设备故障分析及预防性维护在智能工厂中的应用

李洋　于涛　齐晓震　窦永波

摘 要：近年来，随着智能工厂不断引入先进的人工智能前沿技术，使智能工厂的设备维护得以“提前化”和“智能化”，大量设备的外围产品，如智能传感器、运维管理系统、云数据平台等，在智能生产领域被开发并广泛推广运用。在生产过程中，工厂可以实时监控各类传感器，连续、并行地采集、分析设备各部件的状态信号，从而达到对设备破损元器件的提前更换和预防目的，因此，对设备进行预防性维护是企业提升装备管理水平的必由之路和必然趋势。本文首先从智能工厂的常见设备故障问题出发，对其产生的深层次原因进行了分析；在此基础上，根据设备的故障预防策略，提出了相应的改进措施，并自行制定了设备预防性维护管理计划；最后对设备预防性维修在智能工厂中的应用进行了深入的分析探讨，为智能工厂中的设备维护与管理工作提供了一定的借鉴。

关键词：智能工厂 设备故障 故障原因分析 预防性维护 维护策略

1 引言

当前，多数生产企业对现场设备的维护仍处于被动检修阶段，对先进设备的预防性维护意识较差，从而影响到各类设备、机床的使用率和使用寿命。在先进企业和创新制造业质量管理系统中，设备、装备的预防性管理维护是关键。为减少智能化工厂的设备故障率，防止生产过程中出现的安全隐患和危险，有效地提升生产设备的使用质量，对智能工厂的设备进行预防性维修是保证先进制造业产品质量的关键。设备的预防性定期检查和维护，可以及时发现和排除设备的潜在安全隐患，以确保设备的安全运行，降低使用风险，降低设备的维修费用[1]。宝鸡吉利发动机有限公司是一家具有高度智能化生產特点的先进生产企业，但是由于发动机生产过程中需要的各种不同的设备，其设备性能差异加大了管理和使用的难度，而作为先进设备的直接管理者，一线职工对先进设备的结构和原理了解甚少，致使一线职工对设备的性能不了解或一知半解，缺乏对先进设备的处理能力。因此，建立一套科学、高效的预防性维修体系是十分必要的[2]。

2 设备故障分类及原因分析

宝鸡吉利发动机有限公司于2017年建成，拥有357亩的工厂面积，年产达30万台15TD型发动机。公司拥有发动机制造加工的缸体、缸盖、曲轴等制造流水线、组装试验流水线、配套工艺辅助设备；生产基地内引进了世界一流的加工中心及机器人加工制造设备。

如图1所示设备故障原因分类，根据设备故障原因，将故障归类为外部和内部[3]。为更好地理解故障的成因，对外部故障和内部故障进行了细化。

外部原因发生故障的原因主要有：1、产品缺陷：由于厂商在发动机毛坯生产过程中产生了诸如毛刺、裂纹、砂眼、杂质等问题，导致设备在加工中难以识别，从而导致设备的受损；2、环境影响：由于工厂温度、湿度、洁净度等原因造成的故障，会给现场设备带来不同程度的安全隐患；3、操作运行原因：由于操作者的操作失误，导致设备产生电场、磁场等引起的故障，属于操作运行原因。

内部原因发生故障的原因有：1、自然磨损：由于机床本身在与工件的接触过程中，设备主轴长期高速运行，使其本身的位置和轴距产生偏差；2、设计制造：设备制造商在设计或运输过程中可能出现的问题，如设备开关电源、内部干扰和部分部件的损伤等；3、正常损坏、更换或在合理期间设备运行期间发生的偶然情况是其他原因。

3 设备预防性维护管理计划

设备维修在生产中起着举足轻重的作用[4]。在智能制造业竞争越来越激烈的今天，各企业都想要在生产中取得最大的利益，设备的及时维修变得越来越重要。因此，建立健全的设备预防性维修体系是非常必要的，如图2所示为宝鸡发动机厂建立的设备预防性维护管理制度。

3.1 维修保养计划

共享完善设备资料信息，建立由设备维护经理－机械/电气主管工程师－机械/电气工程师－机械/电气维修工－一线员工分级参与设备管理、保养、维修的制度。专业的工程师和技术人员可以进行及时、高效的交流，实现双方相互学习，相互指导，规范设备的正常使用。

3.2 设备故障共享及人员培训

设备预防性维护工作的关键在于，通过公司的共享磁盘，实时地记录设备的故障，保证设备的维护和使用人员的专业技术培训，提高设备管理人员的操作水平。组织员工进行操作规程、日常维护、常见故障排除和紧急情况处理等方面的培训，并制订操作人员的资质，坚持“以防为主，以修为辅”的思想，对员工进行长期不间断、分类别、分批次的培训。

3.3 周期设备巡检

根据设备的不同级别和运行周期，进行定期的巡视，确保设备的正常运行，满足设备性能的需要，在规定的时间内，对设备进行除尘、清洁和性能检测，对易损件进行检查，对损坏的零件进行更换。同时，系统地检查设备的稳压状态和接地状态，并将其记录存档。在设备使用过程中，由工程师负责监督，由班组和专业的维护人员对设备的操作状态进行检验，如发现异常，应及时报告，及时处理，以免耽误正常的生产。

