基于FMEA的设备预防维护管理的研究与应用

摘要：通过对设备预防维护管理现有模式进行分析，重点研究和探讨在企业设备投入使用前及使用维护管理阶段如何更好地应用EFMEA。主要围绕EFMEA应用范围、EFMEA输入与输出、EFMEA建立流程及EFMEA实际案例，详细研究、探讨如何在企业建立、应用EFMEA。

关键词：EFMEA;设备预防维护;设备标准

0    引言

FMEA[Failure Mode and Effects Analysis，（潜在）失效模式及后果分析]是一种识别产品或过程的潜在失效，以便在失效影响到顾客之前采取纠正措施的分析工具。它是一组使设计、制造过程尽可能完善的系统化活动，这个活动过程由许多人员广泛参与，形成跨职能工作小组，并由多种活动组成，认可并评价产品或过程中潜在的失效以及该失效的后果，确定能够消除或减少潜在失效发生机会的措施。其最明显的结果就是跨职能小组的集体知识的文件化[1]。

FMEA涉及设计和制造过程的每个阶段，分别形成DFMEA[Design Failure Mode and Effects Analysis，设计（潜在）失效模式及后果分析]和PFMEA[Process Failure Mode and Effects Analysis，过程（潜在）失效模式及后果分析]，同时可应用于问题的解决。

FMEA也可应用于非设计和制造领域，例如管理过程的风险分析或是安全系统的评估等。

本文中研究、探讨的FMEA是围绕设备展开的，称为EFMEA[Equipment Failure Mode and Effects Analysis，设备（潜在）失效模式及后果分析]。

EFMEA在整个设备生命周期中一般应用于两个阶段，一是设备的设计、制造阶段。此阶段由设备制造企业主导，设备制造企业按照客户需求，分别形成设计和制造过程的EFMEA。此阶段的EFMEA支持设备从设计开发到设计批准到生产制造的设备设计、制造过程，是对设备的整个运行过程中每一步骤或每项功能的完全评审。此阶段与设备使用企业的设备前期管理联系较为紧密。二是设备投入使用前及使用维护管理阶段。此阶段由设备使用企业主导，基于设备文档、设备能力、过程数据等，通过对组成设备的各系统部件功能的分析，找出系统或部件潜在失效模式，分析每种失效模式对设备的影响，评价出每种失效模式影响的严重程度、发生率和探测度，根据评价结果制定相应措施，从而尽可能地减少和消除失效，减少设备非计划停机，改进设备可靠性和可维修性，降低设备使用维护成本。

文中重点研究和探讨在企业设备投入使用前及使用维护管理阶段如何更好地应用EFMEA。

1    设备预防维护管理现有模式

据统计，设备等有形资产的维护与维修成本通常占企业生产成本的10%以上[2]。

EFMEA在国内企业的应用并不广泛，特别是中小生产制造型企业没有建立起以EFMEA为主导的设备预防性维护管理体系。

缺少系统、完整的设备潜在失效風险的识别，往往单纯依靠设备文档、以往经验等方式建立设备点检、设备维护标准，没有搭建起有效的设备预防性维护管理体系，设备故障率高、使用成本高、效率低、寿命短成为常态。

部分已经建立起EFMEA体系的企业，设备点检、设备维护等标准的建立比较粗放、不完整，流程缺失，难以指导实际并有效执行，设备预防性维护管理作用有限。

此外，依据设备文档资料建立起来的设备日常自主维护与专业维护标准存在与设备实际使用脱节的情况。设备进入到企业投入使用以后，人员、工艺、材料、环境、检测等条件出现变化时，设备运行状态也会随之变化。

所以，设备出厂后，设备状态差异也会越来越大。此时，单纯依靠厂家提供的原始设备文档资料，很难进行有效的设备预防性维护管理。

2    EFMEA在设备预防维护管理中的应用研究

EFMEA的应用可以帮助企业建立和完善以预防为主的设备管理体系。

在整个设备生命周期中，企业EFME的建立起始于产品过程开发设备规划阶段，此阶段企业对设备需求相关信息进行调查研究，提出规划方案，进行方案论证决策，编制设备规划，编制费用预算，确定实施程序及预期效果，制定评价标准等。

