1、邢臺職業技術學院畢業論文 可靠性設備的預防維護及其管理專 業 機械制造與自動化班 級 機制091 姓 名 XXX 學 號 0900030101XX 指導老師 XXX 老師 日 期 2012年6月 摘 要設備是工業革命的起點，是不同經濟時代的重要標志，是企業生產賴以運行的載休。設備管理是企業管理的一個重要組成部分，對企業當前的生產和長遠的發展起著極為重要的保證作用。維修是為保持或恢復設備能完成規定功能的能力而采取的各種技術和管理措施，也是設備運行階段的主要管理內容。本文首先對設備預防維修進行理論分析，提出了設備預防維修管理模型，在此基礎上主要進行了以下方面的工作:1 通過對設備故障過程的分析，運

2、用可靠性壽命分布建模與分析的方法，對設備故障特征量及數據的收集。2 在維修理論模型的基礎上，研究了預防維修決策問題，結合企業工程實際，綜合考慮維修費用，尋求一種更為接近實際情況的模型 ,來求解最優預防維修周期，為維修計劃的制定提供可靠的依據。3 在備件的優化模型中，考慮設備系統中組件備件可靠性與成本之間關系的多樣性。本文提出的上述以過程為基礎的預防維修決策模型，綜合考慮了各種維修方式，結合工程實際情況，做出維修決策，包括維修方式的選擇。關鍵詞 :設備管理，預防維修，維修策略，故障曲線，備件目 錄摘 要目 錄第一章 緒論11.1 設備維修及管理在企業中的重要性11.2 設備維修管理發展的歷程23

3、1.4 設備維修及管理的發展趨勢4第二章 設備故障理論和故障分布統計建模52.1 故障率曲線52.2 浴盤曲線故障率的數學模型62.3 故障率曲線的基本模式82.4 設備故障統計建模的一般方法112.5 故障數據的收集11第三章 設備維護的相關理論133.1 設備維護理論133.2 設備維護及建模方法143.2.1 設備維護的方式143.2.3 維護建模方法153.3 可靠性理論153.3.1 可靠性定義及分類15163.4 RCM維護優化模型173.4.1 RCM中經常采用的方法173.4.2 RCM優化模型綜述18第四章 可靠性設備的備件優化模型194.1 備件庫存模型與策略194.2 備

4、件庫存決策模型194.3 備件優化模型設計204.4 確定備件品種的一般可靠性方法20第五章 總結21參考文獻22致 謝23第一章 緒 論設備是工業革命的起點，是不同經濟時代的重要標志，是企業生產賴以運行的載體。馬克思說:“設備是企業的骨骼、肌肉和脈管” 。在當代,科學技術呈現突飛猛進的發展,先進的生產制造系統接連出現。加工與成形制造技術日益向精密化、多樣化、復合化方向發展，如精益生產、特種制造等；制造自動化系統日益向柔性化、集成化、智能化、全球化方向發展，如柔性制造、智能制造等；傳統制造技術日益向高效化、敏捷化、清潔化方向發展，如清潔生產、敏捷制造等。先進的設備是這些先進生產制造系統存在的基

5、礎之一。同時，企業越來越向資本密集型、技術密集型發展，而資本和技術是依靠設備來體現的。因此，從某種意義上來講，設備對產品的品種、質量和產量，對成本、市場和效益具有重要的影響。企業生產的規模越來越龐大，設備越來越復雜，設備維修及管理的環境發生了很大的變化，導致設備的管理理念、管理方式和維修方式革命性變化。當今的設備維修管理是由設備規劃、設計、制造、選型、購置、安裝、使用、維護、修理、改造、報廢直至更新諸環節構成的設備生命全過程的管理。所謂“工欲善其事，必先利其器；君欲利其器，首當順其制。” 設備維修管理是安全生產、提高產品質量和增加企業經濟效益的基本保證，體現在設備生命全過程的管理中。設備維修管

