现代铝加工设备维修策略及选择研究

姚 杰 ，包 珣，李如伟

（云南铝业股份有限公司，云南 昆明 650502）

0 前言

铝加工设备是决定铝加工产品产量、质量和成本的重要因素。铝加工设备在使用过程中，零部件会产生不同程度的磨损、疲劳、腐蚀、变形、老化等问题，使设备的技术状态会逐渐变差，使用性能下降。设备维修作为设备管理的重要环节，是延长设备寿命，保证生产正常运行，防止事故发生的重要保证。

1 维修策略分析

维修策略的发展与工装技术的发展相比具有一定的滞后性，导致设备使用维护成本大幅升高，可用性急剧下降。随着现代装备设计、制造技术的发展，铝加设备由过去单纯的机械结构逐步向机、电、液一体化，自动化、智能化方向发展，使铝加工设备性能不断改进和提高，同时铝加工设备的维修策略也在不断进步，从最初根据经验进行维修，到现在的基于系统的维修思想。

1.1 事后维修

20世纪初期，设备维修一般是在发生故障后或者性能满足不了使用要求后才进行修理，即事后维修，也称作故障维修。维修内容包括故障定位、隔离、分解、更换、调校、检验以及修复损坏件等。这一时期的设备维修特点是“不坏不修，坏了再修”。事后维修的优点是充分利用了零部件的使用寿命。但事后维修是非计划性维修，缺乏灵活性和主动性，浪费了较多的剩余修理。当停机损失较小，只需要调整或更换易损件即可排除故障时，采用事后维修比较经济。

1.2 计划维修

20世纪50年代，随着人们对机械设备的磨损机理认识的深入，为使每个零部件都达到使用安全、可靠，就必须在故障发生前进行维修，从而形成了以预防为主的维修理念。其实质是通过采取各种预防性措施，将故障消灭在萌芽状态，改变了事后维修缺乏计划性的被动局面。计划性维修也是现在普遍采用的一种维修策略。

图1 浴盆曲线

实践证明大部分机械设备的故障发生率遵循浴盆曲线规律（见图1）。早期故障期又称为磨合期，在磨合期设备运行故障率很高，但随时间的推移，故障率迅速下降。此期间发生故障的特点，主要是设计、制造的缺陷或使用不当，人机磨合太差造成；进入偶发故障期，设备故障率基本趋于稳定状态，故障发生具有随机性、故障率低、且稳定的特点，这是设备运行的最佳状态期。在此间发生的故障多因使用不当或维修不力，可以通过加强设备维护保养，提高维修质量、改进设备使用管理，使故障率降到最低；在设备使用后期，由于设备零部件的磨损、疲劳、腐蚀、变形等因素的影响，使故障率不断上升。如果能在损耗故障期开始时进行大修，可经济而有效地降低故障率。计划性维修是按预定的进度计划实施的预防性维修，可以事先安排好设备的使用和维修时间，准备好维修所需的人、财、物等，便于管理者对生产计划流程管控，降低了偶发性设备故障对生产计划的影响，与事后维修相比有明显的优势。在进行计划性维修时，必须准确地找到故障转折点(M)，而铝加工设备的故障与使用环境、人机磨合程度、维护保养质量、来料等因素密切相关，难以科学合理地确定设备的故障周期，因此其理论故障周期与实际技术状况差距较大，从而不可避免地会造成维修过剩或维修不足，使维修的经济性和可靠性降低。随着现代铝加工设备技术发展，尤其是自动化技术与传统的机械设备深度融合后，其局限性也逐渐显现出来。

1.3 以可靠性为中心的维修

20世纪60年代，以可靠性为中心的维修思想产生于航空领域。随着航空装备使用规模和范围越来越大，维修费用急剧上升，而航空装备的可用率却不断下降，发展科学维修成为迫切的内在需要，表现的问题主要有：故障不再是简单的时间函数；早检查，多检查未必就能预防所有故障；故障未必都危及飞行安全等。人们逐渐认识到维修的出发点和落脚点应该是可靠性而不是故障。60年代初，美国民航界运用现代科技，对航空维修的基本规律进行深入研究，得出了两个重要的结论，即：对于复杂的飞机系统，除非具有某种支配性故障模式，否则定时翻修无助于提高其可靠性；对于许多项目，没有一种预防性维修方式是十分有效的。在其后近十年的维修改革探索中，逐渐形成了一种普遍使用的新的维修理论—以可靠性为中心的维修。

以可靠性为中心的维修是从技艺发展成为科学的重要标志。在对设备特性、运行功能、故障模式、故障后果科学分析的基础上，运用可靠性理论、逻辑决断、数理统计、等新理论，采用新技术、新方法确定维修的必要性、可行性和有效性，最终制定出实用的、合理的维修大纲，科学指导实践。以可靠性为中心的维修其优越性对设备的保障能力是毋庸置疑，其应用主要针对民航、战斗机、核潜艇等领域。它真正实现了根据设备发生故障的规律来确定检修内容，避免了过度维修或维修不足，提高了设备的可靠性。

