基于状态检修的机械设备可靠性检测及更换策略

白雪艳，张士磊，白 杰

（1.泰山科技学院，山东 泰安 271000；2.山东硕诚机械有限公司，山东 临沂 276000；3.山东厚丰汽车散热器有限公司，山东 泰安 271000）

1 机械设备检修背景

对于企业来说，进行设备的检修需要考虑多种问题，如设备的使用寿命、设备的检修成本费用等，往往设备的检修费用会高于当前的系统使用费用，为此很多厂商都有所顾虑，这是因为设备若是发生突发故障，就会导致设备停止运行，其经济损失往往巨大。根据统计数据，目前企业设备故障检修和停机损失费用可以占到企业产品生产成本的15%～40%，由此可知停机故障对于企业来说影响重大，为此需要做好故障预防措施，确保系统可以在合理的可靠范围维持正常运作，这样可以缩减部分损失费用以及检修费用。因而这种定时检修被广泛应用于各行各业，按照设备故障规律制定出合理的检修计划，从总体上达到对成本的控制，以此来提高设备在使用期间的可靠性，同时避免停机事故的出现，降低企业损失，确保生产出的产品质量，以此来提升设备生产能力计划。但是因为单一的定时检修方式在实际工作生产中存在很多的缺陷，如若是间隔时间太长容易出现检修过剩，对于状态良好的设备进行反复检修，反而缩短设备的有效利用时间，导致其可用度降低；其次就是检修时间间隔较大，因为检修不足，导致很多带有故障的设备装置按照原定的检修计划，仍处于工作状态，导致故障恶化，严重时会发生停机故障，其损失不仅使检修费用增多还会增加设备生产损失。

2 状态检修概述

状态检修是设备监测技术的提升以及信息化技术广泛应用于加工制造领域，其主要是通过监控装置实时了解设备目前的运行状态，捕获相关的参数，将这些参数作为判断设备是否出现故障的依据，当前先进的监控监测设备、诊断技术以及可靠性评估等都是为了及早地发现设备故障征兆，并预判设备故障部位的严重程度以及故障未来发展的趋势等，按照诊断结果，尽可能在故障发生前或者是设备性能下降前完成主动检修。

状态检修主要结合设备运行测量数据，了解当前设备的运行实际状态，并根据所测量的现场参数来选择合适的检修方案，这是因为设备的故障往往瞬时发生。正常故障的出现需要从征兆逐渐发展到最终功能故障完全异常甚至功能失效，起初因为设备受限无法及时发现征兆，但是随着征兆表现出来，或者是异常现象被发现或是捕获到可以将其称作潜在故障。当从潜在故障发展到最后功能故障可以将其称作为P-F间隔时期。目前间隔时间越短表现出设备从前在故障发展到功能故障所要经过的时间也比较短，这就需要采用相对先进的技术手段对其进行状态监测，便于及时做出处理。

3 状态检修决策分析

3.1 状态检修决策的要素即决策流程

在进行协同检修过程中需要在动态联盟的角度将所涉及到的多方主体进行协同工作，其包括设备厂使用厂商、生产商、制造商以及维护商等形成一个设备故障诊断以及设备故障维护的联盟体系，虽然决策问题有所不同，利益主体对象也有所不同，但是将这些主要决策方如专家、检修商等对设备故障进行诊断，确定厂商设备的检修时间，具体见表1。具体的决策流程如图1所示。

表1 协同检修决策问题的决策主体

图1 状态检修决策流程

3.2 基于可靠性的设备状态检修策略优化

3.2.1 以可靠性为中心的设备检修

对于加工企业来说设备是产品生产的关键，产品是企业占领市场的重要要素，为此设备是企业发展的强有力保障，对于设备进行检修的目的就是保持设备原有的功能以及生产活动。通常设备在使用期间需要承受一定的负荷和环境因素的影响，难免会出现设备零配件老化、故障以及失效等问题，从经济性、安全性和生产效率等多个方面考虑，可以通过检修的方式来恢复这些设备原有的功能，但是随着近些年设备的复杂程度增大，尤其是一些大型设备的自动化程度提升，导致设备的生产成本显著增大，为此在保证企业生产效率和生产品质的基础上，受到环境影响也愈发增大。检修作为保证生产设备持续运行的更关键途径，可以提升设备应用的可靠性和安全性，延长设备的使用周期。

将设备在现实应用的可靠性作为中心检修的判断依据，中心检修是根据设备当前的可靠性状态，来判断出设备在检修中所需要消耗的最小资源，并通过逻辑判断分析方式确定设备故障检修的内容、类型以及间隔时间和检修的级别等，将这些内容一一罗列出来，形成检修大纲。基于不同的角度为企业提供合适的设备故障检修方案。设备可靠性作为中心检修也是系统化考虑设备功能和功能失效的重要途径，基于优先权充分考虑设备检修的经济性和安全性来确定最终检修的可行性方案和任务，其本质是以经济性作为出发点，综合设备故障类型以及故障模式，提出有效的检修方案。