6、理不當，設備容易出現故障停機，造成某些環節中斷，更嚴重的會引起生產全線停機，造成巨大損失。生產設備尤其是關鍵設備的技術不良，疏于維修保養，不僅使得設備使用壽命下降，而且會造成生產的產品質量下降和各方面的消耗增加。也就是說，設備管理既影響企業的產出，又影響企業的投入，是生產中至關重要的因素。 因此 ，只有加強設備管理，正確操作使用設備，精心地維護保養設備，進行恰當的設備維修，使設備始終處于良好的技術狀態，才能夠保證生產過程連續穩定地進行，生產出低成本、高質量的產品，保證企業經濟利益的提高和長遠發展目標的實現。 圖1-1 設備維修管理發展的歷程 人們從事生產，離不開設備，也就離不開設備的管理和維修

7、。隨著生產設各分別朝著集成化、大型化、精密化、自動化、流程化的方向發展， 設備的維修管理方式也在不斷地發生著變革。國際上設各維修管理體系大致經歷了如圖1-1所示的四個發展階段。 (1）事后維修階段(Breakdown Maintenance,縮寫為BM) (1950年) 這個階段有兩個“時代”組成，即兼修時代和專修時代。在兼修時代，由于設備比較簡單，設備的操作人員也就是維修人員；隨著設備技術復雜程度不斷提高，操作人員的技能不能滿足維修的需要，開始有了專業分工,操作工專門操作，維修工專門維修，進入了專修時代。這個階段的維修特點是設備壞了才修，不壞不修。在這一階段，對設備維修不受重視，而且.,對科

8、學技術的掌握和應用也有限。因此，工廠由于故障導致停機停產的損失巨大。 （2）預防維修階段(Preventive Maintenance,縮寫為PM) (1950-1960) 國際上有兩大體系共存，一個是以前蘇聯為首的計劃維修體制，另一個是以美國為首的預防維修休制。這兩大體制本質相同.都是以摩擦學理論基礎，但在具體的形式和做法上有所小同，效果上也有差異。（3）生產維修階段(Productive Maintenance,縮寫為PM) (1960-1970)生產維修體制是以預防性維修為中心，兼顧生產和設備設計制造而采取的多樣、綜合的設備管理方法。以美國為代表的西方國家的企業多采有此維修管理體制。生產

9、維修由四部分組成，即:事后維修、預防維修、改善維修、維修預防。這一維修體制突出了維修策略的靈活性，吸收了后勤工程學的內容，提出了維修預防、提高設備可靠性設計水平以及無維修設計思想。（4）各種設備管理模式并行階段(1970年至今)a)綜合工程學綜合工程學是由英國的丹尼斯巴克思在70年代的一次國際會議上提出。其定義為:“為使資產壽命周期費用最經濟，把相關的工程技術、管理、財務及業務加以綜合的學科。”b)全員生產維修(Total Production Maintenance,縮寫為TPM)全員生產維修是日本在學習美國設備預防性維護的基礎上，吸收英國設備綜合工程學和我國鞍鋼憲法中的群眾路線的觀點，繼承

10、本國傳統管理觀念，逐漸形成發展起來的一種設備管理和維護制度。關于全員生產維修的詳細闡述可參閱文獻。c) 設備綜合管理20世紀80年代，我國在前蘇聯的計劃預修體制基礎上，吸收生產維修綜合工程學、后勤工程以及日本全員生產維修的相關內容，提出對設備進行綜合管理的思想體系。經過幾十年的發展，我國企業的設備維修管理在長期的發展過程中，逐步積累了自己的管理理念和維修風格，并隨著設備維修管理發展，逐漸呈現多樣性。但目前企業廣泛采用的設備管理方式方法仍然是以前蘇聯的計劃維修制為主，制約著生產的發展，主要表現在如下幾個方面: （1） 設備管理僅限于使用和維修過程的管理，維修固然很重要，但就維修的本質來說，是事后