1.4 状态维修

近年来随着传感器技术、计算机技术、信号处理技术以及故障诊断技术的不断进步人们又提出了状态维修理念。状态维修是基于设备运行状态进行的，设备状态监测有两种方法：一种是依靠五官检测，即眼看、耳听、手摸、鼻闻、问使用者的方法；另一种是用科学仪器对设备和产品状态进行检测。前者简单、快捷、直观，对装备和产品的检测诊断停留在定性阶段；而后者较前者更客观、准确，对设备和产品的状态检测诊断上升到定量阶段，对装备和产品维修更具有指导意义。利用状态监测技术来获取反映设备状态的有关信息，利用信号分析、故障诊断、可靠性评估、寿命预测等技术，判断设备的状态，识别故障的早期征兆，对故障情况以及故障发展趋势做出分析和预测，根据设备状态诊断和预知的结果采取最佳的维修策略。据权威杂志统计表明：实施基于状态维修后设备故障率下降63%～84%，设备维修用工下降26%～30%，物料下降22%～31%，计划停机率降低2.5%～3.7%。

状态维修是相对于事后维修和计划性维修而提出的，区别于传统的计划性维修关键在于：在制定维修计划时，考虑到设备运行的实际状态及设备个体之间由于制造过程、工作环境、备件来源、维修保养质量等原因所造成的差异，尽可能地使每个设备在故障发生之前进行维修，这样既保证设备安全、可靠地运行，避免或减少故障发生次数，又可充分利用设备零部件的有效使用寿命，解决维修不足或维修过剩问题，减少停机损失，降低运营成本。

2 现代铝加工设备的故障率特点及维修策略选择

纵观我国铝加工业的发展史，我们不难发现，我国铝加工业正在经历由粗加工到精深加工转变，这种转变必然促使其工装设备加速更新换代，向大型化、整体化、精密化、紧凑化、自动化和标准化方向发展。我国现在拥有全球数量第一的铸轧机、热轧机、冷轧机、铝箔轧机、挤压机等铝加工装备，各种铝加工材的产能约占到了全球一半左右的水平，而铝材市场也发生了由供不应求到供过于求的大转变，激烈的铝加工产品市场竞争，其实质就是质量与成本的竞争，一个合理维修策略将能有效地降低设备的维修使用成本，延长设备使用寿命，提高产品产量、质量。

2.1 现代化铝加工设备故障率特点

随着铝加工装技术的快速发展，其维修理念也在不断的更新完善之中，研究发现除了大多数机械设备故障率特点遵循浴盆曲线外，现代化铝加工设备的故障率还有以下五种故障率曲线特点（见图2）。曲线A显示了略增的故障率，有明显的磨损期。曲线B显示了缓慢增长的故障率，但没有明显的磨损期。曲线C显示了新设备从刚出厂的低故障率，急剧地增长到一个恒定的故障率。曲线D显示设备的故障为恒定值，出现的故障常常是偶然因素造成的。而曲线E显示设备开始有高的初期故障率，然后急剧下降到一个恒定的或者是增长极为缓慢的故障率。

图2 五种故障率曲线图

以云铝冷轧机为例，它由高低压液压系统、轧制油系统、热边喷系统、气动系统、轧机主传动、轧制辅助传动、油气润滑系统、油雾回收系统、火灾防止报警系统、安全系统、备卷站、托盘储运系统、自动换辊装置、套筒处理系统、轧机机架及辊系、轧机出入口自动装卸卷小车、激光测速系统、X射线测厚系统、板型系统、一级功能控制系统、二级模型系统等子系统组成。通过对冷轧机的故障进行统计调查发现，31.3%的设备遵循典型的浴盆曲线，2%的设备遵循曲线A，5.5%的设备遵循曲线B，10%的设备遵循曲线C，4%的设备遵循曲线D，不少于47.2%的设备遵循曲线E。

2.2 现代铝加工设备的维修策略选择

维修策略的选择原则上是用最小的维修资源消耗取得最佳的维修效果。通过上面五种曲线的特点可以看出，单一的维修策略难以覆盖所有零部件的故障特点，针对不同设备的重要程度及使用情况，从设备的可靠性、维修性和经济性，结合设备类型和故障模式的不同，综合考虑各种因素，采取不同的维修策略，做出合理的维修决策。对故障遵循浴盆曲线发展、演变、有规律的故障特点，采用计划维修；对故障有发展期，并且可以进行状态监测，维修成本高的重要设备采用状态维修；对可靠性和安全性要求高、但不容易监测的设备采用以可靠性为中心的维修；而对故障危害性较小、故障随机性很大的设备实施事后维修，并在维修过程中针对具体情况进行改善维修，以提高设备的可靠性、有效性。

以X射线测厚系统为例，在分析研究其结构及故障模式的基础上，以一些典型的零部件为例，进行维修策略的分析与选择。例如电离室、X射线源、高压单元的性能劣化过程，可以通过电流、电压监测进行状态维修，避免造成批量的厚度不合格品。测量窗口、绝缘硅胶、空气滤清器等随着使用时间的增加，会积累污染物使铝带材测量的准确性、重复性降低，并有一定的规律，因此可采用计划维修法。快门机构、位置开关、状态指示灯等发生故障具有很大随机性，且不对产品质量造成影响，危害性较小可以采用事后维修法。通过分析，做出改型测厚仪零部件维修策略选择，如表1所列。

表1 X射线测厚仪维修策略选择表

3 结论

通过论述现代铝加工设备各种维修策略的优缺点、应用特点和发展趋势，提出了根据设备类型及故障特点的不同，合理选择科学的维修策略的方法，以提高铝加工设备维修的效率、可靠性和经济性。维修策略是一门综合的学问，以状态维修为主，综合运用多种维修策略能够克服单一维修策略的不足，将各种维修策略的优势结合，是现代铝加工设备维修发展的趋势。

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