整理13基于可靠性为中心的设备维修.docx
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整理13基于可靠性为中心的设备维修
基于可靠性为中心的设备维修培训资料
早在70年代以前，设备管理领域一直盛行事后维修（BM）的方式。
它的主要特征在于机械设备纯粹是一种普通意义上的工具，平时不知道怎么维护，而且仅当机械故障出现时，以及直接导致作业功能不能实现为止，才进行简单而必要的修复措施，甚至直接弃之而更新。
进入70年代后，伴随着管理思想的革命，一种预防维修模式（PM）在世界各国得到普及。
它是对传统做法的一种革命，它的指导思想源于人们对机械设备的新的意义上的界定与认同，即机械设备已不是单纯地被视为一种普通意义上的工具，而是作为固定资产概念纳入了正常的财务管理。
然而由于国家体制等个方面的不同，或行业部门的特点不同，在具体措施上也存有差别。
在这一时期，以前苏联为代表的计划经济模式国家的各行业，普遍采用定期维修保养模式。
它以追求完好率为特征，根据传统经验统计制定出一系列保养周期和间隔规定，通过预防性维护保养达到预期目的。
在一些西方国家的航空部门，出于对设备的安全考核，普遍采用一种状态维修（CBM）模式。
它把同类故障率达到一定比例时，作为一类设备普遍故障规律，来确定它们的维修或零部件乃至总成与整机的更新期。
而在大多数西方国家的其它行业，更多地采用了一种所谓视情维修模式。
尽管这种思想在当时看起来是先进的，因为它强调设备在有需要时才进行维修，但由于缺乏必要的技术监测手段作支撑。
它的维修标准含有较多的人为因素。
因此在实际操作中，仅仅是定期维修与状态维修的简单结合，即在进行定期维护保养的前提下，某种设备一旦出现某种故障率比例，将对其它同类设备施行同等级别的维护，甚至更换部件。
随着八十年代计算机技术的应用和监测技术与仪器的发展，一些发达的先进国家开始采用预知维修（PDM）模式，并逐步在欧美国家得以普遍应用。
这一时期的特点在于突出了技术手段，其技术基础来源于失败部件所发出的信息，它可以使设备的技术状态随时可知，维修计划可以规划并预知，对生产影响可降至最小。
九十年代世界经济逐步走向一体化，激烈的市场竞争使一些具有创新意识的企业脱颖而出，它们广泛采用一种主动维修（PAM）模式。
这种维修模式的特点在于通过先进的调查分析和科学的修理模式、纠错技术，显著地延长机器的使用寿命。
它从技术与管理两个方面同时人手，进行故障根源分析，采取严格的监测与纠错手段，明确和实施管理规范，加强对安装与操作过程的控制，贯彻可靠性工作，定期监测采样跟踪等，极大地提高设备管理的效率，提高了经济性。
近年来，部分发达国家进行在PAM实践过程中，引入了经济性的概念，进一步发展了一种以可靠性为中心的维修（RCM）模式，这是在主动维修（PAM）模式的基础上与改进性维修的结合，它合理地对关键部位加以区分，以可靠性为前提，以经济适用为原则，对故障类别、维修手段、是否进行改造进行分类，它以动态管理为主，充分发挥不解体检测、不解体保养技术特长，不断指导使用者采取措施，适时改善薄弱部件，使维修工作获得最大经济效益。
1.以可靠性为中心的维修（RCM）
1.1以可靠性为中心的维修（RCM）基本概念和原则
RCM（ReliabilityCenteredMaintenance）是为以可靠性为中心的维修。
RCM模式是近年在国际上日益受到重视和推广的先进的设备维修制度，是一种充分考虑以经济性、可靠性为原则，并与先进的设备诊断技术相结合的服务模式。
它最显著的特征在于以降低维护成本为出发点，运用先进的诊断手段，尽一切可能延长大修周期，减少设备维修停用时间和台数，适时做出改进性维修，提高机械设备的可利用率，进而提高整体的经济效益与社会效益。
RCM模式是随世界科技进步、管理技术及其市场经济理论日趋完善的基础上发展起来的先进模式。
它不仅适用于一般的设备管理部门，而且尤其适合于工程设备维修管理。