设备的选型一般应遵循生产上适用、经济上合理、技术上领先的原则，重点考虑设备的规格、功能、性能、精度、生产效率、配套性、能耗、安全环保、快换技术、防错和纠错技术、人机工程、备件的供应及设备厂家的售后服务质量等方面[3]。

在设备投入使用前，企业应建立起以EFMEA为主导的设备预防性维护管理体系，并在设备使用维护管理阶段应用、保持和完善。

2.1    应用范围

EFMEA可以应用于企业生产设备、生产辅助设备和办公设备等所有设备，也可以根据企业自身需要，选择生产设备、生产辅助设备等关键、重要设备建立EFMEA。

2.2    EFMEA输入与输出

EFMEA的建立主要依据设备文档、设备运行流程、设备可靠性信息、设备能力（CMK/CPK/平均合格率/开工率等）、设备故障停机及维修记录、过程数据等设备相关信息资料。

以上信息资料作为生成EFMEA文件的输入信息和重要依据，通过对输入信息的分析、识别与评价，重点通过对组成设备的各系统部件功能的分析，找出系统或部件潜在的故障模式，分析每种故障模式对设备的影响，根据评价结果，制定相应的设备预防性维护措施，形成EFMEA的输出。

一般情况下，EFMEA的输出主要包括操作人员的自主点检、自主维护、设备操作、设备润滑、设备报警复位等，维修人员的专业点检、预检预修（检修、大修、改造、异损件更换等）、设备状态监测与维修、定期润滑（清洗、换油等）、功能小组活动、备件管理、设备事故预防等。

2.3    EFMEA建立流程

EFMEA建立流程如下：成立小组→分析启动时机→收集输入信息→确定分析范围→确定分析目标→识别功能和要求→识别潜在失效模式→识别潜在后果→识别潜在要因→现行探测和预防→识别和评估风险（严重度、发生率、探测度、风险顺序数）→提出建议措施→措施实施结果→EFMEA文件评审→EFMEA文件发布→持续改进。

2.3.1    成立小组

EFMEA小组一定是一个跨部门的联合多方人员组成的工作团队，这是保证EFMEA顺利建立的基石。

EFMEA小组至少应由设备管理员、设备技术人员、设备维修人员、设备操作人员、工艺技术人员组成，必要时需请设备制造商加入小组。

2.3.2    分析启动时机

EFMEA小组至少应在产品过程开发阶段、新设备投入使用前、产品发生变化时、EFMEA输入信息发生变化时、设备能力及可靠性等发生明显变化时启动EFMEA分析。

2.3.3    资料收集

EFMEA小组应主动收集设备潜在失效模式及后果分析所需的资料作为输入，这些资料一般包括设备文档、设备运行流程、设备可靠性信息、设备能力（CMK/CPK/平均合格率/开工率等）、设备故障停机及维修记录、过程数据等。

2.3.4    确定分析范围

EFMEA小组在进行设备潜在失效模式及后果分析时应确定分析的界线，根据所界定的EFMEA范圍来确定所包含的内容，一般包括系统级（生产线，多台设备联合作业时）、设备单机、设备部件。

系统级EFMEA由多台同类或不同类别的设备组成，系统级设备潜在失效模式及后果分析的重点是阐述构成系统（生产线）设备单机之间及外部环境和过程需要之间的所有界面（接口）和相互作用、影响。

