基于FMEA的設備預防維護管理的研究與應用

摘要：通過對設備預防維護管理現有模式進行分析，重點研究和探討在企業設備投入使用前及使用維護管理階段如何更好地應用EFMEA。主要圍繞EFMEA應用范圍、EFMEA輸入與輸出、EFMEA建立流程及EFMEA實際案例，詳細研究、探討如何在企業建立、應用EFMEA。

關鍵詞：EFMEA;設備預防維護;設備標準

0? ? 引言

FMEA[Failure Mode and Effects Analysis，（潛在）失效模式及后果分析]是一種識別產品或過程的潛在失效，以便在失效影響到顧客之前采取糾正措施的分析工具。它是一組使設計、制造過程盡可能完善的系統化活動，這個活動過程由許多人員廣泛參與，形成跨職能工作小組，并由多種活動組成，認可并評價產品或過程中潛在的失效以及該失效的后果，確定能夠消除或減少潛在失效發生機會的措施。其最明顯的結果就是跨職能小組的集體知識的文件化[1]。

FMEA涉及設計和制造過程的每個階段，分別形成DFMEA[Design Failure Mode and Effects Analysis，設計（潛在）失效模式及后果分析]和PFMEA[Process Failure Mode and Effects Analysis，過程（潛在）失效模式及后果分析]，同時可應用于問題的解決。

FMEA也可應用于非設計和制造領域，例如管理過程的風險分析或是安全系統的評估等。

本文中研究、探討的FMEA是圍繞設備展開的，稱為EFMEA[Equipment Failure Mode and Effects Analysis，設備（潛在）失效模式及后果分析]。

EFMEA在整個設備生命周期中一般應用于兩個階段，一是設備的設計、制造階段。此階段由設備制造企業主導，設備制造企業按照客戶需求，分別形成設計和制造過程的EFMEA。此階段的EFMEA支持設備從設計開發到設計批準到生產制造的設備設計、制造過程，是對設備的整個運行過程中每一步驟或每項功能的完全評審。此階段與設備使用企業的設備前期管理聯系較為緊密。二是設備投入使用前及使用維護管理階段。此階段由設備使用企業主導，基于設備文檔、設備能力、過程數據等，通過對組成設備的各系統部件功能的分析，找出系統或部件潛在失效模式，分析每種失效模式對設備的影響，評價出每種失效模式影響的嚴重程度、發生率和探測度，根據評價結果制定相應措施，從而盡可能地減少和消除失效，減少設備非計劃停機，改進設備可靠性和可維修性，降低設備使用維護成本。

文中重點研究和探討在企業設備投入使用前及使用維護管理階段如何更好地應用EFMEA。

1? ? 設備預防維護管理現有模式

據統計，設備等有形資產的維護與維修成本通常占企業生產成本的10%以上[2]。

EFMEA在國內企業的應用并不廣泛，特別是中小生產制造型企業沒有建立起以EFMEA為主導的設備預防性維護管理體系。

缺少系統、完整的設備潛在失效風險的識別，往往單純依靠設備文檔、以往經驗等方式建立設備點檢、設備維護標準，沒有搭建起有效的設備預防性維護管理體系，設備故障率高、使用成本高、效率低、壽命短成為常態。

部分已經建立起EFMEA體系的企業，設備點檢、設備維護等標準的建立比較粗放、不完整，流程缺失，難以指導實際并有效執行，設備預防性維護管理作用有限。

此外，依據設備文檔資料建立起來的設備日常自主維護與專業維護標準存在與設備實際使用脫節的情況。設備進入到企業投入使用以后，人員、工藝、材料、環境、檢測等條件出現變化時，設備運行狀態也會隨之變化。

所以，設備出廠后，設備狀態差異也會越來越大。此時，單純依靠廠家提供的原始設備文檔資料，很難進行有效的設備預防性維護管理。

2? ? EFMEA在設備預防維護管理中的應用研究

EFMEA的應用可以幫助企業建立和完善以預防為主的設備管理體系。

在整個設備生命周期中，企業EFME的建立起始于產品過程開發設備規劃階段，此階段企業對設備需求相關信息進行調查研究，提出規劃方案，進行方案論證決策，編制設備規劃，編制費用預算，確定實施程序及預期效果，制定評價標準等。