由于工程设备最显著的特点就是品种多、机构复杂、设备庞大、单品种社会保有量小、工作环境恶劣等，导致了配件少、价格高、故障频繁、计划维修可能性小、故障维修技术难度大等不良因素的产生，使得传统的设备管理“管、用、养、修、供”五个环节在高节奏的运行状态中脱节，管理部门往往顾此失彼，疲于奔命。
而RCM模式恰恰可以利用先进的动态管理模式和先进的检测技术与经济思想，使之贯穿于上述五个环节之中，从而实现低投入、高产出，使机械效能得以发挥，进而有益于部门经济效益和整体社会效益的获得。
尽管RCM模式有其先进性，并且在欧美等发达国家被广泛应用于各行各业的设备管理中，特别是军事装备部门更是日趋完善。
但在我国受多种因素制约，目前还仅限于一些军事部门、大型矿山、铁道企业内部摸索阶段，在我们电行业也以被逐渐认识和试用阶段。
1.1.1RCM原则
RCM的准确定义为：
一种用于确定为确保任一设备在现行使用环境下保持实现其设计功能的状态所必须的活动的方法。
它最大的特点是从故障后果的严重程度出发，尽可能避免或至少可减轻故障后果，改变了过去那种根据设备故障的技术特性对故障本身进行预防的传统观念（容易造成头痛医头、脚痛医脚的不合理维修策略）。
RCM中将故障后果根据重要性分为四种：
（1）安全性和环境性后果
故障会引起人员伤亡或导致违反行业、地方和国家的环境标准。
此类故障后果是应该避免或应尽一切努力将其风险降到可接受的水平；
（2）隐蔽性故障后果
对设备运行没有直接影响，但可能导致严重的、甚至灾难性的故障后果。
RCM方法可有效检测和排除隐蔽性故障；
（3）使用性后果
影响到正常使用。
如停产、产量下降、次品率提高等；
（4）非使用性后果
只涉及直接维修费用的故障后果。
针对上述故障后果，RCM方法遵循如下四种原则：
（1）功能丧失或者其故障具有安全性和环境性后果，则必须进行预防维修，如果预防维修不能满足要求，即不能将该故障的危害降低到一个可接受的水乎，必须重新设计或改变工艺流程；
（2）功能故障对操作人员来说不是显而易见的（隐蔽性故障）．则必须进行预防维修；
（3）故障后果的经济性，即预防故障的维修任务经济上必须是合理的；
（4）设计中考虑维修性原则，即尽量满足标准化、模块化、互换性、可达性的要求，易于故障查找和识别。
1.1.2RCM基本问题
RCM方法需要对每一个设备进行下列问题的讨论：
（1）在现行的使用环境下，设备的功能及相关的性能指标是什么？
（2）什么情况下设备无法实现其功能？
（3）引起各故障的原因是什么？
（4）各故障发生时会出现什么情况？
（5）什么情况下各故障至关重要？
（6）做什么工作才能预防各故障?
（7）找不到适当的预防工作应怎么办?
1.1.3RCM信息基础
（1）设备的工作原理、原始设计图纸及说明书；
（2）性能指标、任务剖面及工作环境；
（3）关键零部件及其失效模式；
（4）故障发生过程及后果；
（5）设计可靠性数据及现场使用数据；
（6）已有的维修记录，包括维修任务的执行情况、故障发生频率、检测方法、维修效果及费用等。
1.1.4RCM主要研究阶段和内容
RCM方法包括三个分析阶段：
（1）失效分析阶段分别在设备、子系统、部件和零件级的水平上进行失效分析；
（2）失效模式和影响分析阶段确定潜在失效模式及其相应的原因、结果、发生频率和严重性；
（3）评估阶段应用逻辑过程对每一失效模式的维修要求进行评估。
RCM方法的主要研究内容为：
（1）设备功能研究；
（2）FMEA分析利用功能框图和完成任务的要求来发现设计中潜在的薄弱环节，分析寿命及任务剖面内的故障模式、故障原因及危害性，即对运动安全、任务完成、维修和后勤保障的影响；
（3）RCM逻辑分析研究
a.通过失效模式分析，确定给定设备的关键元件；
b.对每个关键元件进行RCM逻辑判断、选择优化的维修方法，确定是否需要重新设计或改进；
c.确定维修任务、设备和周期，建立后勤分析所需数据完成RCM判断；
d.利用可获得的实际设备的可靠性、维修性数据．对维修过程进行优化。
（4）制定适用的、有效的维修计划。
1.1.5RCM分析的技术关键
