复杂电子系统预防性维修评估指标研究

王强，李智强

（中国电子科技集团第二十八研究所，江苏 南京 210016）

0 引言

电子系统正朝着快速化、高集成度的方向发展，和以往传统的电子系统相比呈现出智能化程度高、功能完善，以及数字与模拟信号结合、强弱电结合的特点，这也就对系统的可靠性提出了更高的要求[1]。预防性维修是通过周期性的检查、分析来制定维修计划的管理方法，旨在设备出现故障之前对设备综合采用各种可能的方法、手段、技术改善设备性能，以实现设备应有的功能[2]。精确实施的预防性维修才能具有提高设备寿命、减少设备非计划停机的功效[3]。正确的预防性维修评估指标可以规矩维修实施的精度。因此，在进行预防性维修优化之前最重要的一步就是确立预防性维修的评估指标。本文致力于提出一套有效的指标体系来规范预防性维修操作的评估。

1 现有的维修指标分类

阿拉巴马大学工业工程系的Batson教授认为，维修指标从需求角度上看可以分为宏观指标和微观指标两类[4]。其中宏观指标主要用来给企业高层管理人员提供维修的全面状况分析，他提出的宏观指标如下：维修成本占所修设备成本的比例（Maintenance expense dollars as a percent of replacement asset value）；每个产品成本中的维修成本（Maintenance expense dollars per unit produced）；维修成本在企业可控成本中的比例 （Maintenance expense dollars as a percent of plant controllable expenses）；维修可调控指数 （Regulatory compliance indicators）。Baston同时还提出了用于基层维修管理的微观维修指标，如下：维修实际花费与预算的比值 （Maintenance budget compliance）、 月度维修花费 （Monthly expense dollars）、 维修超时比例（Percent overtime）、 紧急维修发生比例 （Percent emergency work）、呼叫维修支援次数 （Number of call-ins）、MA、OEE、维修人员平均培训时间或成本 （Training hours （or dollars）per maintenance employee）、 重修的比例 （Percent rework）、 维修资源人力比 （Materials/labor ratio）、实施维修时间与停机时间的比值 （Labor-hours/completed work order）、平均无故障时间 （Mean time between failure，MTBF）、计划维修时间与实际维修的总时间里的比值 （Percent planned work）、 计划完成度 （Percent schedule attainment）和积压度 （Backlog levels）。

维修与可靠性研究协会是一个独立的、非盈利的、进行维修经验研究与传播的专业学会，其属下的经验推广委员会被授权进行维修指标的标准化工作，他们的研究结果将维修指标分为六大类[5]：1）经营与管理：重置资产价值与工人日均工资的比值、库存缺货率、备件周转率，以及库存价值与重置资产值的比值、维修费用与重置资产值的比值；2）生产可靠性：使用率、可用率、能工作时间和闲置时间；3）设备可靠性：设备总效率、停机总时间、计划停机时间、非计划停机时间、平均无故障时间、平均维修间隔时间 （MTBM：Mean Time Between Maintenance）、平均恢复时间 （MTTR：Mean Time To Repair）和平均停机时间（MDT： Mean Down Time）； 4） 人员技能： 重修率、维修培训时间和维修培训费用；5）生产可靠性：使用率、可用率和能工作时间、闲置时间；6）工作管理：估计费用与实际费用比值、估计工时与实际工时比值、管理人员与工人比值、计划人员与工人比值、有效工作时间与工作时间比值，以及计划合同数、按计划完成的维修比例、积压的维修工时、计划人员效能、加班费用、加班工时和订单周期。

欧洲联盟维修学会制定了13个维修指标和这些指标的定义。欧盟维修学会向维修经理们提供了这些指标，经理们可以直接使用这些指标，或者按照各自实际的需要进行适当的修订。这些指标的目的是建立明确的奋斗目标，以及提高维修效率和生产效率。2001年5月已经获得欧盟维修学会会议的批准的13个维修指标如下[6]：维修费用占设备重置价值的百分比、备件投资占设备重置价值的百分比、外协费用占维修费用的百分比、预防维修费用占维修费用的百分比、预防维修工时占维修工时的百分比、维修费用占营业额的百分比、培训工时占维修工时的百分比、 紧急改进维修占维修工时的百分比、计划和调度维修工时占维修工时的百分比、 计划运转时间占可利用时间的百分比、实际运转时间占计划运转时间的百分比、实际运转时间与紧急改进维修次数的比值、紧急改进维修时间与紧急改进维修次数的比值。在上述13个指标的基础上，丹麦、芬兰、瑞典3个维修学会于2000年又将设备综合效率设定为第14个指标。

国军标将电子系统的维修性、可靠性指标分为可用性、基本可靠度、任务可靠性、维修性和耐久性五类[7]。

尽管阿拉巴马大学的Batson教授、维修与可靠性研究协会、欧洲联盟维修学会、国军标提出的指标体系分类方式不同，但是3种指标体系里都出现了反映了设备效率、维修成本 （花费或时间）、维修计划完成情况的指标，结合复杂电子系统的特殊型，这些主要指标还是不能完全满足全面评估的需求。

