風(fēng)險(xiǎn)矩陣在維修策略制定和優(yōu)化中的應(yīng)用

段美春 陳建華

關(guān)鍵詞：可靠性維修;風(fēng)險(xiǎn)矩陣;故障頻率;設(shè)備維修

0引言

以可靠性為中心的維修（Reliability CenteredMaintenance，RCM），在世界范圍內(nèi)的工業(yè)企業(yè)維修領(lǐng)域發(fā)揮著非常重要的作用，通過RCM技術(shù)分析與成果應(yīng)用能夠提高設(shè)備可靠性和可用率，降低運(yùn)行和維修成本。其特點(diǎn)在于提供了一種系統(tǒng)框架，通過對電廠各系統(tǒng)功能和失效后果進(jìn)行分析（FMEA），針對故障后果較為嚴(yán)重的設(shè)備，增加預(yù)防性維修和點(diǎn)巡檢工作。這種方法雖可降低設(shè)備故障風(fēng)險(xiǎn)，但對于發(fā)生頻率極低的故障存在嚴(yán)重的過修，導(dǎo)致檢修資源投入不合理等現(xiàn)象。本文提出一種構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)矩陣的方法，通過威布爾分布擬合獲取設(shè)備故障原因分布規(guī)律，采用蒙特卡洛法模擬某種維修策略執(zhí)行后對故障風(fēng)險(xiǎn)的影響，從而達(dá)到優(yōu)化維修策略的目的，避免了傳統(tǒng)設(shè)備維修管理中的過修或欠修問題。

1技術(shù)方案

1.1構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)矩陣

以設(shè)備故障的平均故障問隔時(shí)問和預(yù)設(shè)風(fēng)險(xiǎn)維度的影響等級為指標(biāo)創(chuàng)建預(yù)設(shè)風(fēng)險(xiǎn)維度下的風(fēng)險(xiǎn)矩陣。考慮到對于不同的設(shè)備故障，其發(fā)生的可能性或頻率可能并不相同，為了解各故障原因的風(fēng)險(xiǎn)情況，進(jìn)而制定相應(yīng)的維修策略，本文將利用設(shè)備故障的平均故障間隔時(shí)問（即MTBF）來表示該設(shè)備故障發(fā)生的可能性或發(fā)生頻率，該平均故障問隔時(shí)間可根據(jù)實(shí)際的需求進(jìn)行不同的時(shí)段劃分。例如，以一設(shè)備故障為例，其平均故障問隔時(shí)間劃分方法如表1所示。

對于設(shè)備故障的平均故障問隔時(shí)間的劃分時(shí)段等級以及每一等級的時(shí)段時(shí)長不應(yīng)限于上述表中的劃分，用戶可以根據(jù)實(shí)際需求對該平均故障間隔時(shí)間的等級劃分進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，以使得到各故障原因的風(fēng)險(xiǎn)情況更加符合對應(yīng)設(shè)備的實(shí)際發(fā)生故障的可能性。

預(yù)設(shè)風(fēng)險(xiǎn)維度包括人員傷害維度、經(jīng)濟(jì)損壞維度、供熱影響維度、環(huán)境影響維度或聲譽(yù)影響維度等等。通過在不同的風(fēng)險(xiǎn)維度下對發(fā)生的設(shè)備故障所產(chǎn)生的后果進(jìn)行后果評估，從而獲取該故障對應(yīng)的影響等級。例如，以某一公司的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定的經(jīng)濟(jì)損壞維度為例，將故障產(chǎn)生的影響后果劃分成不同的影響等級，如表2所示。

考慮到劃分的合理性，對于不同的風(fēng)險(xiǎn)維度下的影響程度，其具體等級的劃分可參考企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行合理劃分，而上述的經(jīng)濟(jì)損壞維度的影響等級劃分也不應(yīng)限于上述表中的劃分。

1.2風(fēng)險(xiǎn)等級劃分

根據(jù)平均故障時(shí)間和預(yù)設(shè)風(fēng)險(xiǎn)維度的影響等級將風(fēng)險(xiǎn)矩陣劃分成不同的風(fēng)險(xiǎn)等級區(qū)。于是，利用這兩個指標(biāo)可建立對應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)矩陣，以上述2個表的劃分為例，可得到如圖1所示的經(jīng)濟(jì)損失維度下的風(fēng)險(xiǎn)矩陣。利用風(fēng)險(xiǎn)不同的MTBF等級和不同的影響等級可將該風(fēng)險(xiǎn)矩陣劃分為不同的風(fēng)險(xiǎn)等級區(qū)。不同的風(fēng)險(xiǎn)等級區(qū)可分為4個等級，分別是低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和嚴(yán)重高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。該風(fēng)險(xiǎn)等級區(qū)的劃分可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行其他劃分，例如，可劃分為3個等級，如低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，又或者可劃分為5個等級等等。

對于不同的風(fēng)險(xiǎn)等級區(qū)，為增加不同程度的風(fēng)險(xiǎn)警示作用，可采用不同的背景顏色、線條或圖案等進(jìn)行區(qū)別展示。例如，對于嚴(yán)重高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，可在風(fēng)險(xiǎn)矩陣中采用紅色的背景顏色來展示，以達(dá)到警示相關(guān)操作人員的目的等。當(dāng)然，也可以更直觀地了解不同風(fēng)險(xiǎn)等級區(qū)的故障原因的分布情況等。

