設(shè)備故障分析及預(yù)防性維護(hù)在智能工廠中的應(yīng)用

李洋　于濤　齊曉震　竇永波

摘 要：近年來，隨著智能工廠不斷引入先進(jìn)的人工智能前沿技術(shù)，使智能工廠的設(shè)備維護(hù)得以“提前化”和“智能化”，大量設(shè)備的外圍產(chǎn)品，如智能傳感器、運(yùn)維管理系統(tǒng)、云數(shù)據(jù)平臺等，在智能生產(chǎn)領(lǐng)域被開發(fā)并廣泛推廣運(yùn)用。在生產(chǎn)過程中，工廠可以實(shí)時監(jiān)控各類傳感器，連續(xù)、并行地采集、分析設(shè)備各部件的狀態(tài)信號，從而達(dá)到對設(shè)備破損元器件的提前更換和預(yù)防目的，因此，對設(shè)備進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)是企業(yè)提升裝備管理水平的必由之路和必然趨勢。本文首先從智能工廠的常見設(shè)備故障問題出發(fā)，對其產(chǎn)生的深層次原因進(jìn)行了分析；在此基礎(chǔ)上，根據(jù)設(shè)備的故障預(yù)防策略，提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施，并自行制定了設(shè)備預(yù)防性維護(hù)管理計(jì)劃；最后對設(shè)備預(yù)防性維修在智能工廠中的應(yīng)用進(jìn)行了深入的分析探討，為智能工廠中的設(shè)備維護(hù)與管理工作提供了一定的借鑒。

關(guān)鍵詞：智能工廠 設(shè)備故障 故障原因分析 預(yù)防性維護(hù) 維護(hù)策略

1 引言

當(dāng)前，多數(shù)生產(chǎn)企業(yè)對現(xiàn)場設(shè)備的維護(hù)仍處于被動檢修階段，對先進(jìn)設(shè)備的預(yù)防性維護(hù)意識較差，從而影響到各類設(shè)備、機(jī)床的使用率和使用壽命。在先進(jìn)企業(yè)和創(chuàng)新制造業(yè)質(zhì)量管理系統(tǒng)中，設(shè)備、裝備的預(yù)防性管理維護(hù)是關(guān)鍵。為減少智能化工廠的設(shè)備故障率，防止生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的安全隱患和危險(xiǎn)，有效地提升生產(chǎn)設(shè)備的使用質(zhì)量，對智能工廠的設(shè)備進(jìn)行預(yù)防性維修是保證先進(jìn)制造業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。設(shè)備的預(yù)防性定期檢查和維護(hù)，可以及時發(fā)現(xiàn)和排除設(shè)備的潛在安全隱患，以確保設(shè)備的安全運(yùn)行，降低使用風(fēng)險(xiǎn)，降低設(shè)備的維修費(fèi)用[1]。寶雞吉利發(fā)動機(jī)有限公司是一家具有高度智能化生產(chǎn)特點(diǎn)的先進(jìn)生產(chǎn)企業(yè)，但是由于發(fā)動機(jī)生產(chǎn)過程中需要的各種不同的設(shè)備，其設(shè)備性能差異加大了管理和使用的難度，而作為先進(jìn)設(shè)備的直接管理者，一線職工對先進(jìn)設(shè)備的結(jié)構(gòu)和原理了解甚少，致使一線職工對設(shè)備的性能不了解或一知半解，缺乏對先進(jìn)設(shè)備的處理能力。因此，建立一套科學(xué)、高效的預(yù)防性維修體系是十分必要的[2]。

2 設(shè)備故障分類及原因分析

寶雞吉利發(fā)動機(jī)有限公司于2017年建成，擁有357畝的工廠面積，年產(chǎn)達(dá)30萬臺15TD型發(fā)動機(jī)。公司擁有發(fā)動機(jī)制造加工的缸體、缸蓋、曲軸等制造流水線、組裝試驗(yàn)流水線、配套工藝輔助設(shè)備；生產(chǎn)基地內(nèi)引進(jìn)了世界一流的加工中心及機(jī)器人加工制造設(shè)備。