11、(后天)的救護。 （2） 設備設計制造過程管理和設備使用維修過程的管理彼此互不通氣，缺少信息反饋，而這些反饋是現代工程技術中必不可少的。 （3）設備管理把技術管理和經濟管理分割開來，設備管理往往是重技術輕管理，缺乏系統性的概念和管理科學的理論基礎。由于我國的企業在相當長的一個歷史時期處于相對封閉的狀態，與國外企業之間缺乏交流，加上基礎薄弱，市場發育不充分，與國外企業的設備維修管理有較大的差距，主要表現如下:（1）缺乏有效的設各維修管理理論的指導。我國企業早期實行計劃經濟，受前蘇聯計劃預修制的影響較大，而這種理論越來越不適應生產設務日益向復雜化、智能化、集成化方向發展的趨勢，對維修的經濟性考慮性

12、甚少。（2）企業缺乏符合維修管理規律的策略謀劃設備是為生產服務的，因此，企業容易以生產管理的規律強加設備維修管理，設備成為生產的附庸。重搶修，輕管理，重眼前前，輕長遠,是我國設備維修管理的通病。（3）忽視對人的研究，組織體系陳舊傳統的設備維修管理較少研究人力資本，沒有將知識作為管理的一個關鍵要素。另外，社會協作體系不完善，檢修市場發育不充分，社會資源不能有效整合，使企業在圍繞設備維修的資源配置上“大而全、小而全”，造成重復配置 , 資金分散，效率低下的現象。當前企業設備的維修管理呈現如下發展趨勢：（1）設備維修與管理的重要性成為越來越多企業的共識，世界上越來越多的企業認識到設備在企業生產中的重

13、要性。“維修是生產力”。“ 一個成功的企業必須具備世界級的維修管理。”世界上工業發達國家的企業都認識到這一點，把設備維修管理放在十分重要的位置，向設備要效益。（2）重視設備的綜合管理，著眼于全過程管理。設備投產后的運行操作、維護檢修、更新改造直至報廢的后半生管理固然重要，但對設備進行綜合管理要著眼于設備一生全過程的管理，更重要的是設備前半生的管理。（3）強調設備的全員管理，操作人員要參與維修活動。（4）隨著計算機技術在工程中應用的日益普及，設備維修管理信息化所產生的效益也日益顯著。計算機及信息處理技術在設備維修管理中發揮的作用將越來越大，并將得到飛速發展。 第二章 設備故障理論和故障分布統計建

14、模 進行維修的原因是因為設備出了故障或為了減少設備故障發生的概率，因此有必要對故障進行了解。故障是指系統、設備或零部件喪失其規定功能的狀態。故障理論包括故障宏觀理論和故障微觀理論兩大方面。 故障宏觀理論是把故障的出現看作是一個隨機事件，進行統計分析，找出故障發生、發展的規律，從而實現對故障的宏觀管理。故障微觀理論則研究故障機理，即從微觀或亞微觀角度研究引起故障發生的物理、化學等變化的內在原因及其發生和發展的規律，并山此提出預防和排除故障的措施，它屬于失效物理分析的范疇。 研究故障宏觀統計規律主要是研究故障率隨時間變化的規律。在早期的預防維修體制時代，認為最具代表性的是呈浴盆狀的故障率曲線，這條

15、曲線是根據設備的磨損規律得出的。它的表現形態可分為三個階段:早期故障期，偶發故障期和磨損故期。如圖3-1所示。 圖2-1 設備典型是效率曲線 (1) 早期故障期(跑合階段) 這一階段是故障率下降型，如圖2-1的(I)階段所示，即隨著時間的推移故障率逐漸下降。設備投入使用的早期，失效率較高且下降很快。這主要是由于設備的零部件在設計、制造時的各種質量缺陷造成，即為質量問題造成，也有貯存、運輸、安裝、調試、起動不當等人為因素所造成的失效。當這些不良因素造成的失效得到徹底、有效的處置后，運轉也就逐漸正常，而失效率就趨于穩定，到t。時失效率曲線己開始變平。t0以前稱為早期失效期。 (2) 偶發故障期(穩

