MTBF對同類設備可靠性評價的探索創新

馬科篤 朱 凌 張 力

一、引言

西南油氣田公司在天然氣生產中常需大量的壓縮機進行采輸增壓，對壓縮機的連續運行能力要求高，平均故障間隔期MTBF是常用的考評指標。筆者在長期的壓縮機管理中，探索出如何合理利用MTBF對不同單位、投運時間迥異的大規模同類壓縮機實施評價的方法。

二、MTBF基本認識

1.MTBF含義

設備平均故障間隔期（Mean Time Between Failures，簡稱MTBF）又稱平均無故障工作時間，它是衡量設備在某段時間內連續運行能力的指標，考查的核心是設備的可靠性。對單臺設備而言，其計算公式

式中 T——某時段設備的總運行時間，h

n——同一時段內的故障次數

對某類設備而言其計算公式

式中 T1——某時段故障設備累積運行時間，h

T2——某時段無故障設備累積運行時間，h

N——同一時段內故障設備的臺數。

2.MTBF的作用與不足

（1）對設備MTBF考評，通常有以下作用。

①估計單臺設備的連續運行能力，確定合理的計劃維修周期；

②改進修理方法，確定修理重點和類別；

③修訂運行操作標準，為設備的可靠性設計積累基礎資料；④衡量使用和維護單位在某時段的設備管理狀況。

（2）上述作用充分彰顯了MTBF對設備可靠性和檢維修的指導意義，但在考評大量的同類設備時仍存在不足。

①由于同類設備往往投運時間差異大，公式2只能籠統的評價該類設備在某月或某年總體的可靠性，缺乏對不同運行時間設備MTBF的動態評價。

②由于各個單位同類設備的數量和投運時間迥異，公式2不能建立起運行時間、故障次數和MTBF的聯系，新舊設備比例和同一設備多次故障等因素將引起MTBF偏差，導致對比評價不同單位設備管理狀況時的權威性差。

三、MTBF實踐、探索與創新

鑒于現行MTBF在考評同類設備時的不足，經探索提出了MTBF動態曲線方程的概念，即直接建立故障設備連續運行時間T與MTBF的函數關系MTBF-T。

1.MTBF-T原理

MTBF-T方程基于連續曲線擬合離散數據的最小二乘原理。工程中對離散數據的擬合是以測量數據x為基礎，建立x和目標數據y的函數關系y=f（x）。y=f（x）有線性和非線性兩種數學模型，在工程中一般采用線性模型f（x）=ax2+bx+c，其中a、b、c就是擬合中要求的未知數，可用最小二乘擬合中的格蘭姆（Gram）矩陣求解。這里的x即T，y即MTBF。

2.MTBF-T求解方法

對A礦和B礦同類壓縮機MTBF-T動態曲線方程的求解方法如下。

（1）統計出每臺故障壓縮機的連續運行時間T和故障次數n；

（2）按公式1求出單機的MTBF，并將T和MTBF一一對應，見表1；

表1 A礦和B礦單臺天然氣壓縮機MTBF

（3）用最小二乘擬合中的格蘭姆矩陣對a、b、c三未知數求解；

（4）判斷擬合MTBF-T線性模型均方根誤差，δ越小，線性模型越可靠。

由于格蘭姆矩陣計算量大，在此運用中國航天科技集團的軟件輔助計算，擬合曲線為圖1和圖2，得出的MTBF-T方程見公式3和公式4，可用于對壓縮機運行中的任一時間點考評，根據需要計算列表2。

3.MTBF-T分析

（1）從δ判斷合理性：表2中δ值顯大，但以公式3和4計算結果與表1中各點MTBF逐一對比（過程略），絕大部分點相差在100h左右，擬合方程用于考查壓縮機整體的MTBF動態足夠。

（2）從“浴盆曲線”判斷合理性：圖2的擬合曲線線形與設備故障浴盆曲線理論基本吻合，設備使用初期和后期故障明顯增多會影響MTBF的大小，兩者線形正好相反，證實了建立函數關系來動態量化MTBF的合理性。圖1中A礦5年（43800h）以上的MTBF顯著增長是因為表1中基礎數據最大僅為18101h，導致在5年以上不是連續函數，擬合曲線失真。

（3）縱向考評：表2中MTBF總體上也符合浴盆曲線的故障失效規律。兩礦壓縮機MTBF在運行初期均最小，反映這一階段故障發生最頻繁；隨著運行時間的增長故障相對減少，在2～5年時進入運行的穩定期；而后期（10年）磨損、老化等耗損性故障增多，MTBF又降低。

表2 A礦和B礦壓縮機MTBF-T考評時間點

（4）橫向考評：2年內的同一運行時間點相比，A礦的MTBF均短于B礦，最大是運行初期差168h，反映出兩礦壓縮機可靠性和管理的差距，與日常生產中統計的兩礦故障信息狀況基本吻合。兩礦MTBF大部分在1000h內，擬合數據真實反映了壓縮機連續運行能力的現狀，因頻繁故障停機造成的生產損失巨大，兩單位均需對壓縮機的可靠性采取提高措施。

四、結論

通過離散數據擬合原理和實例，分析證實了MTBF-T動態曲線方程的合理性，得出的數據符合設備故障浴盆曲線理論。經實際用于同類壓縮機的可靠性考評，起到了指導制定檢維修周期和提高公司設備技術管理工作的作用。

1 張友誠.現代企業設備管理[M].北京：中國計劃出版社，2006

2 李盛昌等.技術經濟與企業管理[M].西安：西安交通大學出版社，1990

3 施妙根等.科學和工程計算基礎[M].北京：清華大學出版社，1999