基于参数监测与故障诊断的预见性维护及应用*

吴春其

(浙江造船有限公司，浙江宁波 315537)

1 引言

在制造业中，人、机、料、法、环是生产过程质量控制的五大要素，而设备作为重要的生产资源，对其连续可靠运行的要求越来越高，突发的故障停机会造成极大的损失。当前，几乎所有的制造业都在最大限度地避免损失和浪费，降低生产制造成本，而设备维护费用又占产品制造成本的15% ～60%，有统计数据表明，约有1/3的维护费浪费在不必要或不适当的维护上［1］。因此，应该意识到，传统的设备维护观念和手段已经不能适应现代化精益生产的需求，正如汽车行业ISO/TS16949:2009质量管理体系标准明确提出了“组织应使用预见性维护方法，以持续改进生产设备的有效性和效率”的要求［2］。

2 设备维护方法的基本类型

设备维护有三种基本模式:故障维护、预防性维护和预见性维护。

2.1 故障维护

故障维护又称事后维护，这是最传统的停机维护方式。让设备尽可能长时间地工作，一旦发生故障就对设备进行停机维修，即抢修。这种无计划、被动性的维护方式，比有计划的停机维护时间更长，维护难度更高，既增加成本又影响生产。

2.2 预防性维护

长期以来，大多数工厂沿用的是定期的预防性维护体制，也称计划维修，它是根据生产计划和经验，规定在设备运行一定时间后，进行解体、检查、修理、更换零部件。这种维修制度下，无论设备有无故障都要解体，维护工作带有很大的盲目性，有可能因过剩维修而浪费人力、物料和时间，而且过多拆卸还可能会降低设备原有精度。

2.3 预见性维护

预见性维护也称预知性维护、预测性维护或策略性维护，是近年来新兴的一种先进维护方式，ISO/TS16949:2009对它的定义是“基于过程数据，通过对可能的失效模式进行预测而避免维护问题的活动”［2］。预见性维护的基本模式是:不定期或连续对表征设备实际运行状态的参数进行监测;根据监测结果进行技术诊断，做出是否发生故障以及故障类型、故障程度的评价;推测设备故障趋势，识别最佳维护时机。

3 预见性维护的必要性与优越性

设备磨损一般存在如图1所示的三个阶段:第一阶段(AB)为磨合阶段，这是设备初期使用阶段，这时设备零部件接触面磨损较为激烈，经过短期运行较快地消除了原有的粗糙部分，形成最佳表面粗糙度;第二阶段(BC)为渐进磨损阶段，此阶段是在一定工作条件下，以相对恒定的速度磨损;第三阶段(CD)为加剧磨损阶段，设备磨损到一定程度，磨损加剧，影响设备正常运行。

图1 设备磨损阶段性曲线

根据上述规律，设备维修的最佳时机，应是在设备由渐进磨损转化为加剧磨损之前，即C点附近。通过先进的技术和仪器对设备及部件的运行状态进行数据化监测和诊断，可以寻找到C点的发生期，并制定相应的维修计划，这便是预见性维护的目的。

预见性维护实际上是一种由运行状态驱动的预防性维护程序，它和定期的预防性维护相比，具有明显的优势。

(1)克服定期维护的盲目性，根据设备实际状态进行适时维护，具有很强的针对性，避免维护不足或维护过剩。

(2)减少停运(总维护)时间，提高设备可靠性和可用系数，延长设备使用寿命，保证生产稳定和安全。

(3)减少维护工作量，降低维护工作强度，节省维护成本，提高经济效益。

4 预见性维护技术的应用步骤

根据预见性维护的基本模式，在企业实际应用中一般应包括以下几个步骤。

4.1 确定维护基准

预见性维护的第一步是确定设备或设备系统的运行状态监测参数，如:机床的转速，电气设备的电流、电压，破碎机的油温、电流、压力，等等［3］。所选择的参数应能准确地反映出设备的实际运行状态。当参数确定之后还要确定参数的工程极限范围，用来作为监测的判断标准。一般情况下参数及其标准可以参照设备制造商提供的设备说明书，或由企业工艺和设备工程师根据技术经验来确定。