（1）数据的获取；
（2）失效模式、机理、原因分析（力学、物理、化学、生物学机理和人为因索）；
（3）鉴定重要项目（故障对设备性能有严重后果的项目）和隐蔽项目（不易发现因而会成为隐患的项目）；
（4）RCM逻辑分析；
（5）可靠性、维修性设计与分析。
1.2以可靠性为中心的设备维修工作步骤
RCM分析过程分七个步骤：
1）系统选择与资料收集
2）系统边界定义
3）系统说明与功能框图
4）系统功能与功能故障
5）故障模式与后果分析（FMEA）
6）逻辑树分析（LTA）
7）检修方式选择
1.2.1系统选择与资料收集
（1）系统选择
当需要进行RCM分析编制维修计划时首先需要考虑是否整个电厂都要进行分析和系统如何划分，然后确定机组、系统、部件、零件。
机组：
将一些系统按一定逻辑昨天在一起，并运行。
系统：
一些部件组合在一起，能完成一系列工作所需的关键功能，如可分成：
给水系统、凝结水系统、主蒸汽系统、燃料系统等等。
部件设备：
一群零件组合在一起后能至少完成一种功能的独立件，如：
泵、风机、阀门、电动机和电源等。
零件：
设备经过最后彻底解体后存在的完整的部分，如：
轴承、齿轮、叶轮等。
经过实践表明，RCM分析以系统为基础开展分析最为合适。
在实际应用中确定了哪台机组的什么系统后，自然而然就涉及到设备的部件和零件，在分析过程中部件和零件不是完全独立可以分开的，而是系统、部件和零件紧密结合的。
在RCM系统分析中应考虑如下原则选择系统：
1）预防性维护工作量较大的机组和系统；
2）近几年来事故检修工作量较大的系统；
3）结合预防性维护工作量较大和事故检修工作量较大的系统综合考虑
4）近几年中事故检修费用较高的系统
5）近几年中导致停机或降负荷较多的系统
6）影响安全和环保程度较大的系统
7）设备的价值和检修费用较高的系统
（2）资料收集
为了完成RCM系统分析需要收集的资料：
1）系统设计说明书；
2）设备说明书；
3）设备运行规程；
4）系统管道和仪表图（P&ID）；
5）设备历史档案资料；
6）机组可靠性统计历史；
7）检修历史档案记录等；
总之，RCM分析中必须充分了解机组的系统和设备运行、维护、检修情况，对于RCM分析人员一定要熟知设备和系统情况以及积累足够的经验和RCM知识。
在火电厂中大致分了25至30个大系统，在系统选择过程中，一般从中选出10至12个系统；核电厂一般从100多个系统中选出30到40个系统。
1.2.2系统边界确定
根据电厂现有设计系统中确定系统界限，根据RCM分析的要求需要作出进一步的精确定义。
系统边界确定目的：
1）避免系统中的设备和功能遗漏或与相邻系统设备重叠；
2）需要确定输入接口与输出接口；
（1）系统界限定义
表1系统界限定义格式
步骤2-1：
系统界限定义
系统名称：
凝结水系统
工作日期：
工作人员：
系统或设备主人：
系统主要界限描述：
系统内主要设备包括：
系统开始于：
汽轮机排汽缸法兰
凝结水补水阀进口侧…
系统结束于：
凝结水出口端…
凝汽器、凝汽器热井、轴冷风机、输送泵…
备注：
（2）系统输入接口与输出接口
表2系统输入接口与输出接口格式
步骤2-2：
系统输入接口与输出接口
系统名称：
凝结水系统
工作日期：
工作人员：
系统或设备主人：
系统主要界限描述：
系统内主要设备包括：
状态
系统外围
图号
接口位置
入
汽轮机
汽轮机排汽缸法兰
入
主蒸汽
1号旁路在凝汽器进口
入
主蒸汽
2号旁路在凝汽器进口
入
直流信号
液位转换器的输入
入
凝结水
凝结水补水手动隔离阀入口
出
直流信号
凝汽器出口温度控制输出
……
备注：
（2）系统的设备和部件编码和整理
对于已有计算机化维修管理系统的设备和部件可以利用原由的设备编码；对于没有计算机化维修管理系统的设备和部件，可以按机组、系统、设备、部件分层次、分级别进行编码，有利于RCM分析和整理。
1.2.3系统说明与功能框图
（1）系统描述和说明
