设备故障分析与管理

设备故障分析与管理在故障管理工作中，不但要对每一项具体的设备故障进行分析，查明发生的原因和机理，采取预防措施，防止故障重复出现。同时，还必须对本系统、企业全部设备的故障基本状况、主要问题、发展趋势等有全面的了解，找出管理中的薄弱环节，并从本企业设备着眼，采取针对性措施，预防或减少故障，改善技术状态。因此，对故障的统计分析是故障管理中必不可少的内容，是制定管理目标的主要依据。1.故障信息数据收集与统计(1)故障信息的主要内容①故障对象的有关数据有系统、设备的种类、编号、生产厂家、使用经历等；②故障识别数据有故障类型、故障现场的形态表述、故障时间等；③故障鉴定数据有故障现象、故障原因、测试数据等；④有关故障设备的历史资料。(2)故障信息的来源①故障现场调查资料；②故障专题分析报告；③故障修理单；④设备使用情况报告（运行日志）；⑤定期检查记录；⑥状态监测和故障诊断记录；⑦产品说明书，出厂检验、试验数据；⑧设备安装、调试记录；⑨修理检验记录。(3)收集故障数据资料的注意事项①按规定的程序和方法收集数据；②对故障要有具体的判断标准；③各种时间要素的定义要准确，计算各种有关费用的方法和标准要统一；④数据必须准确、真实、可靠、完整，要对记录人员进行教育、培训，健全责任制；⑤收集信息要及时。(4)做好设备故障的原始记录①跟班维修人员做好检修记录，要详细记录设备故障的全过程，如故障部位、停机时间、处理情况、产生的原因等，对一些不能立即处理的设备隐患也要详细记载；②操作工人要做好设备点检(日常的定期预防性检查）记录，每班按点检要求对设备做逐点检查、逐项记录，对点检中发现的设备隐患，除按规定要求进行处理外，对隐患处理情况也要按要求认真填写，以上检修记录和点检记录定期汇集整理后，上交企业设备管理部门；③填好设备故障修理单，当有关技术人员会同维修人员对设备故障进行分析处理后，要把详细情况填入故障修理单，故障修理单是故障管理中的主要信息源。2.故障分析内容（l）故障原因分类开展故障原因分析时，对故障原因种类的划分应有统一的原则。因此，首先应将本企业的故障原因种类规范化，明确每种故障所包含的内容。划分故障原因种类时，要结合本企业拥有的设备种类和故障管理的实际需要。其准则应是根据划分的故障原因种类，容易看出每种故障的主要原因或存在的问题。当设备发生故障后进行鉴定时，要按同一规定确定故障的原因（种类）。当每种故障所包含的内容已有明确规定时，便不难根据故障原因的统计资料发现本企业产生设备故障的主要原因或问题。表1-1为某厂故障原因的分类。表1-1故障原因分类序号原因类别包含的主要内容1234567设计问题制造问题安装问题操作保养不良超负荷，使用不合理润滑不良修理质量问题原设计结构、尺寸、配合、材料选择不合理等原制造的机加工、铸锻、热处理、装配、标准元器件等存在问题基础、垫铁、地脚螺栓、水平度、防振等问题不清洁，调整不当，未及时清洗换油，操作不当等加工件超规格，加工件不符合要求，超切削规范，加工件超重，设备超负荷等不及时润滑，油质不合格，油量不足或超量，油的牌号种类错误。加油点堵塞，自动润滑系统工作不正常等8910111213自然磨损劣化自然灾害操作者马虎大意操作者技术不熟练违章操作原因不明修理、调整、装配不合格，备件、配件不合格，局部改进不合理等正常磨损，老化等由雷击、洪水、暴雨、塌方、地震等引起的故障由于操作者工作时精神不集中引起的故障一般指刚开始操作一种新设备，或工人的技术等级偏低有意不按规章操作图1-1是某制造车间一个季度的故障原因统计分析。通过对企业实际故障的统计分析，可以了解企业发生故障的主要原因和内容，明确故障管理工作的重点。图1-1故障原因分析排列图(2)典型故障分析在原因分类分析时，由于各种原因造成的故障后果不同，所以，通过这种分析方法来改善管理与提高经济性的效果并不明显。典型故障分析则从故障造成的后果出发，抓住影响经济效果的主要因素进行分析，并采取针对性的措施，有重点地改进管理，以求取得较好的经济效果。