PDP生產線設備故障分析及故障診斷對策研究

2014-04-29 15:24:13張濤李曉華顧尚林王立林

中國機械 2014年22期

張濤李曉華顧尚林王立林

摘?要：設備安全、可靠、高效、低耗運行是企業安全生產，提高經濟效益的重要保障，我國首條擁有自主知識產權的等離子顯示屏生產線，經過5年多的量產運行，設備狀態開始出現明顯老化、劣化傾向，各種設備故障頻發。本文對PDP生產線進行了簡要介紹，詳細分析了PDP生產線故障情況，并提出了具體故障診斷對策。

關鍵詞：PDP生產線;設備;故障診斷

1.故障診斷技術發展現狀

科學技術的迅猛發展帶動了現代工業及其生產設備的快速發展，各種生產線及設備日趨大型化、集成化、高速化、自動化和智能化，如果發生故障停機，給其造成的損失也將會十分巨大。不管是設備綜合工程學、設備壽命周期費用（LCC）、以可靠性為中心的維修（RCM）、由生產部門主導更強調全員化的全員生產維護（TotalProductiveManagement簡稱TMP）或全員規范化生產維護（Total?Normalized?Productive?Maintenance簡稱TnMP），還是由設備部門主導更注重專業化的裝備保障管理體系（CMP），各種設備管理方式都非常重視設備的安全性、可靠性和維修性，近年來已將故障診斷技術、修復技術和潤滑技術列為設備管理和維護工作的三項基礎技術，尤其是故障診斷技術已成為推進設備管理現代化，保證設備安全可靠運行的重要手段。

我國第一條擁有自主知識產權的高度自動化等離子屏（Plasma?Display?Panel?簡稱PDP）生產線，投資較大生產節拍快，工藝設備多達數百臺，某臺設備若出現非正常工作狀態，將會導致廢損品增多、良品率下降、停產和維修費用增高，給企業造成巨大損失。因此PDP生產線上的設備運行狀況直接影響到企業的經濟效益，監測PDP生產線設備故障并采取科學合理的預防措施，對設備的稼動率及良品率影響極大，由此可知在PDP生產線上積極開展故障分析及故障診斷對策研究顯得尤其重要和急迫。

2.PDP生產線簡介

設備安全、可靠、高效、低耗運行是企業安全生產，提高經濟效益的重要保障。PDP生產線上設備投入量產已經五年多，設備每天24小時的連續運轉，各種運動部件、動力機構、電線電纜出現明顯磨損和老化，各種控制板卡元器件失效增加，控制系統運行趨緩，由此帶來的未知各種故障及安全隱患逐漸加大，設備狀態已逐漸進入浴盆曲線的第三階段—耗損故障期，設備整體上已經開始出現明顯老化、劣化傾向。

全自動PDP生產線涉及高性能PLC及PC控制系統、設備遠程監控管理、復雜高精度運動控制、現場網絡通信、自動光學檢查、高真空鍍膜、非接觸式檢測、激光修復、高溫燒結、熱壓、印刷、潔凈、QAQC、智能立體倉儲及自動機器人等多種技術，其技術特點有：

（1）大型化（設備種類及技術門類眾多、多產品同時加工：42”和50”屏）。

（2）高度自動化（潔凈室無人化管理、全自動流水不間斷作業）。

（3）高精尖（微納米級加工）。

3.PDP生產線故障情況分析

大量的實踐經驗證明，大多數機械系統其故障率是時間的函數，對于機械方面，包括其總成、零部件，其磨損、腐蝕、變形、斷裂、應力微裂紋顯現，最后導致設備配合間隙過大，松動、振動、精度劣化、機體開裂等，將導致設備功能的喪失——機械故障的產生。對于電子電氣方面，包括其總成、部件乃至元器件，由于長期的外電沖擊、冷熱變形交替、灰塵的覆蓋，散熱不良，甚至小昆蟲進入的局部短路，導致系統內電氣元器件電參數特性發生變化，如電阻、電容、電感變化，甚至芯片中的數字程序發生變化——電氣故障的產生。在兩年滿負荷生產周期內，根據MES（制造執行系統）和維修工程師記錄的故障情況，僅就設備本身原因造成的故障進行了統計和分析。

3.1各故障類別故障數據分析

故障原因類型大致可分為：傳感器、控制器件、?PLC相關、機械損壞、機械調整、伺服相關等，根據實際發生的故障情況按不同的故障類型，故障停機時間與故障停機次數分別統計如下。

各故障類型月平均故障停機時間占比前八位分別是：傳感器13.2%，控制器件9.8%，機械損壞8.8%，機械調整8.2%，PLC相關7.5%，程序軟件7.1%，參數調整7.0%，伺服相關6.0%，如圖1所示：

