机械设备预防性维修意识养成路径探讨

何军

（甘肃能源化工职业学院，甘肃 兰州 730207）

机械设备制造业是工业发展的核心与基础，针对机器制定合理的维修策略，通过实施必要的计划性维修，提前发现并消除设备存在的隐患，使得设备在生产调度中不发生严重的故障，保障生产调度的顺利执行。预防性维修是综合维修的一种典型代表，也是目前最成功并得到广泛的研究与应用的维修策略之一，其不但有效的保持了设备的固有可靠性，还在一定程度上降低了维修费用，减小了故障带来的影响。本文具体探讨了如何养成机械设备预防性维修意识，希望提高机械设备的使用率。现总结报道如下。

1 预防性维修的内涵与发展

在传统机械设备维修中，维修过程中为了保障维修人员的安全，不可避免地需要设备停机，由于机器不可用导致调度方案无法按期完成，给企业造成较大的经济损失。为了将生产调度与设备维修进行协调，降低由于二者的相互冲突造成的经济损失。特别是当前机械设备可靠性越来越受到人们的重视，必将以经济效益为中心，以提高设备的可靠性、降低设备维修成本为目的。预防性维修发展趋势如下：1）机械设备维修的社会化。随着机械设备向国际标准化方向的发展，机械设备维修将逐步向社会化方向发展，最终实现机械设备维修的社会化。 2）维修资源共享。随着产品售后服务的规范发展，机械设备大部分维修工作已转成售后服务形式，实现知识共享，维修人员共享，备件、维修设备等也得到了共享；3）远程维修。网络技术的飞速发展和远程服务的更加方便和快捷，也促使了远程技术服务的机械设备维修方法被企业所接受；4）维修人员素质的综合性。随着机械设备一步一步实现机、电、液的一体化和自动控制自诊断功能的不断增强，对维护修理与保养人员的知识技能要求会越来越高，机械设备维护修理将由单一线式维修式转向全面式维护修理方式，使机械设备维修从业人员由单一化向综合化发展。

2 机械设备预防性维修的意识养成路径

对于机械设备等复杂的可修复系统，其意识养成路径主要为以下两个方面：

2.1 基于累计故障次数预防性维修意识

考虑到机械设备的运行时间、故障过程和维修情况等信息，将累计故障次数N(t)作为协变量引入到威布尔比例风险模型中，得到新模型为：

式中，N（t）表示t 时刻为止机械设备的累计故障次数；γ 是累计故障次数的回归系数，反映累计维修的影响程度。当γ0＜时，表示维修对机械设备是保护因素，其使机械设备运行状态得到改善；当γ0＞时，表示维修对机械设备是风险因素，机械设备运行状态出现恶化；当γ0=时，表示维修对机械设备没有影响，故障率函数退化成威布尔分布。

2.2 最小维修费用的预防性维修意识

在维修决策过程中，机械设备的维修费用是影响维修决策的关键因素之一，本文将预防性维修周期内维修费用最优作为决策目标，求出最优的预防性维修周期。机械设备的维修费用主要包括了发生故障时导致的损失费用、预防性维修费用、故障维修费用以及机械设备因故障或进行维修而停机的损失费用。因为机械设备停机的损失费用和故障导致损失费用较难以量化，在此不作考虑。在此假设机械设备预防性维修的周期为T，进行预防性维修的平均费用为Cp，进行修复维修的平均费用为Cc，则可以求得单位时间的平均维修费用为：

因此，最优的预防性维修周期决策的数学模型可以归纳为：

式中，t0表示机械设备可靠度处于可靠度阈值时所对应的预防性维修时间点。通过设置合适的可靠度阈值R0来保障机械设备运行的可靠性要求，同时约束最优预防性维修周期的范围。