設備的選型一般應遵循生產上適用、經濟上合理、技術上領先的原則，重點考慮設備的規格、功能、性能、精度、生產效率、配套性、能耗、安全環保、快換技術、防錯和糾錯技術、人機工程、備件的供應及設備廠家的售后服務質量等方面[3]。

在設備投入使用前，企業應建立起以EFMEA為主導的設備預防性維護管理體系，并在設備使用維護管理階段應用、保持和完善。

2.1? ? 應用范圍

EFMEA可以應用于企業生產設備、生產輔助設備和辦公設備等所有設備，也可以根據企業自身需要，選擇生產設備、生產輔助設備等關鍵、重要設備建立EFMEA。

2.2? ? EFMEA輸入與輸出

EFMEA的建立主要依據設備文檔、設備運行流程、設備可靠性信息、設備能力（CMK/CPK/平均合格率/開工率等）、設備故障停機及維修記錄、過程數據等設備相關信息資料。

以上信息資料作為生成EFMEA文件的輸入信息和重要依據，通過對輸入信息的分析、識別與評價，重點通過對組成設備的各系統部件功能的分析，找出系統或部件潛在的故障模式，分析每種故障模式對設備的影響，根據評價結果，制定相應的設備預防性維護措施，形成EFMEA的輸出。

一般情況下，EFMEA的輸出主要包括操作人員的自主點檢、自主維護、設備操作、設備潤滑、設備報警復位等，維修人員的專業點檢、預檢預修（檢修、大修、改造、異損件更換等）、設備狀態監測與維修、定期潤滑（清洗、換油等）、功能小組活動、備件管理、設備事故預防等。

2.3? ? EFMEA建立流程

EFMEA建立流程如下：成立小組→分析啟動時機→收集輸入信息→確定分析范圍→確定分析目標→識別功能和要求→識別潛在失效模式→識別潛在后果→識別潛在要因→現行探測和預防→識別和評估風險（嚴重度、發生率、探測度、風險順序數）→提出建議措施→措施實施結果→EFMEA文件評審→EFMEA文件發布→持續改進。

2.3.1? ? 成立小組

EFMEA小組一定是一個跨部門的聯合多方人員組成的工作團隊，這是保證EFMEA順利建立的基石。

EFMEA小組至少應由設備管理員、設備技術人員、設備維修人員、設備操作人員、工藝技術人員組成，必要時需請設備制造商加入小組。

2.3.2? ? 分析啟動時機

EFMEA小組至少應在產品過程開發階段、新設備投入使用前、產品發生變化時、EFMEA輸入信息發生變化時、設備能力及可靠性等發生明顯變化時啟動EFMEA分析。

2.3.3? ? 資料收集

EFMEA小組應主動收集設備潛在失效模式及后果分析所需的資料作為輸入，這些資料一般包括設備文檔、設備運行流程、設備可靠性信息、設備能力（CMK/CPK/平均合格率/開工率等）、設備故障停機及維修記錄、過程數據等。

2.3.4? ? 確定分析范圍

EFMEA小組在進行設備潛在失效模式及后果分析時應確定分析的界線，根據所界定的EFMEA范圍來確定所包含的內容，一般包括系統級（生產線，多臺設備聯合作業時）、設備單機、設備部件。

系統級EFMEA由多臺同類或不同類別的設備組成，系統級設備潛在失效模式及后果分析的重點是闡述構成系統（生產線）設備單機之間及外部環境和過程需要之間的所有界面（接口）和相互作用、影響。