圖1?故障類別故障停機時間占比圖

各故障類型月平均故障停機次數占比前五位分別是：?傳感器20.6%，?PLC相關8.9%，機械調整8.6，伺服相關6.8%，PC相關6.0%，如圖2所示：

圖2?故障類別故障停機次數占比圖

3.2各工藝設備故障數據分析

根據兩年觀察期內生產線故障情況記錄，故障主要集中發生在Wet?Equipment（濕設備）、Assembler（對合機）、Assembler（裝配線）Conveyor（傳輸線）、AOI?&?Reviewer（AOI光學檢查機）等設備上，詳細情況如下所示。

各設備月平均故障停機時間占比前七位分別是：Wet?Equipment（濕設備）13.1%，Assembler（對合機）10.7%，O/S?Tester（通斷測試機）8.5%，Conveyor（前物流線）8.5%，Bonding（綁定機）7.1%，Dual?MgO（二次MgO噴涂）6.8%，AOI?&?Reviewer（AOI光學檢查機）6.8%，如圖3所示：

圖3?工藝設備故障停機時間占比圖

月平均故障停機次數占比前六位分別是：Wet?Equipment（濕設備）15.9%，Assembler（裝配線）10.7%，Conveyor（傳輸線）9.4%，AOI?&?Reviewer（AOI光學檢查機）?6.7%，Bonding（綁定機）6.3%，如圖4所示：

圖4?工藝設備故障停機次數占比圖

3.3引發故障的其它原因

根據多年來的實際運行維護經驗，設備性能、點檢巡視、操作維護、工藝品質、物料檢驗、生產環境和動力供給這七大因素也會直接或間接造成設備故障，引起生產效率、產能、質量水平及良品率發生波動，帶來維修工作量和維修成本的極大上升。

4.PDP生產線故障診斷對策研究

設備越復雜，故障率就越高，隨機性也更多，采用以時間為基礎的維修方式難以解決問題，科學地管理和使用好設備，保證生產設備安全、平穩、長周期、連續運行，延長設備使用壽命，降低設備運行成本，加快從事后被動處理向事前主動預防模式轉換，是當前設備管理人員的主要任務。首先，我們應該圍繞設備運行的全員、全要素、全過程來充分開展此項工作，主要包括設備的操作使用、現場監控、維護保養、故障診斷及維修;其次，做好故障診斷和預測也是一項重要的基礎課題，本文主要對故障診斷和預測做了一點基本研究。

4.1針對不同故障類別采取不同的應對措施

根據前面的數據分析發現，引發PDP生產線故障發生的主要原因有：傳感器、控制器件、機械損壞、機械調整、PLC相關、程序軟件、參數調整、伺服相關、PC相關。為了降低故障發生率保證狀態設備完好，首先要完善點檢內容做好日常點檢，另外還應根據各種診斷技術的特點，采取有針對性的診斷措施。

4.1.1人工診斷檢查

做好設備管理工作，離不開最基本的人工診斷檢查，一些簡單的故障、缺陷和目前尚無手段能檢測的故障信息仍需通過人工感官和經驗去完成。直觀檢查包括一些影響設備運行和產品質量等的重點風險項目，如ITO刻蝕潤滑液噴淋不到位、燒結工序產品背面鈦環粘附、物流防塵簾干擾、產品表面附帶大尺寸異物等現象。針對振動、碰撞、松動等引起的機械部件、傳感器等位置變動，可采用廣泛應用的I-Mark劃線標記法，易于操作，便于查看和判斷，方便快捷。做好以上人工檢查工作，能有效解決傳感器誤動作、機械損壞、機械調整等問題。

4.1.2設備參數監測

PDP生產線涉及數量和種類繁多的精密運動控制機構，包括伺服、變頻、步進等多種形式，當電機、氣缸等執行機構在長時間使用中因磨損、損壞、松動等出現劣化時，一般驅動電流、負載率等參數會發生變化，甚至出現過載報警。該參數可通過相應的驅動器面板進行查看和記錄，也可通過通信接口和專業軟件進行讀取和監控。對于此類異常現象，在排除執行機構本身的問題后，可直接考慮和處理負載系統方面的原因。如在ITO曝光機的UV?Shutter故障檢測中，可通過檢測軟件看到絲桿導軌因鏡面殘渣未全面徹底清理時，其伺服負載電流出現明顯的上升。以上方法有利于盡快確定控制器件、機械損壞、伺服相關等故障原因。

4.1.3溫度監測

機電一體化設備的機構或器件出現異常或劣化時，較多的會表現為局部溫度升高，紅外測溫儀可以遠距離，非接觸式測溫，具有信息處理、運算和判斷功能，可精確地確定儀器工作環境溫度狀態與變化情況。目前已使用專業的高性能紅外熱像儀（如Fluke公司的TI32），通過高熱靈敏度傳感器完成被測對象的紅外圖像和可見光圖像的同時采集與融合，測量數據存取使用方便，設置通用接口可與計算機通信，便于實現系統監控和報警參數設定，還可以通過配套應用軟件對采集的圖像數據進行后期統計、分析和判斷，對線纜接線端子松動、線纜磨損、負載過大等故障原因的診斷與排除非常有效。