这样不断循环，效果就更显著。影响经济性的三个主要因素是：故障频率、故障停机时间和修理费用。故障频率是指某一系统或单台设备在统计期内（如一年）发生故障的次数；故障停机时间是指每次故障发生后系统或单机停止生产运行的时间（如小时）。以上两个因素都直接影响产品输出，降低经济效益。修理费用是指修复故障的直接费用损失，包括工时费和材料费。典型故障分析就是将一个时期内（如一年）企业（或车间）所发生的故障情况，根据上述三个因素的记录数据进行排列，提出三组最高数据，每一组的数量可以根据企业的管理力量和发生故障的实际情况来定，如定10个数，则分别将三个因素中最高的10个数据的原始凭证提取出来，根据记录的情况进一步分析和提出改进措施。（3）MTBF分析设备的MTBF是一项在设备投入使用后较易测定的可靠性参数，它被广泛用于评价设备使用期的可靠性。设备的MTBF可通过MTBF分析求得，同时还可以对设备故障是怎样发生的有所了解。MTBF分析一般按下述步骤进行。①选择分析对象。为了分析同一型号、规格且使用条件相似的多台设备的故障规律及MTBF,所选分析对象（设备）应具有代表性，它在使用中的各种条件，如使用环境、操作人员、加工产品、切削负荷，台时利用、维修保养等条件，都应处于设备允许范围的中间值以上。这样，测得的数据才能代表该设备群的特性。如果分析对象（设备）在一台以上，其MTBF可以取平均值。各分析对象的MTBF不应相差悬殊，否则，应认真检查原始记录有无问题。对使用条件、故障内容等作详细研究分析，确定是否是由起支配作用的故障造成。若查不出原因，就只能将MTBF分析结果作废。②规定观测时间。记录下观测时间内该设备的全部故障（故障修理）。观测时间应不短于该设备中寿命较长的磨损件的修理（更换）期，一般连续观测记录2～3年，可充分发现影响MTBF的故障（失效）。要全部记录下观测期内发生的全部故障（无论停机时间长短），包括突发故障（事后修复）和将要发生的故障（通过预防维修排除）的有关数据资料，故障部位（内容），处理方法，发生日期，停机时间，修理的工时，修理人员数等，并保证数据的准确性。③数据分析。将在观测期内，设备的故障间隔期和维修停机时间按发生时间先后依次排列形成如图1-2的图形。图1-2观测期内设备的故障间隔期和维修停机时间分布将各故障间隔时间t1、t2、…、tn相加，除以故障次数n即可以得MTBF。将各次修理的停机时间t01、t02、…、t0n相加，除以修理次数n0即为平均修理时间如果MTBF的分析目的是为了了解故障的发生规律，则应把不管什么原因造成的故障，包括非设备本身原因造成的故障，都统计在内。如果测定MTBF的目的是求得可靠性数据，则应在故障统计中剔除那些非正常情况造成的故障，如明显的超设备性能使用、人为的破坏，自然灾害等造成的设备故障。如果把记录故障的工作一直延续进行下去，当设备进人使用的后期（损耗故障期），将会出现故障密集观象，不但易损件，就连一些基础件也连续发生故障而形成故障流，且故障流的间隔时间也显著缩短。通过多台相同设备的故障记录分析，就可以科学地估计该设备进入损耗故障期的时间，为合理地确定进行预防修理的时间创造条件。[例1-1]某企业有同型号设备20台，当使用到1000h后，有15台发生故障，其故障记录如下表，如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。组别时间区间区间中值发生故障设备数123450～200200～400400～600600～800800～100010030050070090032433解由式（1-2）得(4）故障分析法故障树分析(FaultTreeAnalysis，简称FTA)是一种演绎推理法，这种方法把系统可能发生的某种故障与导致故障发生的各种原因之间的逻辑关系用一种称为故障树的树形图表示，通过对故障树的定性与定量分析，找出故障发生的主要原因，为确定安全对策提供可靠依据，以达到预测与预防故障发生的目的，FTA法具有以下特点。