设备单机EFMEA可能是系统级（生产线）EFMEA的一个子集，但通常指可独立完成某一功能的单一设备，例如单台数控加工中心。

设备单机EFMEA重点是阐述构成设备的各部件之间的所有界面和相互作用、影响。设备部件EFMEA是设备单机EFMEA的一个子集，例如主轴是数控加工中心的一个部件。

设备部件EFMEA重点是阐述构成部件的各零件之间的所有界面和相互作用、影响。

2.3.5    确定分析目标

EFMEA小组在进行设备潜在失效模式及后果分析时应确定分析目标，分析的目标至少应包括失效后果对生产过程稳定性、产品质量、法律法规的影响。

2.3.6    识别与评估

EFMEA小组对所分析设备的功能、要求进行识别，确定每一功能的潜在失效模式，这种失效模式导致设备现有功能或要求无法正常实现。识别出设备在各种失效模式下的潜在后果，包括失效的结果、严重程度等。分析出设备失效的潜在要因，潜在要因应按潜在失效为何发生来确定，按照可纠正或可控制的情形来描述，失效的潜在要因可能是设备设计弱点的一种表现，其后果是失效模式[4]。要因和失效模式是直接关联的，即要因发生，那么失效模式发生，如果一种失效模式有多种要因，每一个要因都应进行单独的分析。

EFMEA小组应识别出设备已经实施或承诺实施的预防和探测失效要因或失效模式的设备维护活动，这些设备维护活动应确保设计对于所考虑的失效模式、起因和机理的预防和探测是满足要求的。

EFMEA小组应识别并评估每一失效模式可能产生的风险。识别和评估风险是设备潜在失效模式及后果分析的重要步骤之一，风险用严重度、发生率和探测度三个指标来评价，严重度、发生率和探测度的乘积定义为风险顺序数，在单一的EFMEA范围内，此值介于1～1 000。

严重度（S）×发生率（O）×探测度（D）=风险顺序数（PRN）

严重度是失效对设备功能、生产过程产生影响的级别的一种评估，严重度是已识别的失效模式最严重的影响后果的级别，是单一的EFMEA范围内相对定级的结果，严重度数值的降低一般通过改善设备的设计（设备技术改造）等才能够实现。严重度的取值范围为1至10间的整数。企业可根据实际情况，制定出一套适合自身使用的打分标准，具体评分标准如表1所示，供企业参考。

发生率是失效模式的要因可能发生的频繁程度，是指设备潜在的失效模式的要因在指定时期内出现的可能性。应采用一致的发生率分级规则，以保持连续性。发生率是EFMEA范围内的相对级别，它不一定反映实际出现的可能性，通过预防性维护改变失效模式的要因是降低发生率的优先方法。发生率的取值范围为1至10间的整数。企业可根据实际情况，制定出一套适合自身使用的打分标准，具体评分标准如表2所示，供企业参考。

探测度是对设备、设备部件探测失效要因或失效模式程度的一种评价。探测度的取值范围为1至10间的整数。企业可根据实际情况，制定出一套适合自身使用的打分标准，具体评分标准如表3所示，供企业参考。

2.3.7    建议措施和结果

EFMEA小组应针对所识别和评估的可能的失效模式及后果的危害程度（风险）提出建议措施并通过措施的实施降低设备综合风险和失效模式发生的可能性。重点针对高严重度、高风险顺序数值和小组评估后确定的其他项目进行纠正及预防措施的可行性评价。通过实施建议措施来提高设备的可靠性、可维修性与耐用性，任何建议措施的实施按照严重度、发生率和探测度顺序降低其风险级别。通过实施建议措施并取得预期的成果后应更新严重度、发生率和探测度并进行记录。

2.3.8    评审与发布

EFMEA小组将输出（新开发或修订）的《设备潜在失效模式及后果分析》成果报上级EFMEA工作组审核批准，通过审核批准并由上级EFMEA工作组组长及相关人员签字后发布。设备潜在失效模式及后果分析的结果作为制定设备预防性维护策略的输入，EFMEA小组将EFMEA开发的成果形成文件，输出《设备潜在失效模式及后果分析》文件指导制订设备预防性维护策略。设备操作人员的自主维护具体执行设备使用、自主维护、点检方面的管理制度，执行自主点检、自主维护、设备操作、设备润滑、设备报警复位等操作标准。维修人员的专业维护具体执行设备专业维护、备件管理等方面的管理制度，执行专业点检、预检预修（检修、大修、改造、异损件更换等）、设备状态监测与维修、定期润滑（清洗、换油等）、功能小组活动、备件管理等操作标准。

