基于风险分析的起重机RCM方法

张树忠, 曾钦达,林景彩

(1.福建工程学院机械与汽车工程学院,福州 350118; 2.福建省特种设备检验研究院,福州 350008)

基于风险分析的起重机RCM方法

张树忠1, 曾钦达2,林景彩2

(1.福建工程学院机械与汽车工程学院,福州 350118; 2.福建省特种设备检验研究院,福州 350008)

经典RCM(Reliability Centered Maintenance)需要消耗大量工时和人力资源,针对起重机维护体制的现状和存在问题,提出基于风险分析的起重机RCM方法,该方法开展起重机系统划分后,对子系统或零部件进行风险识别与风险评级,按照风险等级分级管理,明确维护和检修的周期、内容以及方法,有效解决了“该不该修”的问题.

起重机; RCM; 风险分析; 维护

0 引言

以可靠性为中心的维修(RCM)是国际上通用的、用以确定资产预防性维修需求、优化维修制度的一种系统工程方法[1,2].按国家军用标准GJB 1378-2007《装备预防性维修大纲的制定要求与方法》[3],RCM被定义为:“按照以最少的资源消耗保持装备固有可靠性和安全性的原则,应用逻辑决断的方法确定装备预防性维修要求的过程或方法”.从广义上说,以可靠性为中心的维修是为确保设备在运行环境下实现并保持其设计功能所必须的工作方法[4-6].实践证明:如果RCM被正确运用到现行的维修系统中,在保证生产安全性和资产可靠性的条件下,可将日常维修工作量降低40%至70%,大大提高了资产的使用效率[2].

但经典RCM需要消耗大量工时和人力资源,其投资回报率受到不少人的质疑.针对现行起重机维护体制的现状和存在问题,提出基于风险的以可靠性为中心的维护策略,通过基于风险的方法针对关键的设备或者功能入手,注重于主要故障模式和故障的重大影响,制定合理的预防维护活动,将资源配置于关键设备的分析中,达到资源优化配置的目的,可以使维护活动更经济,更有效,并减少重大事故的发生.

1 基于风险的RCM分析

改进的RCM分析是基于标准的SAE JA1011[7],符合标准的RCM过程主要包括:

(1) 列出的功能及其组件的层次结构(主要功能、子功能部件).

(2) 开展FMECA(Failure mode,effects and criticality analysis,故障模式影响后果分析).

(3) 为每个组件的适当制定适当的维护活动.

表1 风险评估层次Tab.1 Hierarchy of risk accessing

同时系统中的风险评估层次主要包括三个层次(见表1):子系统、设备或零部件、以及故障模式.前二层主要用于系统或部件的筛选,第三层故障模式的风险分析(RA-Risk Analysis),按每个潜在的故障模式严重程度及其发生的几率所产生的综合影响进行分类.主要从风险的角度对FMEA进行补充,即可以定性RA,又可以定量RA.

2 具体实施流程

2.1 信息收集

确定RCM对象,尽可能的收集下述有关信息:

(1) 收集产品相关概况,如产品的设计文件(包括总图、主要受力结构图、机械传动图和电气原理图)、功能(包含隐蔽功能)和冗余度.

(2) 产品的故障信息,通过安装使用维护说明书等随机文件、维修保养、常规检查和故障与事故的记录等,收集产品的故障模式、故障原因和影响、故障率、故障判据、潜在故障发展到功能故障的时间、功能故障、和潜在故障的检测方法等.

(3) 产品的维修保障信息,如设备、工具、备件、人力等.

主要通过相关厂家、使用单位以及维修单位的合作来获取相关数据;此外,还可通过查阅参考国内外文献、可靠性数据库(如NPRD 2011,Nonelectronic Parts Reliability Data)、可靠性预计程序手册(如NSWC 2010,Naval Surface Warfare Center)等,了解现有起重机故障的相关信息.

2.2 重要度分析

由于哈希函数具有单向性和抗碰撞性，因此可用于检验消息的完整性，即检验消息在传送过程中是否被篡改。该过程被称为哈希校验。

结合风险评估对功能子系统、零部件产品进行重要度分析,具体流程见图1.

图1 基于风险的RCM分析方法Fig.1 RCM analyzing method based on risk assessment

(1) 按功能将起重机划分成若干子系统(机构),把子系统按复杂程度依次列出其所有产品,形成构造树;

(2) 通过故障生产影响后果、故障安全影响后果、故障环境影响后果、维修成本影响后果四个因素分析得出失效后果,采用风险矩阵法,将各子系统失效概率和失效后果各分为5级,筛选出中高风险的子系统;

(3) 再对子系统各部件采用模糊层次分析法进行重要度分析,筛选出中重要的零部件,从而使分析工作集中于小部分关键零部件,而不是成千上万个零部件.

2.3 FMEA和模糊层次分析法的风险评估

对通过重要度分析所筛选出的中高风险零部件结合FTA分析法进一步开展FMEA和模糊层次分析法的风险评估,以明确掌握功能失效的损坏模式和高风险所在,从而制定相应的优化维护策略,可有效的降低风险,提高可靠性.

(1) 列出失效的各种可能情况以及对机器的影响,采用故障树分析法找出造成此故障的可能原因和得到齐全的故障模式集合;

(2) 根据相关产品的历史材料以及专家经验定义出包含生产损失风险、安全风险、环境风险和维修成本风险四个因素的严重度(S),失效频率(O)以及检测度的等级(D);

(3) 通过基于变权模糊综合评价法的风险评估得到零部件的中高风险故障模式,对其中的高风险故障进行详细的分析和采取优先对策.