如圖1所示設(shè)備故障原因分類，根據(jù)設(shè)備故障原因，將故障歸類為外部和內(nèi)部[3]。為更好地理解故障的成因，對外部故障和內(nèi)部故障進(jìn)行了細(xì)化。

外部原因發(fā)生故障的原因主要有：1、產(chǎn)品缺陷：由于廠商在發(fā)動機(jī)毛坯生產(chǎn)過程中產(chǎn)生了諸如毛刺、裂紋、砂眼、雜質(zhì)等問題，導(dǎo)致設(shè)備在加工中難以識別，從而導(dǎo)致設(shè)備的受損；2、環(huán)境影響：由于工廠溫度、濕度、潔凈度等原因造成的故障，會給現(xiàn)場設(shè)備帶來不同程度的安全隱患；3、操作運(yùn)行原因：由于操作者的操作失誤，導(dǎo)致設(shè)備產(chǎn)生電場、磁場等引起的故障，屬于操作運(yùn)行原因。

內(nèi)部原因發(fā)生故障的原因有：1、自然磨損：由于機(jī)床本身在與工件的接觸過程中，設(shè)備主軸長期高速運(yùn)行，使其本身的位置和軸距產(chǎn)生偏差；2、設(shè)計(jì)制造：設(shè)備制造商在設(shè)計(jì)或運(yùn)輸過程中可能出現(xiàn)的問題，如設(shè)備開關(guān)電源、內(nèi)部干擾和部分部件的損傷等；3、正常損壞、更換或在合理期間設(shè)備運(yùn)行期間發(fā)生的偶然情況是其他原因。

3 設(shè)備預(yù)防性維護(hù)管理計(jì)劃

設(shè)備維修在生產(chǎn)中起著舉足輕重的作用[4]。在智能制造業(yè)競爭越來越激烈的今天，各企業(yè)都想要在生產(chǎn)中取得最大的利益，設(shè)備的及時維修變得越來越重要。因此，建立健全的設(shè)備預(yù)防性維修體系是非常必要的，如圖2所示為寶雞發(fā)動機(jī)廠建立的設(shè)備預(yù)防性維護(hù)管理制度。

3.1 維修保養(yǎng)計(jì)劃

共享完善設(shè)備資料信息，建立由設(shè)備維護(hù)經(jīng)理－機(jī)械/電氣主管工程師－機(jī)械/電氣工程師－機(jī)械/電氣維修工－一線員工分級參與設(shè)備管理、保養(yǎng)、維修的制度。專業(yè)的工程師和技術(shù)人員可以進(jìn)行及時、高效的交流，實(shí)現(xiàn)雙方相互學(xué)習(xí)，相互指導(dǎo)，規(guī)范設(shè)備的正常使用。

3.2 設(shè)備故障共享及人員培訓(xùn)

設(shè)備預(yù)防性維護(hù)工作的關(guān)鍵在于，通過公司的共享磁盤，實(shí)時地記錄設(shè)備的故障，保證設(shè)備的維護(hù)和使用人員的專業(yè)技術(shù)培訓(xùn)，提高設(shè)備管理人員的操作水平。組織員工進(jìn)行操作規(guī)程、日常維護(hù)、常見故障排除和緊急情況處理等方面的培訓(xùn)，并制訂操作人員的資質(zhì)，堅(jiān)持“以防為主，以修為輔”的思想，對員工進(jìn)行長期不間斷、分類別、分批次的培訓(xùn)。

3.3 周期設(shè)備巡檢

根據(jù)設(shè)備的不同級別和運(yùn)行周期，進(jìn)行定期的巡視，確保設(shè)備的正常運(yùn)行，滿足設(shè)備性能的需要，在規(guī)定的時間內(nèi)，對設(shè)備進(jìn)行除塵、清潔和性能檢測，對易損件進(jìn)行檢查，對損壞的零件進(jìn)行更換。同時，系統(tǒng)地檢查設(shè)備的穩(wěn)壓狀態(tài)和接地狀態(tài)，并將其記錄存檔。在設(shè)備使用過程中，由工程師負(fù)責(zé)監(jiān)督，由班組和專業(yè)的維護(hù)人員對設(shè)備的操作狀態(tài)進(jìn)行檢驗(yàn)，如發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)及時報(bào)告，及時處理，以免耽誤正常的生產(chǎn)。