2.3.9    持续改进

EFMEA小组应每季度末根据设备故障、设备维护情况对区域内的EFMEA进行评审，并修正不适宜的EFMEA文件，不断提高EFMEA的开发质量。上级EFMEA工作组应制订设备潜在失效模式及后果分析工作监督评审计划，按计划对设备潜在失效模式及后果分析的持续改进情况进行监督、评审，形成评审报告，并监控其进行改进。顶层EFMEA工作组应按年度制订企业设备潜在失效模式及后果分析工作监督、评审计划，并对所有EFMEA工作进行抽样检查，同时收集设备潜在失效模式及后果分析工作的改进信息，每年对企业EFMEA工作进行一次评审，持续改进企业设备潜在失效模式及后果分析管理工作。

2.4    EFMEA实例

下面以某企业单台加工中心为例，说明EFMEA表格如何填写。企业可根据实际情况做相应合理调整，如表4所示，供企业参考。

2.5    五大设备标准

作为EFMEA的输出，建议企业至少建立起五大设备日常预防性维护管理标准：自主点检标准、自主维护标准、操作标准、报警复位标准、专业点检标准。

（1）设备自主点检标准作为操作者每班设备点检的依据和记录，对设备问题的早期发现至关重要。自主点检标准中除了合理制定点检项目外，至少还应包括点检方法、判定基准、处置方法、检查频率、检查时间和安全要求等内容，建议建立三级点检制，分别由操作者、班组长、维修人员按照各自关注重点和不同周期进行检查确认，保证自主点检有效实施。

（2）设备自主维护标准是指导操作者班末、周末、长假期间进行设备自主清扫、检查、润滑、更换、调整和保养等的主要依据，标准至少应包含自主维护部位、方法、达到效果、处理方式、所需工具、维护周期、不良事例和安全要求等，并辅以图片作为指导说明。

（3）设备操作标准是保证操作人员安全使用、正常操作设备的指导文件，安全使用包括人身安全和设备安全。标准一般分为作业前、作业中和作业后三部分，至少包含作业内容、作业要点、注意事项、图片说明和安全要求等内容。

（4）设备报警复位标准是设备出现异常报警时，保证操作者对设备安全操作复位，避免设备事故和人身事故的指导文件。建议企业参考操作标准的格式建立设备报警复位标准，保证设备安全和人身安全。

（5）专业点检标准是规范专业维修人员周期检查设备的指导文件，建立专业点检标准有利于转变维修人员“以修代检”的事后维修思想。专业点检标准格式可参考自主点检标准。建议企业建立二级专业点检制，分别由维修人员、维修组长按照各自关注重点和不同周期进行检查确认。

建立完善可执行的五大作业标准，有利于企业建立以EFMEA为主导的设备预防性维护管理体系，保证企业设备预防性维护管理体系有效运行。

3    结语

企业如何通过有效手段减少设备使用、维护与维修成本，提高设备管理的效率和质量是设备人持久不懈的努力方向。

EFMEA的应用有利于企业建立完整的设备预防维护管理体系，文中基于FMEA的设备预防维护管理的研究与应用是对企业建立以EFMEA为主导的设备预防维护管理体系的有益探索与实践，建议企业广泛应用EFMEA并充分发挥其在企业设备管理中作用。

同时，我们也可以尝试将EFMEA应用于整个设备生命周期管理中，充分发挥EFMEA在设备管理中的作用。

[参考文献]

[1] 美国汽车工业行动集团.FMEA手册[Z]，2019.

[2] 路君平.资产评估理论与案例分析[M].北京：经济科学出版社，2008.

[3] 洪孝安，杨申仲.设备管理與维修工作手册[M].长沙：湖南科学技术出版社，2007.

[4] STAMATIS D H.故障模式影响分析FMEA从理论到实践[M].2版.陈晓彤，姚绍华，译.北京：国防工业出版社，2005.

收稿日期：2020-05-20

作者简介：王剑峰（1979—），男，黑龙江依安人，硕士研究生，工程师，研究方向：设备管理。