基于FMEA的設備智能管理維護體系的建立探析

楊明川，高飛，鄭洪強

（北京奔馳汽車有限公司，北京 10000）

1 背景說明

面對汽車產能的不斷提升，發動機裝配線設備目前在以初始設計的104%提供產能輸出。通過連年的工藝優化，效率提升已接近瓶頸。因此，需要從設備穩定性來提高設備管理維護效率。根據與設備開動率的公式關系，計算可得設備目標可利用率須達到97%，工位天維修時間為20分鐘。因此，設計通過監控設備運行狀態，得出潛在失效位置。對監控數據總結分析，確認可能存在的故障點并提出失效模式。然后對失效模式進行綜合評估，根據不同的設備狀態提出針對性的解決措施，最終實現智能維護體系的建立。

2 系統數據采集與分析

2.1 設備運行數據智能采集

良好的設備狀態是進行正常生產的前提和保障，監控系統通過設備端的PLC對設備的運行狀態、報警信息、產品的數量和質量等數據信息進行采集、監控和記錄，實現了設備運行狀態可視化、報警信息可追述化。通過產量實時監控并生成節拍分析報告，對每臺機床進行每小時橫向及縱向對比找出瓶頸工位。

生本教育理念要求我們在課堂教學中以學生為主體，一切為了學生、高度尊重學生和全面依靠學生。在小學語文課堂教學中貫徹生本教育的理念，可以提高語文課堂教學的有效性。因為學生才是語文課堂的主人，是語文學習的主力。教師在課堂教學中做得太多，不見得就會提高語文課堂教學的有效性，可能反而會限制學生的思維，使課堂教學的效果受到影響，教學效率反而不高。以生本教育理念指導語文教學，提高教學有效性要做到如下幾點：

通過監控系統提供的準確、實時、可追述的設備運行狀態數據，利用系統的狀態監控、數據存儲、診斷分析三大功能，為對設備進行數據分析提供了有力的保障。

圖1 數據分析處理

2.2 數據分析

通過對系統數據的匯總，研究發現有些故障頻次多但影響較小，且易于監控；有些故障頻次少但影響嚴重，且不易監控。采用失效模式及影響分析(Failure Mode and Effects Analysis,簡記為FMEA)，從故障的嚴重程度、發生可能性和可探測度3個維度對故障進行分析，然后將分析結果進行歸類，并對不同種類的故障，制定有針對性的對策和措施。從而盡可能地減少和消除故障的發生，提高設備可靠性和可利用率。

經過離線數據分析，共統計全年裝配線歷史報警記錄7348條，通過報警類型、頻次、持續時間等關鍵參數的篩選分類共計總結潛在失效模式98條，最終涉及設備包括：輸送類、機器人類、試漏類、擰緊類、機械類、壓機類等。

圖2 FMEA分析結果

同時，采用PDCA分析法，實現設備PM工單系統維護優化。通過FMEA分析結果制定優化的PM工單計劃錄入SAP工單管理系統（PLAN），系統將根據周期設置自動生成PM工單對設備進行預防性維護(DO)，同時利用監控系統數據總結功能每日生成scorecard設備日報，自動反饋設備運行狀態（CHECK），反向為FMEA分析提供數據支持(ACTION)，實現預防性維護的閉環控制。

農業科技創新和推廣體系改革與發展的經驗表明，消除不利于農業技術創新和推廣的制度障礙是一項涉及到基本理念、法律制度、組織機構體系以及具體政策等一系列方面的綜合性改革。而目前對于椰果采摘機的研究僅僅是因為某些人的愛好而進行的，所以就直接導致在科技的創新能力、儲備能力和轉化能力方面均明顯落伍于其他農業科技的發展。而對于椰果采摘機的研究，健全的科研體系將會促進形成全國各地關注創新方法、踐行創新方法的社會氛圍，為研究的進程帶來根本性的促進作用。

圖3 設備智能管理維護體系建立

3 對策制定與實施

3.1 改進產線設備，實現智能維護

軌道輸送產線若發生停機故障，極易造成物料堆積，嚴重影響裝配線正常運行，屬于最高風險失效模式，需徹底解決。針對此占比2%的風險因素，項目通過改進產線設備，優化維護策略，實現智能維護。

圖3可見，考核數據集分析結果顯示隨著樣本量增加，符合率逐漸降低，最終穩定均在0.75以上；多分類Logistic模型判對率均在0.82以上。

本設計中通過借鑒地鐵維護小車的先進理念，設計1輛特殊0#shuttle小車，設計安裝主線清潔系統，同時安裝無線震動傳感器等自檢設備，在0#小車正常輸送缸體曲軸的過程中，完成主線清掃和設備自檢工作，降低了維護難度，節省了維護成本，提高維護覆蓋率。

Shuttle小車設備優化對比圖如圖4所示。

從無錫與其他城市的角度來說，之所以選擇無錫，首先，無錫地處江浙滬一帶交通便利，且經濟條件較為良好，能夠為構建鄉村養老目的地提供較為堅實的經濟基礎。其次，江蘇省政府出臺了《關于制定和實施老年人照顧服務項目的實施意見》，致力于建設健全養老服務體系，政府對于養老機構有一定的支持度。最后，無錫作為“太湖明珠”，當地的旅游資源多樣，且大多是風景區，被覆蓋率高，水資源豐富，滿足老年人游玩需求。且無錫的客源主要是老年人，這說明老年人對于無錫旅游的熱衷程度。因此無錫十分適合構建鄉村旅游養老目的地。