3.4 日常維護(hù)保養(yǎng)

從設(shè)備維修的角度來說，發(fā)動機(jī)的加工過程涉及了大量的設(shè)備，保持工作區(qū)的干凈整潔，并保證工作場所的光線是基礎(chǔ)。因此，要對設(shè)備進(jìn)行例行的檢查保養(yǎng)，主要維護(hù)內(nèi)容：維護(hù)設(shè)備的表面清潔、環(huán)境溫度、濕度檢查，每天在設(shè)備投入使用前，仔細(xì)檢查設(shè)備的電源，電壓，穩(wěn)壓裝置的運(yùn)行情況；對設(shè)備的功能和性能進(jìn)行觀察，及時完成設(shè)備的點(diǎn)檢；每次設(shè)備使用完或生產(chǎn)結(jié)束后，要注意是否有斷電，以防止無功損耗[5]。如設(shè)備出現(xiàn)大型故障，一線生產(chǎn)員工應(yīng)立即與技術(shù)人員溝通，避免私自進(jìn)行拆卸造成設(shè)備二次損壞，在維修過程中做好設(shè)備維修記錄臺賬。

3.5 標(biāo)準(zhǔn)維護(hù)操作流程

在設(shè)備維護(hù)期間，應(yīng)向?qū)I(yè)技術(shù)人員提供維修操作指南，并根據(jù)手冊進(jìn)行規(guī)范操作，從而極大地提高工作效率，降低事故的危險(xiǎn)性；在生產(chǎn)之前，設(shè)備的啟動和設(shè)備的點(diǎn)檢都是由生產(chǎn)人員負(fù)責(zé)的，在生產(chǎn)期間，對設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)控，完成后的日常維護(hù)和記錄，進(jìn)行及時記錄、總結(jié)、學(xué)習(xí)制造過程中出現(xiàn)的問題。建立設(shè)備故障的及時報(bào)告體系，與技術(shù)人員共同探討和分析設(shè)備出現(xiàn)的問題和解決辦法。

3.6 預(yù)防性維護(hù)記錄

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，工廠自動化程度的提高，自動化設(shè)備的使用范圍日益擴(kuò)大，其實(shí)用性也日益增強(qiáng)。要實(shí)現(xiàn)機(jī)電設(shè)備的現(xiàn)代化改造與提升，就必須用科學(xué)的設(shè)備預(yù)防性維修管理思想來指導(dǎo)和促進(jìn)。科學(xué)的管理思想可以改變或消除傳統(tǒng)的管理思想，增強(qiáng)職工的工作熱情和責(zé)任感，使企業(yè)建立起“以人為本”的設(shè)備責(zé)任管理意識。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)設(shè)備的管理狀況，制訂出相應(yīng)的責(zé)任與獎勵機(jī)制，在培訓(xùn)觀念和規(guī)范制度的雙重作用和激勵下，將設(shè)備的預(yù)防性維修管理工作和維護(hù)工作由被動變?yōu)橹鲃樱⑤o以獎懲，可使員工在工作中更有責(zé)任感和榮譽(yù)感。建立健全的監(jiān)控體系，以保證設(shè)備的正常運(yùn)行，保證設(shè)備的預(yù)防性維修管理的科學(xué)化、標(biāo)準(zhǔn)化，提高設(shè)備的維修質(zhì)量，保證企業(yè)的安全生產(chǎn)。設(shè)備的預(yù)防性維修管理體系能夠?qū)υO(shè)備的故障進(jìn)行提前預(yù)警[6]。另外，將故障數(shù)據(jù)與設(shè)備的實(shí)際狀況相結(jié)合，進(jìn)行智能的分析，使管理者能夠選擇和驗(yàn)證方案，從而達(dá)到預(yù)防維護(hù)的目的，從而降低維護(hù)的難度，改善維修的質(zhì)量。通過對設(shè)備的預(yù)防性維護(hù)管理的信息反饋，對設(shè)備的實(shí)際維護(hù)狀況進(jìn)行監(jiān)測，確保其正常、合理、有序地進(jìn)行，為企業(yè)的現(xiàn)代化管理提供有力的數(shù)據(jù)支持。通過維修模塊制作各預(yù)防性維護(hù)記錄本，對開展的預(yù)防性維護(hù)工作詳細(xì)記錄，便可以對設(shè)備進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)防性維護(hù)。