設備單機EFMEA可能是系統級（生產線）EFMEA的一個子集，但通常指可獨立完成某一功能的單一設備，例如單臺數控加工中心。

設備單機EFMEA重點是闡述構成設備的各部件之間的所有界面和相互作用、影響。設備部件EFMEA是設備單機EFMEA的一個子集，例如主軸是數控加工中心的一個部件。

設備部件EFMEA重點是闡述構成部件的各零件之間的所有界面和相互作用、影響。

2.3.5? ? 確定分析目標

EFMEA小組在進行設備潛在失效模式及后果分析時應確定分析目標，分析的目標至少應包括失效后果對生產過程穩定性、產品質量、法律法規的影響。

2.3.6? ? 識別與評估

EFMEA小組對所分析設備的功能、要求進行識別，確定每一功能的潛在失效模式，這種失效模式導致設備現有功能或要求無法正常實現。識別出設備在各種失效模式下的潛在后果，包括失效的結果、嚴重程度等。分析出設備失效的潛在要因，潛在要因應按潛在失效為何發生來確定，按照可糾正或可控制的情形來描述，失效的潛在要因可能是設備設計弱點的一種表現，其后果是失效模式[4]。要因和失效模式是直接關聯的，即要因發生，那么失效模式發生，如果一種失效模式有多種要因，每一個要因都應進行單獨的分析。

EFMEA小組應識別出設備已經實施或承諾實施的預防和探測失效要因或失效模式的設備維護活動，這些設備維護活動應確保設計對于所考慮的失效模式、起因和機理的預防和探測是滿足要求的。

EFMEA小組應識別并評估每一失效模式可能產生的風險。識別和評估風險是設備潛在失效模式及后果分析的重要步驟之一，風險用嚴重度、發生率和探測度三個指標來評價，嚴重度、發生率和探測度的乘積定義為風險順序數，在單一的EFMEA范圍內，此值介于1～1 000。

嚴重度（S）×發生率（O）×探測度（D）=風險順序數（PRN）

嚴重度是失效對設備功能、生產過程產生影響的級別的一種評估，嚴重度是已識別的失效模式最嚴重的影響后果的級別，是單一的EFMEA范圍內相對定級的結果，嚴重度數值的降低一般通過改善設備的設計（設備技術改造）等才能夠實現。嚴重度的取值范圍為1至10間的整數。企業可根據實際情況，制定出一套適合自身使用的打分標準，具體評分標準如表1所示，供企業參考。

發生率是失效模式的要因可能發生的頻繁程度，是指設備潛在的失效模式的要因在指定時期內出現的可能性。應采用一致的發生率分級規則，以保持連續性。發生率是EFMEA范圍內的相對級別，它不一定反映實際出現的可能性，通過預防性維護改變失效模式的要因是降低發生率的優先方法。發生率的取值范圍為1至10間的整數。企業可根據實際情況，制定出一套適合自身使用的打分標準，具體評分標準如表2所示，供企業參考。

探測度是對設備、設備部件探測失效要因或失效模式程度的一種評價。探測度的取值范圍為1至10間的整數。企業可根據實際情況，制定出一套適合自身使用的打分標準，具體評分標準如表3所示，供企業參考。

2.3.7? ? 建議措施和結果

EFMEA小組應針對所識別和評估的可能的失效模式及后果的危害程度（風險）提出建議措施并通過措施的實施降低設備綜合風險和失效模式發生的可能性。重點針對高嚴重度、高風險順序數值和小組評估后確定的其他項目進行糾正及預防措施的可行性評價。通過實施建議措施來提高設備的可靠性、可維修性與耐用性，任何建議措施的實施按照嚴重度、發生率和探測度順序降低其風險級別。通過實施建議措施并取得預期的成果后應更新嚴重度、發生率和探測度并進行記錄。

2.3.8? ? 評審與發布

EFMEA小組將輸出（新開發或修訂）的《設備潛在失效模式及后果分析》成果報上級EFMEA工作組審核批準，通過審核批準并由上級EFMEA工作組組長及相關人員簽字后發布。設備潛在失效模式及后果分析的結果作為制定設備預防性維護策略的輸入，EFMEA小組將EFMEA開發的成果形成文件，輸出《設備潛在失效模式及后果分析》文件指導制訂設備預防性維護策略。設備操作人員的自主維護具體執行設備使用、自主維護、點檢方面的管理制度，執行自主點檢、自主維護、設備操作、設備潤滑、設備報警復位等操作標準。維修人員的專業維護具體執行設備專業維護、備件管理等方面的管理制度，執行專業點檢、預檢預修（檢修、大修、改造、異損件更換等）、設備狀態監測與維修、定期潤滑（清洗、換油等）、功能小組活動、備件管理等操作標準。