圖4 輸送小車優化對比

（2）裝配線托盤在進入自動工位前需進行姿態檢測，目前，托盤姿態為在托盤下方采用接近傳感器檢測的方式。此檢測方式因托盤差異頻繁發生檢測不到或碰撞傳感器的情況。

（1）裝配線缸體、曲軸物料供給單元EMS，輸送線全長1300米，離地高度7米，穿梭小車（shuttle）210輛，維護周期4個月，清潔維護難度極大。同時，如何在節省人員成本的情況實現設備自檢，是橫在裝配線前段的巨大難題。

機械類、送料機結構等設備技術可通過修正設備結構實現減少維修時間，提高維護效率，避免停機發生。項目從硬件維修、軟件維修、維修技能3個方面，分別采用硬件結構優化、軟件備份、設置維修教程系統來提高維修效率。例如法蘭拆裝麻煩，每次都需要拔掉氣管和線纜才可以更換，增加維修時間，設計直角連接改成圓弧過渡，減小應力集中；在最底部開槽，拆裝過程中不需要拔掉氣管及線纜，大大縮短維修時間。

圖5 姿態檢測優化對比

圖6 PM閉環優化

3.2 優化PM系統，建立閉環維護

經過FMEA分析，32%的失效模式可通過預防性/預見性維護避免，因此，利用備件管理系統（SAP）和優化的預測性維護（PM）維護控制系統是體系建立的重要途徑。

[22][88] Morton Katherine, “China’s ambition in the South China Sea: is a legitimate maritime order possible?”, International Affairs, Vol. 92, No. 4, (2016), p. 925, p. 914.

針對以上故障類型，FMEA定義了不同的風險評估等級和解決措施應對方案分別為：改進/優化維護項目（CI）、預防性/預見性維護（PM）、修正性維修（CM）、緊急維修(EM)。根據RPN維護策略與失效模式嚴重性的四大分類，分別提出對應的解決方案，建立了發動機智能管理維護體系。

3.3 修正設備結構，提高維護效率

托盤姿態改造項目通過設計光電開關在托盤側面進行檢測的方式，實現了檢測的準確性和安全性。

3.4 建立預案機制，進行緊急維護

針對占比53%常見性失效模式，對其停機影響小、數量多、技術分布廣的特點，維護團隊提出緊急維護及備用預案的解決思路，主要措施包括工位功能切除、備件提前校準、線邊備件庫建立等。其中單機器人擰緊和效果尤為顯著。

通過監控系統和FMEA輸出優化SAP備件管理系統，保證常用備件供應速度，減少線體停機時間，通過優化SAP系統的四大功能，實現備件的實時掌控。

當雙機器人工位其中一個機器人發生機械故障或控制柜發生未知故障時，可能存在短時間無法修復的情況。設計使用雙機器人中工作正常的機器人實現2個機器人的工作。確認工位節拍速度超線體節拍的15%，因此通過優化單臺機器人速度10%可實現工位以線體60%節拍產能保證運行生產，與停機相比可保證線體62.5%設備產能率，同時通過現場具體實施和停機演練，確認獲得質量部門的放行認證文件，在保障設備運行的情況下，實現質量工藝雙把關。

通過體系的探索與建立實現設備可利用率達到99%；年平均停機時間降低20%；故障平均維修時間8分鐘；工位天維修時間降低40%。超額完成項目既定目標。由于設備穩定性的提升，發動機裝配線單位工作時間內可提高4%的產能輸出。節約設備停機造成的產能損失成本約600萬元，節約維修工時2360小時，節約物料及培訓成本27萬元。

一是突出社區黨員示范。大力宣傳黨員家庭、優秀黨員事跡，引導普通群眾向黨員看齊、向先進學習，凸顯黨員隊伍在移風易俗中的先鋒引領作用，宣傳現代文明理念和生活方式，推行移風易俗，培育文明鄉風、良好家風和淳樸民風，讓黨風成為引領鄉風文明、復興鄉村文化的方向標桿。

4 效果驗證和總結

通過發動機裝配線設備智能管理維護體系的建立，發動機維護團隊建立了完整的產線監控系統，實現監控-響應-診斷-預防等全方位一體化的智能維護平臺，將工業4.0技術與傳統FMEA分析方法相結合，在戴姆勒工業標準（PPA spec）規范下分析產線運行狀態和失效模式，搭建針對不同故障狀況的預見性精益維護模型。

通過對于原有維護系統不斷的改進，不斷的探索，充分總結經驗教訓，敢于創新，尋找新的突破點建立智能管理維護體系，成功的解決了盲目維護、無序維護帶來的資源浪費，提高了設備運行的穩定性，極大的減少了維護成本。根據項目的成功實施，我們已經及時將這種設備智能管理維護體系和理念運用到了新的項目當中，從項目源頭上避免了由于無序維護給我們帶來的不必要的損失。

本設計的意義在于，在保證設備超產能正常運行的同時，通過分析預測設備狀態建立智能管理維護體系來減少停線及維修損失，技術維護力保星輝閃耀！