4 應(yīng)用和評價

從2018年起，本公司就開展了設(shè)備預(yù)防性維修項(xiàng)目，因此筆者對2020-2022年期間設(shè)備故障超過60分鐘的情況及原因進(jìn)行了回顧性統(tǒng)計(jì)，以評估寶雞發(fā)動機(jī)廠設(shè)備管理中的預(yù)防性維修效果。

如表1所示2020年-2022年設(shè)備故障原因及>60min的停機(jī)次數(shù)，通過對設(shè)備進(jìn)行預(yù)防性維修的總結(jié)，說明預(yù)防性維修能有效地改善設(shè)備的安全性、可靠性，是今后設(shè)備管理的發(fā)展方向。

5 總結(jié)

設(shè)備預(yù)防性維修的本質(zhì)是“維”，而非“修”，其關(guān)鍵是預(yù)先識別和技術(shù)控制設(shè)備的失效狀態(tài)。設(shè)備的預(yù)防性維護(hù)可以確保設(shè)備的最優(yōu)使用效率，確保設(shè)備在緊急情況下的可用性，保障維修或使用人員的生命安全，從而提高維修效率，科學(xué)地進(jìn)行管理，可以有效地促進(jìn)我國的智能化生產(chǎn)取得新的突破。因此，技術(shù)人員必須加強(qiáng)對機(jī)械設(shè)備的維修和保養(yǎng)的認(rèn)識，不斷提升自身的專業(yè)技術(shù)，以達(dá)到高水準(zhǔn)的專業(yè)素質(zhì)，為行業(yè)的維修與管理事業(yè)的突破與創(chuàng)新做出貢獻(xiàn)。因此，對設(shè)備進(jìn)行預(yù)防性保養(yǎng)，可以有效地減少設(shè)備故障率，延長其使用壽命，減少維修費(fèi)用，增加設(shè)備利用率，從而為企業(yè)帶來更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益[7]。設(shè)備的預(yù)防性維修，既能保障企業(yè)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，又能有效地降低因突發(fā)設(shè)備故障而造成的資源損耗，又符合我國“可持續(xù)發(fā)展”的發(fā)展戰(zhàn)略。在智能制造企業(yè)中，開展設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)與管理創(chuàng)新，具有重大的環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳東昇. 關(guān)于化工儀表自動化設(shè)備的預(yù)防性維修研究[J]. 廣東化工，2022，49（15）：198-200.

[2]應(yīng)海鋒. A公司精益生產(chǎn)方案優(yōu)化研究[D].吉林大學(xué)，2022.

[3]Odeyar Prerita，Apel Derek B.，Hall Robert，Zon Brett，Skrzypkowski Krzysztof. A Review of Reliability and Fault Analysis Methods for Heavy Equipment and Their Components Used in Mining[J]. Energies，2022，15（17）.

[4]王佳燕，李峰，鄧?yán)麄? 落地銑鏜床換刀機(jī)構(gòu)故障分析及解決措施[J]. 上海化工，2022，47（03）：60-62.

[5]劉志勇. 基于多源信息融合的站用電能效及設(shè)備故障分析[D].長沙理工大學(xué)，2021.

[6]崔燦. 預(yù)防性維護(hù)設(shè)備管理系統(tǒng)研究[D].湖北工業(yè)大學(xué)，2021.

[7]朱黎陽，王國文. 淺談預(yù)測性維護(hù)技術(shù)在選礦廠的應(yīng)用[J]. 礦山機(jī)械，2022，50（06）：77-79.