分析员对收集的资料进行整理和消化，通过系统描述和说明，记录了系统的准确范围，充分反映和识别系统功能的参数变化状况，充分了解原来预防性维修中可以改变的内容。
表3系统描述和说明格式
步骤3-1：
系统描述和说明
系统名称：
凝结水系统
工作日期：
工作人员：
系统或设备主人：
系统主要描述：
1）系统描述
2）功能说明
3）关键参数
4）设备备用情况
5）保护连锁特点和条件
6）关键设备和仪表特点…
备注：
（2）功能框图
表4系统功能框图
步骤3-2：
系统功能说明与框图
系统名称：
凝结水系统
工作日期：
工作人员：
系统或设备主人：
凝结水系统的主要功能是把凝结水从凝汽器热井送到除氧器，在输送过程中，对凝结水系统进行控制、过滤、加热等一系列必要的环节…
入
除氧器
凝汽器热井
备注：
1.2.4系统功能与功能故障
（1）功能和性能标准
维修的目的就是希望设备能保持完成设计功能的状态。
这意味着任何部件的维修需求只有在清楚了解其功能后,才能被确定。
所有设备通常有多种功能。
其功能可分成4种类型:
主要功能、次要功能、保护装置、冗余功能。
1）主要功能
投入运行的每一设备都要完成一种或几种特定的功能,这就是我们所知道的主要功能,这也是设备存在的根本理由,同时也是为设备检修计划人员所感兴趣的。
所以,应该认真仔细、尽可能准确地对这些功能进行定义。
2）次要功能
除了主要功能外,几乎每一设备还有许多次要功能。
这些次要功能通常不象主要功能那样明显,但其故障仍然会带来严重的后果,有时比主要功能所引起的故障更严重。
这意味着对这些功能进行维护常常会像维护主要功能那样耗费一样多的时间和精力。
因此也必须对这些次要功能作出清楚的解释。
典型的次要功能包括：
密封作用：
主要功能是输送各种物质（尤其是液体）的装置,都必须有密封作用。
这些装置常包括各种泵、管路、滑槽、漏斗和空气动力及液压系统。
为了保证不忽略有关的故障（泄漏或溢出）,除了主要功能外,还应列举次要功能。
支撑作用：
许多设备有结构性的次要功能,如承受构件的重量。
外观、卫生。
仪表：
固定的仪表是次要功能的重要组成部分。
它们可显示像压力、温度、速度、流速、液位这些变量以特定比例来反映实际情况。
一般来说，设备越复杂其功能也就越多。
对于一台设备,可能有多达20种次要功能。
3）保护装置
随着设备向复杂化方向发展,它产生的故障模式的数量也呈指数增长,这导致故障后果的种类和严重性也相应地增长。
为设法消除（或至少降低）故障后果,大量采用了自动保护装置,其作用方式如下：
吸引设备操作者对不正常状态的注意力（对故障影响起反应的警告灯和警报器,故障影响由多种限位开关、过载或超速装置、振动或加速度传感器、温度或压力等传感器来监测）：
报器,故障影响由多种限位开关、过载或超速装置、振动或加速度传感器、温度或压力等传感器来监测）：
一旦发生故障，则使设备停止运行（这些装置也对故障影响起反应,采用相同的传感器而且常与警报器的回路相同，只是设置不同而已）：
消除或缓解由于故障而产生的不正常状态，否则它会引起更为严重的损坏（消防设备、安全阀、安全膜、防爆膜）：
接替己失效的功能（各种备用设备,冗余结构元件）：
有时，这些装置的目的是防止人员受到伤害，有时是防止设备故障，常常是兼而有之。
有时它们的功能是很明显的，有时却是隐蔽性的。
保护装置能保证被保护功能的故障后果比不保护时其后果的严重性程度要低得多。
因此，保护装置的存在常常意味着被保护功能的维修需求远非无保护装置时的维修需求那样严格。
保护装置特别是隐蔽性保护装置的维修有两个基本点：
其一,对保护装置的日常维护，比对被保护设备的日常维护要更加留意；其二,不考虑保护装置的维修需求，就不可能合理地考虑被保护设备的维修需求。
然而，只有理解了保护装置的功能，才有可能考虑其维修需求。
因此，当列出设备的功能时，也必须列出所有保护装置的功能。
4）冗余功能
有时会遇到有些设备或部件是完全多余的。
这种事情常发生在几年内一直在对设备进行技术改造、或者新设备的技术规范提得过高时（当然上述论点不适用于安全原因所加装的元余部件，但适用于在使用范围内根本无用途的设备）。
