基于自动化柔性生产线的设备故障率统计研究

吴秀豪 罗振宇

【摘要】在自动化柔性生产线中，设备的运转起到了举足轻重的作用。设备的主要异常时间为换刀及设备故障。根据不完全统计，故障时间占到30%-50%。也就是说，设备的故障率越低，对生产效率的提升作用越明显。本文将在如何科学的进行故障率的统计开展研究，为设备维护人员在分析故障、解决故障方面提供数据支撑。

【关键词】故障率；段落；混合模式

一、設备故障的定义

设备故障，是指设备失去或降低其规定功能的现象，表现为设备的某些零件失去原有的精度或性能，使设备不能正常运行、技术性能降低，使设备中断生产或效率降低而影响生产。根据设备在其寿命周期内，由于磨损或操作使用等方面的原因，使设备暂时丧失其规定功能的状况，设备故障主要分为2种：突发故障：突然发生的故障。发生时间随机，较难预料，设备使用功能丧失。劣化故障：由于设备性能的逐渐劣化所引起的故障。发生速度慢，有规律可循，局部功能丧失。

二、设备故障率

设备故障率是指设备在应开动时间内，产生的设备故障时间与应开动时间的比值：

P=设备故障时间/设备应开动时间

实践证明，设备的故障率随时间的推移呈图示曲线形状，这就是著名的“浴盆曲线”。设备维修期内的设备故障状态分三个时期：初始故障期：故障率由高而低。材料缺陷、设计制造质量差、装配失误等原因造成。偶发故障期：故障率低且稳定，由于维护不好或操作失误造成，最佳工作期。耗损故障期：故障率急剧升高，磨损严重，有效寿命结束。

设备管理是以设备为研究对象，追求设备综合效率，应用一系列理论、方法，通过技术、经济、组织，对设备的物质运动和价值运动进行全过程的科学型管理。

设备管理的基础源于对生产线设备故障率的统计及分析。

目前，通用的设备故障率的统计一般有2种方法：平均故障率法和最大故障率。

1、平均故障率：生产线所有设备的故障时间总和与生产线所有设备生产时间总和；2、最大故障率：生产线故障时间最长的设备的故障率代表整线设备故障率。

但是根据笔者多年设备管理经验，发现以上2种方法均存在着不同程度的缺陷。平均故障率法：生产线设备台数多的话，将会掩盖个别设备高故障率的现象，尽管故障率很低，但并不能说明生产线的效率一定高。最大故障率法：仅以一台设备的故障率来显示整条线的故障率，以点带面，在设备数量众多，且有着并行工序的情况下，一台设备的故障率是无法影响整线效率的，这样的统计方法显然是不科学的。所以，从科学统计出发，真实反映设备故障对生产的影响，需要对设备可动率的统计方法进行改进。

三、创新型故障率统计

以江南某大型发动机气缸体机加工生产线为例，该生产线以德国进口加工中心设备为主。主要通过龙门式机械手、滚道进行工件输送。在统计故障率时，将整条生产线划分为多个段落，再通过段落汇总出整线故障率，主要思路及方法如下：

1）以机械手、上下在制口作为段落划分依据，根据段落影响原则，将生产线设备划分为多个段落。这样可以有效降低可动率计算分母，使统计更加科学：①以机械手及关联机床为段落划分；②无机械手设备以前后有上下在制点划分为段落。

2）生产时间的统计，将段落作为一个整体设备来统计生产时间，例如有个段落由4台机床组成，每台每天工作100分钟，整体的生产时间应为4台总生产时间400÷4=100分钟。

3）并行、串行工序分类统计

对于设备故障统计的一刀切的算法，存在着不合理性：

①对于整段设备，如果是由串行机床组成，则单台设备的故障，均会影响整段设备的生产：

段落故障时间=机床1+机床2+机床3

②对于整段设备，如果存在着并行机床（加工内容相同），一台设备的故障，仅仅影响了效率的一部分，若是关联的机械手故障，则可以认为引起了整段设备整体故障。

例如：一台机械手，关联4台并行机床。机床1故障20分钟，机床2故障40分钟，整段生产时间100分钟。

则实际对生产影响的故障时间为：20÷4+40÷4=15分

若机械手故障20分钟，则会影响整段生产，所以实际对生产影响的故障时间为20分。

③对于整段设备由并行机床、串行机床混合组成，则需将以上2种计算方法混合应用。

4）故障故障时间不重复计算

①并行设备

由于并行设备已经在故障统计中考虑了效率的折算，所以并行设备之间的重叠故障时间在理论上是不存在的。

②并行设备&机械手

由于机械手与各并行机床在实际意义上相当于串行，所以机械手与各并行机床的故障是存在重叠的，应该扣除。

例如：机床1.1故障时间8：00-8：20，故障20分；机床1.2故障时间8：10-8：18，故障8分；机械手故障时间8：10-8：25，故障15分。

按照我们上面的算法，不考虑重叠时间，整个段落的故障时间应该为：（20+8）÷2+15=29分。

这里面就有个问题了，根据上述情况，机械手（8：10-8：25）的15分的故障时间应该算为整个段落的故障时间，而此时机床1.1和机床1.2不管是不是故障，这一段时间内都是整段故障了，而机床1.1（8：00-8：10）这段时间实际上仅影响生产效率一半，所以正确的故障时间应该为：10÷2+15=20分。

这样算来差距还是很大了，根据机械手与机床1的重叠故障时间为10分，机械手与机床2的重叠故障时间为8分，所以正确的计算方法应该是：（20+8-10-8）÷2+15=20分。

③串行设备&机械手

该段落内如果均为串行设备，机械手不管是否存在，都应算作与机加工设备串行。

同一段落内，串行设备由于任意一台故障均是影响整个段落生产，故应该在故障中扣除：例如：机床1故障时间8：00-8：20，故障20分；机床2故障时间8：10-8：15，故障15分；机床3故障时间8：15-8：30，故障15分。按照传统意义的故障统计，总共的故障时间应为：20+15+15=50分。

但是整个段落是在8：00至8：30之间故障，实际故障时间为30分，所以机床2（8：10至8：15）故障的15分以及机床3（8：15至8：20）的5分的故障时间应为重叠时间，正确的算法应该是：20+15+15-15-5=30分。

四、总结

科学的设备故障率的统计，可以提高设备管理人员对生产线设备运行状态的了解，从中找出制约生产的主要因素，但设备管理不仅限于对故障率的统计，与设备相关的一些统计数据也应纳入故障统计分析的范畴，如故障间隔时间、维修次数、单次维修时间、生产总时间、生产天数等。

而长时间故障、慢性故障、再发故障、频发故障等也应该持续统计，并分析结果、原因，找到改进方向。

只有认真严谨的分析设备的各项运行情况，才能有的放矢，做好设备管理工作。