4.2 参数监测

确定了维护基准参数之后，就可以对其进行监测，以获知设备的实际运行状态。监测可以采用在线监测、定期监测(如每周、每月等)和随机监测。

4.3 分析诊断

当参数的测量值超出了工程标准极限范围，就要进行进一步的技术分析和诊断。分析诊断一般可由工艺和设备工程师进行，既可以对零件和部件进行诊断，也可以对整台设备甚至机组进行诊断，它们和工艺过程的诊断相结合形成对设备综合系统的诊断［3］。

4.4 实施维护

诊断结果出来后，如果发现有设备故障的迹象或趋势，就要及时确定维修方案，对设备进行维修或调整，把可能造成设备故障的状态参数调整或恢复到正常范围内。

5 实际应用案例解析

以某涂漆设备为例，需对生产过程中产生的有害废气通过催化燃烧后予以排放，以达到环境保护的要求。根据催化燃烧的工作原理，催化燃烧的有效性主要取决于催化剂活性，因此催化剂成为催化燃烧系统的关键维护对象。从该设备和生产特点来看，可采用预见性维护的方式对其实施有效维护，具体如下。

第一步，确定维护基准。根据设备的工作原理，催化燃烧是否有效，可通过对“一次催化燃烧后温度”这一过程参数进行观察，这为催化燃烧装置采取预见性维护创造了前提条件。根据该设备以往生产经验，可确定每台设备正常运行时“一次催化燃烧后温度”的范围(见表1)，作为异常判断的基本依据。

表1 正常情况下一次催化燃烧后的温度范围

第二步，参数监测。确定好上述监测参数及标准状态后，可以让操作工每班观察一次催化燃烧后温度2～3次，并做好参数记录。当一次催化燃烧后温度低于正常范围时，立即通知现场工艺技术人员进行现场检查与诊断。

第三步，分析诊断。由于“一次催化燃烧后温度”这一参数除了受催化剂活性影响以外，还会受到涂漆工艺过程其它参数的影响。因此，为了更准确地识别催化剂的维护时机，当发现“一次催化燃烧后温度”超标时，还应对该设备的工艺系统进行现场检查和诊断，以进一步判定催化剂活性是否真正失效:如果工艺系统是正常的，则表明催化剂活性不足，此时需要及时维护;如果工艺系统不正常，那么，首先要把生产工艺系统参数调整到标准状态，调整正常后一周内继续观察“一次催化燃烧后温度”，若仍达不到正常范围，方可判定为催化剂活性不足，此时可由工艺技术人员通知设备维护部门对催化剂进行维护。

第四步，实施维护。可以根据催化剂表面状况，有针对性地确定催化剂维护方法。催化剂常见失效及维护措施如下。

(1)催化剂颜色正常，蜂窝孔积灰或轻微堵塞，主要原因是蜂窝孔表面积灰，溶剂气体与催化剂接触不充分，导致催化剂处理能力降低，此时应对催化剂表面进行清灰处理。

(2)催化剂颜色发黑，蜂窝孔表面积炭，是由于催化剂表面积毒，导致催化剂活性下降或失效，此时应对催化剂进行更换。

通过上述系统化的预见性维护方法，通过对生产过程中一次催化燃烧后温度的监测，结合工艺系统技术诊断，判断催化燃烧装置中催化剂的实际处理能力，查明异常趋势并采取针对性的维护措施，确保催化燃烧的持续充分性，以实现清洁生产，稳定工艺过程和产品质量。

6 结语

预见性维护是以过程参数监测与故障诊断技术为基础，以设备实际运行状态为依据，在设备故障最终失效之前将故障排除的一种高级维护模式。系统、有效地应用预见性维护技术，可以提高设备维护的精准度，减少盲目和浪费，保持设备运行的稳定性和可靠性，实现ISO/TS16949:2009质量管理体系所述“避免维护问题”的意图，确保生产过程和产品质量的持续稳定与可靠。

［1］ 张 兵.设备维护管理——从抢修到预测性维护［J］.设备维护，2004(2):42-44.

［2］ IATF.ISO/TS16949.汽车行业生产件及相关服务件的组织应用ISO9001:2008的特殊要求［S］.

［3］ 黄培华，何铁牛.应用TPM管理模式 开展设备预测性维修［J］.矿山机械，2006(1):16-19.