故障分析uMTBF、MTTR分析MTBF（MeantimeBetweenFailures）平均故障间隔时间，广泛用于评价设备使用期的可靠性；MTTR（MeantimetoRepair）平均修复时间，用于评价设备维修性；Ø设备故障全过程管理ü故障分析uMTBF分析n为分析同一型号、规格且使用条件相似的多台设备的故障规律及MTBF，选择使用条件均处于设备允许范围的中间值以上的设备进行观测；n观测时间应不短于该设备中寿命较长的磨损件的修理期，一般连续观测记录2-3年，记录该设备的全部故障修理情况；n对数据分析；故障统计中应剔除非正常情况造成的故障，如明显的超设备性能使用、人为破坏、自然灾害等；ü故障分析uMTBF、MTTR分析ti——各故障间隔期t0i——各次修理时间或停机时间n——故障次数n0——修理次数1010niiniitMTBFntMTTRn====∑∑设备进入耗损期故障密集，故障时间间隔显著缩短，因此通过多台相同设备的故障记录分析，可估算该设备进入损耗故障期的时间，为合理确定进行预防修理的时间创造条件uMTBF分析法举例某企业有同型号设备20台，当使用到1000小时后，有15台发生故障，其故障记录如下，若其可靠度按指数函数分布，求该型号设备的平均故障间隔期。3900800-100053700600-80044500400-60032300200-400231000-2001发生故障设备次数区间中值时间区间/小时组别31002300450037003900513.3315MTBF×+×+×+×+×==Ø设备故障全过程管理ü故障分析u统计分析法通过统计某一设备或同类设备的零部件因某方面技术问题所发生的故障，占该设备或该类设备各种故障的百分比，然后分析设备故障发生的主要问题所在，为修理和经营决策提供依据的一种故障分析法；Ø设备故障全过程管理ü故障分析u分步分析法对设备故障的分析范围从大到小，由粗到细逐步进行，最终找出故障频率最高的设备零部件或主要故障的形成原因，并采取对策某公司合成氨停车原因分析Ø设备故障全过程管理ü故障分析uFMECA故障模式影响及危害性分析法FMECA包括故障模式及影响分析（FMEA）和危害性分析（CA），目的在于查明一切可能的故障模式，重点在于查明一切灾难性和严重性的故障模式，以便通过修改设计或采取某种补救和预防措施，消除或减轻其影响的危害性，最终目的是提高系统的可靠性和可维修性。n用表示设备各零部件的系统关系简图，说明设备和各零部件功能的相互关系n认定各零部件的故障模式，判断发生故障的可能原因；n分析零部件的故障对整个设备影响，并评价其危害程度u故障的影响程度E§I类——灾难性故障：它是一种会造成操作人员死亡或使系统毁坏的故障；§Ⅱ类——严重故障：将使人员轻度受伤、器材及系统损坏，从而导致系统不工作；§Ⅲ类——不严重故障：其严重程度不足以造成人员受伤、器材或系统损坏，但这些损坏会导致非计划性维修。§Ⅳ类——轻微故障：u出现频率程度P：当得不到零部件结构的故障率时，用故障模式出现的概率等级做定性分析，一般可分为四个等级来评定故障发生的概率：§A级——经常发生的故障模式§B级——极普通容易发生的故障模式§C级——偶然发生的故障模式§D级——很少发生的故障模式u排除故障的紧急程度T：l立即进行l尽快l可慢些l不受限制uFMECA的定量分析故障后果概率（β）或称为损失概率，是当故障模式发生时由故障后果造成危害性级别的条件概率。FMECA案例§某固体火箭发动机由推进剂药柱、内衬、发动机壳组成，试绘制故障模式、影响及危害性分析表。解：先绘制固体火箭发动机的可靠性框图：根据固体火箭发动机使用功能、结构特点及以往使用中出现的故障情况绘制故障模式、影响分析表发动机机壳推进剂药柱内衬FMECA案例§固体火箭发动机失效模式后果分析严格执行正常清洁程序，机壳清洁后严格检验，确保清除一切粘染物严重0.0001燃烧速度过高内压过高机壳在工作过程中破裂发动机壳成型后净化不够黏接剂不良黏接过程控制不严与外壳分离与药柱或隔热层分离内衬严格控制生产过程，确保工艺质量严格控制生产过程在温度极限之内储存和使用严重0.0001燃烧速度过高内压过高机壳在工作过程中破裂固化残余应力温度过低老化断裂孔穴黏结面分离推进剂药柱严格控制原材料质量、消除缺陷。进行耐压试验，采用合理包装，在运输中保护发动机严重0.0006导弹毁坏工艺质量差材料缺陷运输中损坏搬运中损坏内压过高破裂发动机可能措施严重性发生概率可能后果失效原因失效模式项目Ø设备故障全过程管理ü故障分析uFTA故障树分析法n故障树分析法（FaultTreeAnalysis，简称FTA）也称为失效树分析法，它是一种可靠性、安全性分析和预测的方法，采用由上而下的方式，先假设系统发生故障，然后分析其可能的原因。n故障树分析法研究的是引起整个系统出现故障这一事件的各种直接的和间接的原因（这些原因也是事件），在这些事件间建立相应的逻辑关系，从而确定系统出现故障原因的可能组合方式及其发生的概率。n故障树分析法的一般步骤为：