①故障树分析是一种图形演绎方法，是故障事件在一定条件下的逻辑推理方法。它可以围绕某特定的故障作层层深人的分析，因而在清晰的故障树图形下，表达了系统内各事件间的内在联系，并指出单元故障与系统故障之间的逻辑关系，便于找出系统的薄弱环节。②FTA具有很大的灵活性，故障树分析法可以分析由单一构件故障所诱发的系统故障，还可以分析两个以上构件同时发生故障时所导致的系统故障。可以用于分析设备、系统中零部件故障的影响，也可以考虑维修、环境因素、人为操作或决策失误的影响，即不仅可反映系统内部单元与系统的故障关系，也能反映出系统外部因素所可能造成的后果。③进行FTA的过程，是一个对系统更深入认识的过程，它要求分析人员把握系统内各要素间的内在联系，弄清各种潜在因素对故障发生影响的途径和程度，因而许多问题在分析的过程中就被发现和解决了，从而提高了系统的可靠性。④利用故障树模型可以定量计算复杂系统发生故障的概率，为改善和评价系统安全性提供了定量依据。故障树分析的不足之处主要是：FTA需要花费大量的人力、物力和时间；FTA的难度较大，建树过程复杂，需要经验丰富的技术人员参加，即使这样也难免发生遗漏和错误；FTA只考虑(0,1)状态的事件，而大部分系统存在局部正常、局部故障的状态，因而建立数学模型时，会产生较大误差；FTA虽然可以考虑人的因素，但人的失误很难量化。故障树分析是根据系统可能发生的故障或已经发生的故障所提供的信息，去寻找同故障发生有关的原因，从而采取有效的防范措施，防止故障发生。这种分析方法一般可按下述步骤进行。准备阶段i．确定所要分析的系统。在分析过程中，合理地处理好所要分析系统与外界环境及其边界条件，确定所要分析系统的范围，明确影响系统安全的主要因素。ii．熟悉系统。这是故障树分析的基础和依据。对于已经确定的系统进行深入的调查研究，收集系统的有关资料与数据，包括系统的结构、性能、工艺流程、运行条件、故障类型、维修情况、环境因素等。ii．调查系统发生的故障。收集、调查所分析系统曾经发生过的故障和将来有可能发生的故障，同时还要收集、调查本单位与外单位、国内与国外同类系统曾发生的所有故障。故障树的编制i．确定故障树的顶事件。确定顶事件是指确定所要分析的对象事件。根据故障调查报告分析其损失大小和故障频率，选择易于发生且后果严重的故障作为故障的顶事件。ii．调查与顶事件有关的所有原因事件。从人、机、环境和信息等方面调查与故障树顶事件有关的所有故障原因，确定故障原因并进行影响分析。iii．编制故障树。把故障树顶事件与引起顶事件的原因事件，采用一些规定的符号，按照一定的逻辑关系，绘制反映因果关系的树形图。故障树定性分析故障树定性分析主要是按故障树结构，求取故障树的最小割集或最小径集，以及基本事件的结构重要度，根据定性分析的结果，确定预防故障的安全保障措施。故障树定量分析故障树定量分析主要是根据引起故障发生的各基本事件的发生概率，计算故障树顶事件发生的概率；计算各基本事件的概率重要度和关键重要度。根据定量分析的结果以及故障发生以后可能造成的危害，对系统进行分析，以确定故障管理的重点。故障树分析的结果总结与应用必须及时对故障树分析的结果进行评价、总结，提出改进建议，整理、储存故障树定性和定量分析的全部资料与数据，并注重综合利用各种故障分析的资料，提出预防故障与消除故障的对策。目前已经开发了多种功能的软件包（如美国的SETS和德国的RISA)进行FTA的定性与定量分析，有些FTA软件已经通用和商品化。正确建造故障树是故障树分析法的关键，因为故障树的完善与否将直接影响到故障树定性分析和定量计算结果的准确性。绘制故障树的逻辑符号如表1-2所示。图1-3是以卧式镗床拖板夹紧机构故障为例所建故障树。表1-2故障树的逻辑符号图1-3卧式镗床拖板夹紧机构故障树设备故障的发生发展规律设备故障的发生发展过程都有其客观规律，研究故障规律对制定维修对策，以至建立更加科学的维修体制都是十分有利的。设备在使用过程中，其性能或状态随着使用时间的推移而逐