16、定階段)失效率曲線為恒定型，即t。到t1間的失效率近似為常數，故障率比較低。如圖2-1的()階段所示。失效主要是由于非預期的過載、誤操作、工藝缺陷、環境因素以及一些尚不清楚的偶然因素所造成，也就是設備的可靠性問題造成。由于失效原因多屬偶然，故稱為偶然失效期。偶然失效期也是設備有效工作的時期，這段時間稱為有效壽命。 (3) 損耗故障期(磨損階段)經過相當長的偶發故障期后，出于設備的磨損、疲勞、老化、損耗、阻抗增大、腐蝕、介電常數波動等原因，設備的故障率開始增加，這種故障率逐漸增加的時期稱為損耗故障期，其故障率隨時間移而增加,如圖2-1的（）階段所示。 三種性質的故障從理論上說都可以貫穿于設備的整

17、個壽命期，只是每個時期有一種性質的故障占支配地位。即在早期故障期內以質量問題為主；在偶然故障期內以可靠性問題為主；而在損耗故障期內以損耗問題為主。這一典型的曲線是計劃預修制進行維修決策的理論依據。通常根據設備的損耗情況和維修能力，制定出一條“容許故障率”的界限線，以控制實際故障率不要超過此范圍。從上可知，浴盆曲線中的故障率在三個時期內均包含三種故障性質的變化情況，很難用某一函數，比如指數函數數、正態分布函數完整地將其特性描述出來。但結果針對不同時期的主要因素來選擇適當的函數，其特性是能夠描述的。設它的總故障率表達式為: （2-1）式中:為早期故障率；為偶然故障率；為耗損故障率。這三種故障率的綜

18、合結果如圖2-2所示。在早期故障期。則主要考慮早期故障率和偶然故障率。在偶然故障期，排除了絕大部分早期故障問題， 而大部分的零部件的損耗期尚未到來，因此常用偶然故障率近似表示總故障率。而在損耗故障期，主要考慮偶然故障率和損耗故障率。 圖2-2 故障率曲線的數學模型 (1)早期故障期的數學模型這一階段是故障率下降型，它的故障密度函數和可靠性函數大體服從超指數分布或m2時 ，為b型的故障率曲線; m=2時 ，為c型的故障率曲線; 1m2時，為d型的故障率曲線; m=l時，為e型的故障率曲線; m1時，為f型的故障率曲線。 圖2-4形狀參數對故障率曲線的影響 由此可見，威布爾分布應是故障率分布中最常

19、見的重要分布之一。在機械設備中，一般零件的靜強度、材料性能、尺寸偏差等等，基本可歸納為正態分布，使得機械零件的故障率曲線很多屬于正態分布。正態分布的故障率函數及曲線如下 -tt) (2-1)式中t為規定的時間；T表示產品壽命。根據可靠度定義可知，R(t)描述了產品0，t時間段內完好的概率，且R(O)=1，R()=0。 2、失效概率密度f(t)和積累失效概率F(t)積累失效概率就是壽命的分布函數，也稱為不可靠度，記作F(f)。它是產品在規定的條件下和規定的時間內失效的概率，通常表示為：F(t)=P(Tt)或F(t)=1一R(t) (2-2) 因此F(O)=0，F(+)=1。失效概率密度是積累失效

20、概率對時間t的導數，記作f(t)。它是產品在包含f的單位時間內發生失效的概率，可以用下式表示F(t)=f(t)dt。 3.4 RCM維護優化模型 當前，我國企業設備工作正處在轉型時期，以可靠性為中心的設備維修勢在必行。與西方發達國家比較，目前我國企業設備的維修間隔明顯偏短，而且也尚未對維修間隔的優化問題進行專門的研究。企業設備維修的間隔與內容必須優化，因為理論上維修費用越高運行費用就越低，這樣兩者之和應有一個最優值，采用RCM方法可以優化企業的預防維護工作。3.4.1 RCM中經常采用的方法 以可靠性為中心的維護(RCM)是一種系統化考慮系統功能、功能失效的方法，它是預防維護中的一個重要方法，