4.1.4振動監測

振動是機械設備工作過程中的常見現象，特別是在設備使用多軸高速運動的控制機構時問題更加突出，它是機械故障的外在反映，是分析識別機械故障、評價機械運行狀態、安全性和穩定性的重要標準，據統計60%以上的機械故障都與振動有關。由于振動的廣泛性、參數多維性，測振方法的無損性、在線性，決定了人們將機械設備振動監測診斷作為機械設備故障診斷的常用方法。通過專業的機械振動分析儀，檢測設備振動的頻率、速度、加速度、位移量、相位等參數，能實時、直觀、精確地表征機械動態特征及其變化過程，從中可以找出產生振動變化的原因。

目前，振動測量僅在離心分離機的轉子在線監測中使用到，對于軸承松動和對中不良、轉軸變形和磨損、機械松動和損壞、電機損壞及旋轉機械平衡不良等此方法十分有效，此領域有待進一步研究和推廣應用。

4.1.5油液監測

從設備潤滑系統或液壓系統中抽取油樣，檢測油品品質、污染水平以及金屬磨損顆粒的狀況，通過粘度、酸度、水分、閃點測試得知其物理、化學指標。機械摩擦幅的金屬表面間不同磨損方式和磨損速度造成油液中微粒總量、形態和尺寸分布的差異，根據金屬微粒的總量可以判斷磨損所處階段;根據尺寸分布來判斷磨損的程度;根據微粒形態來判斷磨損類型;根據化學成分可以判斷磨損部位。主要監測對象：發動機、壓縮機、液壓系統、傳動系統，針對故障率高發的濕設備采用這種診斷技術非常有效。次方法運用于濕設備上，可預防S/M清洗機、BR剝膜機、ITO刻蝕機以及BR刻蝕機返回泵時常發生堵塞，對于數量眾多的濕設備的藥液系統的藥液質量的監測也非常有效。

4.1.6工控PC及PLC監測

工控PC及PLC在現在自動化生產線中的使用已經非常普遍，如自動光學檢查、精密測量、激光加工、高真空鍍膜、介質涂敷、噴涂設備等。PC的日常管理和監測，主要重點為做好磁盤空間清理、CPU占用率、內存占用、病毒查殺等，也包括機箱散熱、系統報警等。任何PLC都具有自診斷功能，當PLC異常時應該充分利用其自診斷功能以分析故障原因。目前，在各種設備上開展的自診斷工作內容：故障報警內容準確化、信息代碼化、顯示圖示化以及指導明確化，主要措施如下：

（1）故障報警內容準確化

增加報警的邏輯判斷，做到異常時有報警，如干燥爐內傳送異常、動作指定時間不到位、各類驅動器報警時傳送到主控PLC等;報警內容描述清楚異常的來源與關聯影響，指出具體的報警位置、器件、節點、線路等;

（2）異常報警信息代碼化

以代碼的形式體現常見的異常，便于后期統計、分析和查閱;

（3）異常報警顯示圖示化

使用布局圖、示意圖、動畫等方式顯示故障發生位置，便于故障查找與處理;

（4）報警異常處理指導明確化

在報警信息中增加故障處理指導內容，如處理方法、流程、備件信息、參數設置等;

4.1.7設備精度監測

隨著生產線長時間連續運行，設備的定位精度和重復精度會逐漸下降，對產品生產的質量和效率造成影響，特別是主要生產設備，如測量精度、平臺的平面度、軌道和絲桿的平行度、定位機構的對中精度等，需要專職檢查人員或維修人員依據設備精度標準定期進行停機檢測、確認和校準，確保設備應有性能和精度等級。

4.1.8?MES系統功能開發

MES系統為設備管理建立了完善的基礎數據庫，在企業信息化架構中起著承上啟下的作用。MES系統中設備管理的主要任務是分析設備運行狀態，合理制定日常維護計劃，科學控制在線設備的壽命，經過進一步開發，其中的診斷模塊能夠對設備控制系統進行故障診斷，并以報警監控系統終端顯示方式，提示給維修人員，使之快速分析出故障原因，并盡快排除故障恢復設備的正常運行。

5.結束語

設備故障診斷技術來自于生產實踐中，各種先進技術、理論的最終使用效果必須接受實踐檢驗，我們在生產中應該接受最新研究成果的指導，遵照理論聯系實際的原則，更好地服務于我們的現代化大生產。從經濟角度和可行性方面考慮，根據設備狀況有針對性的安排檢查和檢修任務，這種基于狀態的維修方法大大提高了工作效率和設備使用效率，降低了維修成本，是一種更經濟的維修管理方式。做好生產線設備故障分析，充分掌握設備的狀態，設備故障診斷在此顯得十分重要和關鍵，實現預知維修的基礎和可靠保證。針對生產線上關鍵設備、重點設備以及頻繁出現的故障現象開展故障診斷工作，從易于著手的可操作性比較強的技術路線入手，隨著維修經驗和設備相關數據的逐步積累，將有利于其它較為復雜和高級診斷技術在PDP生產線的有序推進和應用。

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