2 建立指标体系

2.1 确定设备性能指标

设备性能指标可以分为两类：绝对指标和相对指标。绝对指标是对设备不同状态的绝对持续时间的反映 （非计划停机时间 （Uscheduled Downtime，USDT）、维修时间、工作时间等）。统计学认为绝对指标单独反映目标时有其先天不足[8]。比如说有两台同样的设备，A设备在一天中的USDT为5 h而B设备在一周中的USDT为5 h，虽然USDT一样，但是很明显A与B的设备效率是不同的。相对性指标由于分母的存在可以提供准确的设备效率情况。

选取设备效率指标一定要对电子系统的各种状态有准确的把握。如图1所示。

图1 设备状态时间图

通过图1可以看出，总时间由操作时间 （Operations Time）和生产计划外时间 （Non-Scheduled Time）两大部分组成，其中操作时间又可分为可用生产时间 （Equipment Uptime） 和停机时间 （E-quipment Downtime），停机时间可继续向下划分为非计划停机时间和计划停机时间 （SDT：Scheduled Downtime）， 而可用生产时间可继续向下划分为工程时间 （Testing Time）、生产时间 （Productive Time）和空闲时间Standby Time。SDT是由于计划安排进行停机实验等而导致的停机；USDT是意外停机多是故障原因造成[9]。USDT显然对设备效率有着比SDT更大的破坏性。USDT直接影响到设备的效率会造成不确定的产能、高昂的维修费用、不稳定的利润和企业竞争力。因此要评估预防性维修的绩效，选择的设备效率指标一定要重点体现USDT[10]。

目前，主流的表示设备的效率的相对性指标是MA。根据图1，式 （1）中的TotalTime包括SDT这种与计划相关而与设备本身健康状况不相关的时间。如果使用MA来表示设备的效率，就无法准确地反映出设备真实的健康状态而会掺入人为计划操作造成的影响。因此，本文注意到了由Jie Zhao提出的力图反映设备真实健康状况的新指标[11]。

MP和MF的设计理念就是要排除SDT对设备健康状况反映的影响。可以看出MP和MF都在计算时从分母中抛去了SDT。设计两个新指标的初衷便是用MP来反映设备实际生产时间在计划用于生产的时间 （USDT+Productive time）中占到的比例，而MF用来反映在计划生产时间中故障停机等非计划停机时间所占的比例。本文确定以设备有效度MP（Machine Performance）为设备性能指标。

2.2 确定维修成本指标

维修成本指的是维修过程花费的经济成本或者是工时成本。前面所述的宏观维修成本指标：维修成本占所修设备成本的比例、每个产品成本中的维修成本、维修成本在企业可控成本中的比例、维修培训时间、维修培训费用：维修费用占设备重置价值的百分比、备件投资占设备重置价值的百分比、外协费用占维修费用的百分比、预防维修费用占维修费用的百分比、预防维修工时占维修工时的百分比、维修费用占营业额的百分比、培训工时占维修工时的百分比、紧急改进维修占维修工时的百分比、计划和调度维修工时占维修工时的百分比都是针对预防性维修规划实施的指标，导论讲过本文的目标是确立一套针对于预防性维修操作的指标体系，因此不予考虑。

从经济成本上考虑，本可以选取维修花费或者备件成本作为预防性维修的指标，但是针对每个设备的实际损坏情况不同，强制性的施加该指标会造成工人在预防性维修操作时因害怕花费过高造成不达标而减少配件更换。

时间成本指标成了理想的选择，维修时间达标率 （RT：Compliance Rate of Repair Time） 等于计划预防性维修时间 （PPMT：Planned PM Time）与实际预防性维修 （RPMT：Real PM Time）的时间的比值。

2.3 确定维修计划完成情况指标

维修计划完成情况指的是所有的维修操作是否能够按照规定标准完成。相关的指标有按计划完成的维修比例、积压的维修工时等。其中积压的维修工时是一个时间的绝对值等于所有未完成的预防性维修操作时间之和，本文前面讲过应尽量避免采用绝对指标。

针对按计划完成的维修比例，本文提出维修操作完成率 （RR：Completion Rate of Repair Operation）这个指标来进行界定。维修操作完成率等于所有维修操作标准工时 （TAR：Standard Working Time of All repair operation）中已完成的维修操作的标准工时 （TCR：Standard Working Time of completed operation）的比例。

由式 （2）、 （4）、 （5）， 建立由设备有效度、维修时间达标率和维修操作完成率组成的预防性维修评估指标体系。

3 结束语

本文针对复杂电子系统预防性维修评估指标展开研究，先是详细地阐述了Batson教授、维修与可靠性研究协会、欧洲联盟维修学会、国军标提出的指标体系分类方式，藉此确定了以设备性能、维修成本、维修计划完成情况作为复杂电子系统预防性维修评估指标的选取方向。在进行设备性能指标选取时弃选表述不准确的绝对性指标，针对旧有设备性能指标受人为计划干扰的特点提出了新的指标设备有效度；在选取维修成本指标时，为防止备件成本对维修质量的影响选取了时间成本指标维修时间达标率；在进行维修计划完成情况指标选取时，提出用标准时间来统一完成度的度量的维修操作完成率作为最终指标。当然，由设备有效度、维修时间达标率和维修操作完成率组成的复杂电子系统预防性维修评估指标体系还有待在实际应用过程中进行进一步的检验。

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[3] 赵洁.半导体制造企业中 “瓶颈”设备的故障预测 [D].成都：电子科技大学，2008.

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