21、只有放在整個預防維護中才能發揮最大功效，同時它又是一種綜合的維護方法，對關鍵元件也體現了狀態監控思想。它主要用于產生及總控工廠主要設施的維護程序。目前研究中涉及到決策與方法如表3-1。采用的模型有多原則決策制定模型和基于規則的模糊邏輯模型(對AHP分析法和模糊邏輯集成)、比例風險模型(基于比例性風險的維護)等。表3-1為RCM中經常采用的方法。 表3-1 RCM中經常采用的方法方 法 適 用 于專家評判法估計故障形成期，評判設備、原件等的重要性，優選維護策略遺傳算法描述更新策略的維持和更新問題，包含可靠性和成本估計思想蒙特卡羅模擬法經常與遺傳算法結合，描述更新策略的維持和更新問題層次分析法制定

22、元件故障重要性等急，綜合分析其對企業效益的影響效果RCM分析法關注系統功能，從故障后果的嚴重程度出發，確定維護的必要性和可行性，對維護要求進行評估，制定出使用的合理的維護大綱敏感性分析測定設備、元件等的重要等級，經常用于RCM方法中FMECA分析確定潛在失效模式及其相應的原因、結果、發生頻率和重要性影響圖表法表達行為、特性與效用的關系，選擇維護策略等 3.4.2 RCM優化模型綜述 在當前企業運作趨于整體化，企業內活動相互間聯系越來越緊密。設備維護決策研究領域涉及的RCM理論，根據模型研究的關注點的不同大概可以分為以下幾類： 1、使用導向 認為一般情況下大部分產品需要在不同環境下工作且具有不同

23、的故障率函數，于是引入產品固有壽命概念而建立在隨機環境下的更換周期的最優化模型。 2、經濟導向針對RCM中的功能檢查決策建立了其成本模型。相對于以往的基于延長時間的成本模型具有更高的精度和更快的運算速度。3、集成導向分析了實際情況中維護和備件庫存策略總是被獨立地或順次地解決的現狀，提出維護計劃的設計應該考慮維護和與之相關的庫存成本的共同降低。研究了一個考慮到了隨機故障備件替換和訂貨至交貨時間的生產制造系統，該模型采用大量的可成組替換的低成本操作單元的隨機故障，備件庫存通過帶有預設的訂單發出訂貨和隨機的訂單送貨時間的連續觀察系統來控制。 第四章 可靠性設備的備件優化模型 設備系統備件占用資金的減

24、少是企業盤活資金、降低成本的重要手段。備件管理是為了按計劃進行設備維修，縮短修理停機時間，減少修理費用而對備件的計劃、生產、訂貨、采購、儲存、供應、合理使用等方面進行的業務工作。備件管理是維護工作的重要組成部分，科學的儲備和供應高質量的備件，不僅能有助于按期完成維護工作，而且能提高設備的可靠性。本章將對基于可靠性的備件的優化模型進行設計。 1、單級備件庫存模型與策略 對維修庫存進行了綜合研究,給出了一個計算最優訂貨點和訂貨批量的方法。他認為訂貨點等于采購提前期內的需求，雖然計算訂貨點和訂貨批量的方法容易理解和計算，但它沒有把波動的需求率和難以確定的訂貨成本考慮進去。低需求的貴重備件的庫存成本提

25、供了一個滿意解，它考慮到了備件故障導致的貴重設備工作不正常導致的巨大缺貨成本情況。確定期初采購時，假設設備具有無限生命周期，而在確定常規采購時，其生命周期卻假設為有限的。2、多級備件庫存系統的庫存模型與策略 對多級備件庫存系統研究的最早成果是的模型,在從理論上研究了多級庫存系統備件需求規律及系統目標函數等問題的基礎上，針對多級備件庫存供應實際問題，建立了模型。對模型做了進一步的擴展，給出了多備件、多訂單情況下的系統MOD模型。 以可靠性為中心的維修理論(RCM)認為復雜設備故障的發生是隨機的，又因為設備的壽命是服從隨機分布的，因此備件的需求也是服從隨機分布的。為了保證在這種隨機性產生時候保證生