2.3.9? ? 持續改進

EFMEA小組應每季度末根據設備故障、設備維護情況對區域內的EFMEA進行評審，并修正不適宜的EFMEA文件，不斷提高EFMEA的開發質量。上級EFMEA工作組應制訂設備潛在失效模式及后果分析工作監督評審計劃，按計劃對設備潛在失效模式及后果分析的持續改進情況進行監督、評審，形成評審報告，并監控其進行改進。頂層EFMEA工作組應按年度制訂企業設備潛在失效模式及后果分析工作監督、評審計劃，并對所有EFMEA工作進行抽樣檢查，同時收集設備潛在失效模式及后果分析工作的改進信息，每年對企業EFMEA工作進行一次評審，持續改進企業設備潛在失效模式及后果分析管理工作。

2.4? ? EFMEA實例

下面以某企業單臺加工中心為例，說明EFMEA表格如何填寫。企業可根據實際情況做相應合理調整，如表4所示，供企業參考。

2.5? ? 五大設備標準

作為EFMEA的輸出，建議企業至少建立起五大設備日常預防性維護管理標準：自主點檢標準、自主維護標準、操作標準、報警復位標準、專業點檢標準。

（1）設備自主點檢標準作為操作者每班設備點檢的依據和記錄，對設備問題的早期發現至關重要。自主點檢標準中除了合理制定點檢項目外，至少還應包括點檢方法、判定基準、處置方法、檢查頻率、檢查時間和安全要求等內容，建議建立三級點檢制，分別由操作者、班組長、維修人員按照各自關注重點和不同周期進行檢查確認，保證自主點檢有效實施。

（2）設備自主維護標準是指導操作者班末、周末、長假期間進行設備自主清掃、檢查、潤滑、更換、調整和保養等的主要依據，標準至少應包含自主維護部位、方法、達到效果、處理方式、所需工具、維護周期、不良事例和安全要求等，并輔以圖片作為指導說明。

（3）設備操作標準是保證操作人員安全使用、正常操作設備的指導文件，安全使用包括人身安全和設備安全。標準一般分為作業前、作業中和作業后三部分，至少包含作業內容、作業要點、注意事項、圖片說明和安全要求等內容。

（4）設備報警復位標準是設備出現異常報警時，保證操作者對設備安全操作復位，避免設備事故和人身事故的指導文件。建議企業參考操作標準的格式建立設備報警復位標準，保證設備安全和人身安全。

（5）專業點檢標準是規范專業維修人員周期檢查設備的指導文件，建立專業點檢標準有利于轉變維修人員“以修代檢”的事后維修思想。專業點檢標準格式可參考自主點檢標準。建議企業建立二級專業點檢制，分別由維修人員、維修組長按照各自關注重點和不同周期進行檢查確認。

建立完善可執行的五大作業標準，有利于企業建立以EFMEA為主導的設備預防性維護管理體系，保證企業設備預防性維護管理體系有效運行。

3? ? 結語

企業如何通過有效手段減少設備使用、維護與維修成本，提高設備管理的效率和質量是設備人持久不懈的努力方向。

EFMEA的應用有利于企業建立完整的設備預防維護管理體系，文中基于FMEA的設備預防維護管理的研究與應用是對企業建立以EFMEA為主導的設備預防維護管理體系的有益探索與實踐，建議企業廣泛應用EFMEA并充分發揮其在企業設備管理中作用。

同時，我們也可以嘗試將EFMEA應用于整個設備生命周期管理中，充分發揮EFMEA在設備管理中的作用。

[參考文獻]

[1] 美國汽車工業行動集團.FMEA手冊[Z]，2019.

[2] 路君平.資產評估理論與案例分析[M].北京：經濟科學出版社，2008.

[3] 洪孝安，楊申仲.設備管理與維修工作手冊[M].長沙：湖南科學技術出版社，2007.

[4] STAMATIS D H.故障模式影響分析FMEA從理論到實踐[M].2版.陳曉彤，姚紹華，譯.北京：國防工業出版社，2005.

收稿日期：2020-05-20

作者簡介：王劍峰（1979—），男，黑龍江依安人，碩士研究生，工程師，研究方向：設備管理。