3.2.2 检修策略优化

在本文中所提到的检修策略是需要根据检修目标即设备，以及维护对象失效模式来确定设备故障的检修方案，目前检修策略主要解决的问题就是设备的故障问题、采用什么样的检修方案，当采用这样的检修方案以后设备系统架构将有何种变化。从20世纪60年代起就有学者对检修策略优化问题展开讨论，这也是工业领域重要的研究方向之一，这是因为设备故障检修可以提升设备的应用可靠性，但需要支付一定的检修费用，根据故障类型的不同所需要的检修费用也存在差异，但是相对来说检修费用会因为检修次数的增多而增加。同时，设备系统的可用度也会因此受到影响，其表现为随着检修次数的增多相应可用度也有所下降，因而检修策略优化的目的主要是平衡设备的可用度和设备的检修费用，确保对设备进行检修的时间是设备检修成本最低的阶段。

在企业生产中可以从生产角度、安全角度等方面将设备按照重要程度依次划分为一类设备，这些设备目前在企业使用数量占比较小，但是该设备占据着企业设备的多数资金，对于企业生产有着较大的影响力。在本文中主要是对于这类设备进行状态检修，在状态检修前需要考虑状态检修策略优化的问题。状态检修主要是根据多数故障不会瞬时发生的规律，从故障出现征兆→征兆被发现→故障发生，一个过程需要经历一段的时间，具体过程如图2所示。在设备或者是设备局部出现故障前都会有征兆。开展状态检修的目的就是为了了解从征兆到故障发生的趋势，若是持续蔓延的现象，就需要在故障发生前综合设备的可用度选择合适的时间节点对其进行停机检修，避免后续有更大的设备问题出现。

图2 P-F曲线与P-F间隔

当设备出现故障后，或者是从某一个故障征兆来临发展到功能故障时，在这期间若是可以较早地监测出故障征兆点所在的位置P，在P点前，虽然已有故障征兆显现出来，但是由于技术限制无法及时将其监测到，只有在P点所在的位置才可以通过设备或者是技术手段对其进行监测，判断故障征兆的特征。状态检测主要是监测在发现故障征兆点P到设备受到故障影响，系统发生的变化，这样便于及时采取合适的检修措施来进行故障排除，同时也可以有效地遏制故障影响规模化。最早可以监测到故障征兆所在的位置P点和功能故障所在的点F间经过的时间，通常会将其称作为P-F间隔期间，也属于故障在不断扩大和发展的时间。对于企业来说相对于更换设备更希望可以延长现有设备的使用时间，为此会选择检修。对于检修人员需要根据监测结果选择合理的检修时间，针对设备的故障类型选择合适的检修方案，尽可能保障设备在可靠度的前提下使用的经济性。

4 检测更换策略

4.1 按照安全原则进行检修

设备发生故障后严重影响到运行安全，为此需要适当地缩短装备检修的时间，以此来增强设备机械故障的检修频度，这样可以保证设备在安全的状态下运行，设备的故障率维持在相对低的水平下，以此来满足设备安全运行的原则。

对于机械设备来说需要在隐患周期内对其可用度进行估计，目前机械设备的平均可用度与安全隐患检查周期呈现出函数关系，该函数具有反比特性，因而需要单位的实际需求在设备运行期间满足可用度，并且确定合适的检修周期。

4.2 按照经济效益确定设备的检修周期

为了确保设备在发生故障后不会影响到具体的运行安全，可以从经济效益的角度来确定设备的检修周期，检修周期的确定需要遵循合理性，若是太长会导致设备从安全期进入到故障期，耗费大量的时间又要增加检修费用，对于企业来说不符合经济效益的要求。因而需要借助检修系统来确定各参数间的实际关系，优化传统的函数关系，这样可以选择出最合适的检修周期，确保机械设备处于安全稳定的运行状态，同时检修费用也不会有所浪费，但是需要注意成本费用的控制。

5 结束语

目前因市场的变化，各行各业的应用设备在不断增加，设备向着精密化、智能化方向发展，导致设备的复杂度也因此增大，对于检修人员来说检修难度提升，为了有效控制设备停机为企业带来的损失，采用新的检修方式，深入对设备检修方式、设备故障决策和设备检修费用等多方面问题的思考，依据设备的可靠度，制定合适的检修策略，因而在本文基于多种检修方式，采用协同决策，对状态检修策略进行优化，同时又对设备检测更换策略进行分析。

（1）基于设备的可靠性、经济性以及监测性等方面需要了解设备的重要影响因素，可以采用层次分析法或者蒙特克罗模拟方法了解设备的重要度，然后基于设备重要度提出符合逻辑要求的判断规则，展开对设备故障检修方式的分析。

（2）在分析中需要明确设备故障检修决策的主体、决策解决的问题以及决策流程，基于决策中心网络协同检修决策模型，解决故障决策存在的问题，并通过网络协同的方式来提出设备故障检修决策流程，实现对状态检修时机的优化，以设备检修成本最小为目标，以可靠度作为决策约束提供设备故障状态检修策略优化方案。