3 机械设备预防性维修的意识养成措施

3.1 普通机械设备维修流程分析

为了保障普通机械设备的可靠性，考虑引入基于机器维修前最大役龄的维修策略。本文对普通机械设备的维修流程进行分析，维修流程如下：1）根据工件工序的加工时间，统计每台机器的役龄；2）如果机器役龄接近机器的维修前最大役龄，根据当前工件的加工情形确认是否执行预防性维修计划；3）执行预防性维修计划，对机器故障频发的部件进行检修和更换，对机器易磨损部件进行润滑；4）重新开动机器，并确认机器执行预防性维修的效果；5）记录预防性维修的过程，并根据维修记录总结机器的失效规律，修正机器的维修前最大役龄。

3.2 基于机器维修前最大役龄的维修策略

对于普通的机械设备，比如车床、铣床、刨床、磨床等非数控加工机床，假定机器故障率已经经过了新机器故障高发期，经过不断地磨合和调试，机器故障率进入稳定期。由于普通机械设备的加工成本较低，因此如果采用状态维修策略，即通过对机器实施状态监测和诊断技术，判断设备的退化程度，并在故障发生前有计划地维修，并不具有维修经济性。然而，采用传统的定期维修策略会产生很大的弊端。首先，定期维修的策略无法匹配设备的运行情况，往往造成维修过剩或者维修不足的问题；其次，定期维修的策略无法匹配生产节奏，机器容易出现空闲，导致机器资源的浪费，生产效率无法提高。因此需要针对普通机械设备设计合适的维修策略，使得维修策略既可以保障设备的可靠性，同时也能够匹配生产节奏，同时该维修策略还需要具备一定的经济性。 基于机器维修役龄的维修策略本质上是一种预防性维修策略。机器役龄是指在上一次维修之后机器的累计运行时间，机器役龄随着加工时间的累积而不断变大，机器役龄变大预示着机器的工况在不断地恶化， 然而还没有达到其发生故障的极限，设定机器发生故障的极限为该机器的维修前最大役龄，机器役龄如果超过机器的维修前最大役龄，则机器因为故障的累积过大会发生故障， 因此需要在机器役龄达到维修前最大役龄之前执行预防性维修，机器在执行预防性维修之后恢复如新，机器役龄归零，有效地避免了机器发生故障而停机。

3.3 制造工艺中存在并行机器的维修策略

生产企业为了消除生产瓶颈，往往通过购置多台导致生产瓶颈的并行机器，并行机器消除了生产瓶颈，有效地提高了工件的加工效率。新的并行机器跟旧的并行机器有相同的功能，但新的并行机器往往已经更新换代，有着更加优异的性能，并且新的并行机器没有经年日久的损耗，因此考虑新旧并行机器有不完全相同的失效规律。为了描述新旧并行机器不同的失效规律，考虑为新旧机器设置不同的维修前最大役龄，新的并行机器的维修前最大役龄比旧的并行机器的维修前最大役龄小，意味着新的并行机器需要累积更长的加工时间才会执行预防性维修，新的并行机器工况的退化速度比旧的并行机器更慢。设备的维修策略依然选择最小化维修加预防性维修策略。 比如在采用多品种小批量生产方式的某模具制造企业，在保障设备可靠性的同时能够匹配生产节奏，实现生产与维修的集成调度。考虑多品种小批量的生产方式产生了设备多样化的集群式生产车间，将设备按照模具订单的精度以及是否有并行机器分为三类，分别为低精度的普通机械设备、高精度的数控加工机床和制造工艺中存在并行机器这三类机器类型，并分别研究了三类机器的维修策略。

4 总结

未来的机械设备维修与保养会成为社会化工作，逐渐向资源共享和远程维修发展，机械设备维修所需要的维修从业人员需求量将逐步减少，但对其技能和知识方面的要求会越来越高。同时机械设备预防性维修意识养成是一项系统工程，需要将维修过程中涉及的流程落实到人，通过建立管理制度和培训机制，编制适应的维修方案，从而提升公司整体实力。