26、產順利進行，需要預先盡量多地儲備一些備件，而儲備備件需要占用大量的資金，怎樣才能在保證故障發生的情況下，即能及時更換備件，又能更少的占用資金。綜合考慮以上因素，在滿足系統一定可靠性的前提下，根據備件的最低庫存量來決定備件的儲備量，以達到備件存儲費用最低的目標。43備件優化模型設計 備件保障有三個要素：數量、品種和成本。首先討論備件品種的確定方法，其次研究在滿足一定可靠性及成本條件下，系統備件的優化設計。確定備件品種的方法包括：邏輯決斷法、價值工程法、可靠性方法和模糊綜合評判方法等。邏輯決斷法按預定程序對備件品種逐一進行邏輯決斷，以確定是否設置該類備件。價值工程法通過功能分析和評價，計算出功能價

27、值，選定備件品種。可靠性方法是通過對零部件的維修策略、維修方式等分析研究，確定備件品種。模糊綜合評判方法應用模糊數學法綜合評判，進行備件品種的決策。4.4 確定備件品種的一般可靠性方法為衡量備件的品種是否合理，提出備件品種保障度(k)和備件的有用比例兩個參數。(k)用來衡量備件品種的保障程度，即在規定維修級別和規定任務周期內備件消耗的品種數 X 小于規定貯存品種數的概率，即：(k)=p(Xk) (4-6)用來衡量所備備件的有用程度，即在一批備件運行一個時期后，使用過的備件品種數與總備件品種數N之比，即： (4-7)盡管在確定備件的品種時經過論證和計算，但在實際中仍可能存在有些備件長期不用，造成

28、浪費。所以是統計數量，可為以后工作提供經驗數據。影響品種保障度(k)和備件的有用比例兩個參數的因素很多，可歸納為：(1)維修級別。不同的維修級別有不同的維修任務和維修深度，備件的品種亦不同；(2)備件在裝備上的使用失效率。失效率大的零部件優先貯備，且失效率越大，相應備件的數量越大。備件在貯存狀態下也會失效，可不考慮；(3)備件結構和實際工作條件。如在工作和運輸中有的容易受到外力的沖擊以致損壞，全天連續工作比間歇工作的失效情況多。風沙、溫度、濕度、鹽霧等環境條件也直接影響著備件的品種。第五章 總 結 維護優化是企業對高效維護管理的需求不斷提高的結果。在經濟全球化的背景下和科技快速發展的條件下，企

29、業設備的復雜程度和資金密集程度達到了空前的水平，這給設備的維護帶來了很大的困難，同時也為設備維護的研究提出了新的問題。維護管理模式在經歷了傳統的計劃維護和預測維護的發展后，出現了多種不同維護管理模式全面發展的階段，包括RCM、RAM、BCM、TPM、設備綜合工程學、后勤工程學等理論在企業中獲得了廣泛的應用。維護優化模型是利用數學工具建立的反映維護變化規律的計算模型。目前，維護優化研究的對象涉及不同維護技術人員的構成比例、維護備件的管理、維護策略的優化與選擇、維護評價、維護管理戰略等；使用的技術方法也很多，為了便于模型的應用，提高模型的可操作性，主觀數據和客觀的統計數據都成為建模的數據來源。RCM中不僅包括傳統的維護計劃優化問題，還包括可靠性的優化控制方法，這使RCM的維護優化具有更廣泛的含義。基于可靠性的維護研究是從眾多維護理論中脫穎而出并逐步被接受的一種維護方法，它是建立在設備的設計特點、運行功能、失效模式和后果分析的基礎上，以滿足設備的使用可靠性為目的，是比較新的領域。本文主要分析了基于