1.3維修策略

根據(jù)各故障原因所在的風(fēng)險(xiǎn)等級區(qū)確定對應(yīng)的維修策略。在建立好該風(fēng)險(xiǎn)矩陣后，可利用設(shè)備的歷史故障數(shù)據(jù)來得到各故障原因的平均故障間隔時(shí)問，以及對該故障原因在對應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)維度下的影響程度來確定其影響等級，然后根據(jù)這兩個值將該故障原因填人該風(fēng)險(xiǎn)矩陣中的對應(yīng)位置。維修策略包括檢修周期、維修類型等等。

通過確定該故障原因的分布，可直觀了解該故障原因的風(fēng)險(xiǎn)情況，例如，當(dāng)某一故障原因分布在嚴(yán)重高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)時(shí)，可知該故障原因?qū)?yīng)的設(shè)備故障的發(fā)生是不被允許的，因此，為降低該故障原因再次發(fā)生的可能性，可針對性地制定其對應(yīng)的維修策略，如進(jìn)行預(yù)防性維修或增加該故障原因的檢修頻率等。

該維修策略制定方法還包括，將具有相同的所述預(yù)設(shè)風(fēng)險(xiǎn)維度下的影響等級且獲取的所述平均故障間隔時(shí)間屬于同一平均故障問隔時(shí)問時(shí)段的多個故障原因在所述風(fēng)險(xiǎn)矩陣中的同一位置進(jìn)行匯總展示，如圖2所示，在該風(fēng)險(xiǎn)矩陣中把所有出現(xiàn)過的故障原因在當(dāng)前時(shí)段的風(fēng)險(xiǎn)情況進(jìn)行匯總展示，可直觀了解到該設(shè)備的整體風(fēng)險(xiǎn)情況等。而利用各故障原因在風(fēng)險(xiǎn)矩陣中的不同分布還可直觀地確定各故障原因的風(fēng)險(xiǎn)排序，然后根據(jù)不同的風(fēng)險(xiǎn)排序可采用不同的維修策略。

若某一故障原因分布在預(yù)設(shè)高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，則可增加該故障原因的檢修頻率，以降低該故障原因的平均故障間隔時(shí)間，從而使該故障原因向低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)移動，達(dá)到降低設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)的目的。若某一故障原因分布在預(yù)設(shè)低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，則可降低該故障原因的檢修頻率，以降低檢修成本等。當(dāng)然，若降低其檢修頻率后，該故障原因的平均故障間隔時(shí)間明顯增大而不再分布在該預(yù)設(shè)低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)時(shí)，則還需要再次調(diào)整其檢修頻率等，以保證該故障原因仍分布在該預(yù)設(shè)低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，從而獲得設(shè)備安全性與維修經(jīng)濟(jì)性的平衡。

本方案中，還可利用該風(fēng)險(xiǎn)矩陣來評價(jià)各故障原因的已有維修策略是否合理等。而對于一些存在過修或欠修的情況，可根據(jù)該故障原因在該風(fēng)險(xiǎn)矩陣中的持續(xù)分布情況來判斷，進(jìn)而針對性地調(diào)整該故障原因?qū)?yīng)的維修策略。

2應(yīng)用實(shí)例

（1）欠修項(xiàng)目

采用風(fēng)險(xiǎn)矩陣評價(jià)功能對某火電廠給煤機(jī)現(xiàn)有檢修策略進(jìn)行評估，如圖3所示，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有檢修策略存在3項(xiàng)故障原因分布在高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，分別為軸承損壞、皮帶從動滾筒軸承損壞以及襯套磨損，有針對性地優(yōu)化現(xiàn)有檢修策略，例如，更換軸承以及襯套，避免檢修項(xiàng)目中存在欠修項(xiàng)目，可極大地提高設(shè)備運(yùn)行可靠性。

（2）過修項(xiàng)目

采用風(fēng)險(xiǎn)矩陣評價(jià)功能對某火電廠漿液循環(huán)泵現(xiàn)有檢修策略進(jìn)行評估，如圖4所示，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有檢修策略存在12項(xiàng)故障原因分布在低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域。查看12項(xiàng)故障原因，如圖5所示，其中軸承磨損、軸套磨損、主軸損壞、聯(lián)軸器損壞、疲勞應(yīng)力5項(xiàng)故障原因平均故障間隔時(shí)問均超過了50年，然而電廠的設(shè)計(jì)壽命一般在30年左右，因此通過檢維修來保持50年的平均故障問隔時(shí)問完全沒有必要，可以適當(dāng)?shù)亟档驮O(shè)備的檢修與備件的更換周期。以上述火電廠為例，通過延長設(shè)備的檢修與備件的更換周期，單臺漿液循環(huán)泵年化檢修費(fèi)用降低0.5萬。

3結(jié)束語

電力市場環(huán)境下的發(fā)電設(shè)備可靠性研究將打破傳統(tǒng)的計(jì)劃檢修模式。數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)是發(fā)電設(shè)備可靠性管理走向?qū)崟r(shí)化、智能化以及預(yù)測化的有力工具。本文提出的風(fēng)險(xiǎn)矩陣評估法通過對歷史檢修數(shù)據(jù)的挖掘獲取設(shè)備故障分布規(guī)律并模擬出檢修策略執(zhí)行后的故障分布，直觀地展示出檢修前后設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)的變化，該方法克服了國內(nèi)缺乏RCM實(shí)施效果的評估準(zhǔn)則和實(shí)施指南的難題，可有效解決現(xiàn)有技術(shù)中存在過修或維修投入不合理等問題。