3.4 日常维护保养

从设备维修的角度来说，发动机的加工过程涉及了大量的设备，保持工作区的干净整洁，并保证工作场所的光线是基础。因此，要对设备进行例行的检查保养，主要维护内容：维护设备的表面清洁、环境温度、湿度检查，每天在设备投入使用前，仔细检查设备的电源，电压，稳压装置的运行情况；对设备的功能和性能进行观察，及时完成设备的点检；每次设备使用完或生产结束后，要注意是否有断电，以防止无功损耗[5]。如设备出现大型故障，一线生产员工应立即与技术人员沟通，避免私自进行拆卸造成设备二次损坏，在维修过程中做好设备维修记录台账。

3.5 标准维护操作流程

在设备维护期间，应向专业技术人员提供维修操作指南，并根据手册进行规范操作，从而极大地提高工作效率，降低事故的危险性；在生产之前，设备的启动和设备的点检都是由生产人员负责的，在生产期间，对设备的运行状况进行监控，完成后的日常维护和记录，进行及时记录、总结、学习制造过程中出现的问题。建立设备故障的及时报告体系，与技术人员共同探讨和分析设备出现的问题和解决办法。

3.6 预防性维护记录

随着科学技术的进步，工厂自动化程度的提高，自动化设备的使用范围日益扩大，其实用性也日益增强。要实现机电设备的现代化改造与提升，就必须用科学的设备预防性维修管理思想来指导和促进。科学的管理思想可以改变或消除传统的管理思想，增强职工的工作热情和责任感，使企业建立起“以人为本”的设备责任管理意识。根据实际生产设备的管理状况，制订出相应的责任与奖励机制，在培训观念和规范制度的双重作用和激励下，将设备的预防性维修管理工作和维护工作由被动变为主动，并辅以奖惩，可使员工在工作中更有责任感和荣誉感。建立健全的监控体系，以保证设备的正常运行，保证设备的预防性维修管理的科学化、标准化，提高设备的维修质量，保证企业的安全生产。设备的预防性维修管理体系能够对设备的故障进行提前预警[6]。另外，将故障数据与设备的实际状况相结合，进行智能的分析，使管理者能够选择和验证方案，从而达到预防维护的目的，从而降低维护的难度，改善维修的质量。通过对设备的预防性维护管理的信息反馈，对设备的实际维护状况进行监测，确保其正常、合理、有序地进行，为企业的现代化管理提供有力的数据支持。通过维修模块制作各预防性维护记录本，对开展的预防性维护工作详细记录，便可以对设备进行适当的预防性维护。

4 应用和评价

从2018年起，本公司就开展了设备预防性维修项目，因此笔者对2020-2022年期间设备故障超过60分钟的情况及原因进行了回顾性统计，以评估宝鸡发动机厂设备管理中的预防性维修效果。

如表1所示2020年-2022年设备故障原因及>60min的停机次数，通过对设备进行预防性维修的总结，说明预防性维修能有效地改善设备的安全性、可靠性，是今后设备管理的发展方向。

5 总结

设备预防性维修的本质是“维”，而非“修”，其关键是预先识别和技术控制设备的失效状态。设备的预防性维护可以确保设备的最优使用效率，确保设备在紧急情况下的可用性，保障维修或使用人员的生命安全，从而提高维修效率，科学地进行管理，可以有效地促进我国的智能化生产取得新的突破。因此，技术人员必须加强对机械设备的维修和保养的认识，不断提升自身的专业技术，以达到高水准的专业素质，为行业的维修与管理事业的突破与创新做出贡献。因此，对设备进行预防性保养，可以有效地减少设备故障率，延长其使用寿命，减少维修费用，增加设备利用率，从而为企业带来更大的经济效益和社会效益[7]。设备的预防性维修，既能保障企业的经济发展，又能有效地降低因突发设备故障而造成的资源损耗，又符合我国“可持续发展”的发展战略。在智能制造企业中，开展设备的维护保养与管理创新，具有重大的环境保护和经济效益。

参考文献：

[1]陈东昇. 关于化工仪表自动化设备的预防性维修研究[J]. 广东化工，2022，49（15）：198-200.

[2]应海锋. A公司精益生产方案优化研究[D].吉林大学，2022.

[3]Odeyar Prerita，Apel Derek B.，Hall Robert，Zon Brett，Skrzypkowski Krzysztof. A Review of Reliability and Fault Analysis Methods for Heavy Equipment and Their Components Used in Mining[J]. Energies，2022，15（17）.

[4]王佳燕，李峰，邓利伟. 落地铣镗床换刀机构故障分析及解决措施[J]. 上海化工，2022，47（03）：60-62.

[5]劉志勇. 基于多源信息融合的站用电能效及设备故障分析[D].长沙理工大学，2021.

[6]崔灿. 预防性维护设备管理系统研究[D].湖北工业大学，2021.

[7]朱黎阳，王国文. 浅谈预测性维护技术在选矿厂的应用[J]. 矿山机械，2022，50（06）：77-79.