当没有日常维护体系或在新建工厂的情况下,采用来源于所建立数据库的通用故障概率.如果有日常维护体系下故障频率的话,就使用特定的.

2.4 模糊判别的维修方式决策

基于RCM的维修决策是一个多因素、多层次的评判问题,影响因素较多,有些是可以量化的,有些则不能量化,只能进行定性分析,且对各因素的评判往往具有模糊性.因此采用模糊判别的方法,根据设备的可靠性指标结合经济性的要求,对起重机设备重要零部件的维修方式进行决策,以期能有最有效的维修方式,最经济性的维修成本,实现以可靠性为中心的维修.

(1) 确定因素集合U,即确定采用何种维修方式密切相关的影响因素,包括可靠性、经济性、维修性、可监测性等方面的评价因素.

(2) 确定评语集合V,包括事后维修、定期维修以及状态维修.

(3) 确定各评价因素集合U对评语集合V的关系矩阵.

(4) 采用层次分析法确定各性能和各评价因素的权重集:①构造判断矩阵;②计算重要性排序;③一致性检验.

(5) 用两层模糊综合评判对维修方式决策:a.对评价因素一层进行评判;b.对性能因素一层进行评判.

(6) 采用最大隶属度原则对评判结果进行处理,得到产品的维修方式.

2.5 开展安全装置的维修周期优化

针对安全装置在起重机械中的安全重要性,在确定安全装置平均故障间隔时间(MTBF)的情况下,结合使用单位对各安全装置可用度的要求,通过理论分析和计算来确定该安全装置的故障检测频率,来保障起重机械安全装置的可用度,减少事故的发生[8].

2.6 起重机维修决策系统

采用面向对象高级语言C#和SQL Server 2005数据库,开发一套基于RCM技术,能够完成起重机的基础信息管理,以风险为基础、具有良好目标性的维修决策系统(见图2),根据用户选择的影响因素来确定其零部件的维修方式,提高机械设备的可靠性和安全性,为企业提供以维修停机损失最小为目标优化、系统、科学的维修决策支持.

图2 所开发的RCM软件Fig.2 Interface of developed RCM software

3 结论

改进的RCM方法,开展系统划分后,对子系统或零部件进行风险识别、风险评级,按照风险等级分级管理.科学、系统地提出削减风险提高可靠性的具体措施,明确维护、检修的周期、内容、方法.有效解决了“该不该修”的问题,解决了设备运行周期与设备维修周期之间的矛盾,解决了降低维修成本和检修深度、广度之间的矛盾.

[1] Moubray J.Reliability-centred maintenance[M].2nd ed.Oxford:Butterworth-Heinemann,1999.

[2] Smith A M,Hinchcliffe G.RCM——gateway to world class maintenance[M].2nd ed.Oxford:Butterworth-Heinemann,2003.

[3] 中国人民解放军总装备处.GJB 1378A-2007 装备以可靠性为中心的维修分析[S].北京:总装备部电子信息基础部,2007.

PLA General Armament Department. GJB 1378A-2007 Reliability centered maintenance analysis for materiel[S].Beijing: Department of electronic information, General Armament Department ,2007.

[4] Cheng Z,Jia X,Wang Y,et al.A Framework for the Case-Based and Model-Based RCM Analysis[C].the 3rd World Congress on Engineering Asset Management and Intelligent Maintenance Systems,Beijing,2008.

[5] Deshpande V S,Modak J P.Application of RCM to a medium scale industry[J].Reliability Engineering &System Safety,2002,77(1):31-43.

[6] Deshpande V S,Modak J P.Application of RCM for safety considerations in a steel plant[J].Reliability Engineering &System Safety,2002,78(3):325-334.

[7] SAE.SAE JA 1011 evaluation criteria for reliability-centered maintenance (RCM) processes[S].Society of Automotive Engineers,2008,8(01).

[8] 张树忠,曾钦达.起重机械安全装置的故障检测周期优化[J].起重运输机械,2014(4):81-82.

ZHANG Shuzhong，ZENG Qinda.Optimization of failure finding task interval for crane safety devices [J].Hoisting and Conveying Machinery, 2014(4):81-82.

Risk-analysis-based RCM approach to cranes

ZHANG Shu-zhong1,ZENG Qin-da2,LIN Jing-cai2

(1.School of Mechanical and Automotive Engineering,Fujian University of Technology,Fuzhou 350018,China;2.Fujian Special Equipment Inspection and Research Institute,Fuzhou 350008,China)

Due that intensive human hours and resources are consumed using classic Reliability Centered Maintenance (RCM), a new RCM method is first proposed to resolve the crane maintenance problems based on risk analysis. Then, the system decomposition, subsystems or components risk identification and risk rating are conducted. According to the risk level of hierarchical management, the specific cycles, contents and methods are finally recognized on maintenance. Therefore, the proposed method is an effective solution to repairing.

crane; RCM; risk analysis; maintenance

福建省教育厅科技项目(JB14074);福建工程学院科研启动基金(GY-Z14005);福建省质量技术监督局科技项目(FJQI2015038).

张树忠(1980-),男,博士.E-mail:zszgo@163.com

TH 17

A

1672-5581(2016)06-0548-04