例如,湿蒸汽供汽管路需要用到凝汽阀，供汽系统后来被修改成提供干蒸汽，因此凝汽阀变得多余了。
另一个例子是供气管上所用的减压阀，阀的原始功能是把气力从840降到560。
后来此系统被改造成进气压力为56OKPa，那么减压阀就毫无用途。
有时人们会主张像这样的部件不会有害，移去它们要花费较多的钱，因此最简单的解决方法可能是把多余部件留下来直到整个设备退役为止。
不幸的是，实际中尽管这些设备没有确定的功能，但它们仍然可以发生故障以致降低整个系统的可靠性。
为避免发生这种情况，仍然需要对这些部件进行维修，这意味着它们仍然要消耗资源。
在一个复杂系统中，有5%~20%多余的部件是很平常的。
如果把它们都去维修量和经费可以减少相同的比例。
但是，在有把握做这项工作之前，首先辨别和清楚地理解这些部件的功能。
鉴于上述原因，记录重要设备的所有功能是十分必要的，无论这些功能是主要的、次要的，还是保护的或是多余的。
（2）功能与功能故障的描述方式
第1步至第3步的工作方向是收集开发一套有规律的资料来定义系统的功能，RCM的原则是“保持系统功能”，所以分析人员有责任在整个分析过程中不漏一个功能。
这样在定义保持功能所需的预防性检修工作时也不会遗漏。
在说明功能时，要注意说明的对象是功能而不是设备本身，即不能用设备名称来说明功能，当然有时为了能完整说明功能，有必要在说明中提及系统界限屈外的设备或系统。
下面用几个例子说明如何正确说明功能：
表5设备历史故障记录格式
步骤3-3：
设备历史故障记录
系统名称：
凝结水系统
工作日期：
工作人员：
系统或设备主人：
设备或部件
日期
故障模式
故障原因
表6功能和功能故障记录格式
步骤4：
功能和功能故障记录
系统名称：
凝结水系统
工作日期：
工作人员：
系统或设备主人：
设备或部件
功能号
功能号故障号
功能或功能故障说明
表7功能和功能故障记录格式
步骤5-1：
功能和功能故障记录
系统名称：
工作日期：
工作人员：
系统或设备主人：
编号
设备或部件
功能故障1
功能故障2
功能故障3
功能故障4
……
1.2.5故障模式与故障后果分析（FMEA）
FMEA是可靠性工程中最常用的基本工具，用于对系统的可靠性进行定性分析，FMEA的整个过程包括设备故障模式的识别、故障原因的探索以及故障后果的评估。
FMEA原来是为一种工具提出的，在设计中可利用FMEA来识别设备的弱点，设计人员掌握着方面情况后就能确定采用哪些措施以防止或减轻这些故障模式发生的可能性。
FMEA是RCM中重要的环节，是RCM分析中重要的一步，通过这一步可以确定使功能发生故障的部件名称、故障模式与故障原因，并可确定应采取哪些预防维修措施来防止故障的发生、减轻故障的后果或检测到故障出现的开始阶段。
FMEA分析可以按以下格式进行。
表7故障模式与故障后果分析（FMEA）记录格式
步骤5-2：
故障模式与故障后果分析
系统名称：
凝结水系统
工作日期：
工作人员：
系统或设备主人：
设备或部件
故障模式
故障原因
故障后果
是否逻辑树分析？
局部
系统
全厂
（4）环境保护验收。
一、环境影响评价的发展与管理体系、相关法律法规体系和技术导则的应用
2）按发布权限分。
环境标准按发布权限可分为国家环境标准、地方环境标准和行业环境标准。
根据工程、系统生命周期和评价的目的，安全评价分为三类：
安全预评价、安全验收评价、安全现状评价。
8.编制安全预评价报告
1）规划实施可能对相关区域、流域、海域生态系统产生的整体影响。
C.环境影响报告书
4.选择评价方法
三、安全预评价报告的基本内容
1）规划实施可能对相关区域、流域、海域生态系统产生的整体影响。
故障模式都有典型的用词，如下表：
表8故障模式典型用词
擦伤
切割
腐蚀
熔化
点蚀
粘着
电弧
沾污
爆炸
遗漏
嵌入堵塞
撕裂
后退
软化
虚假指示
缺口
刺破
扭曲
不平衡
裂缝
疲劳
刻痕
破裂
未粘着
弯曲
损坏
波动
打开
脆化
不稳定
吹穿
有缺陷
绽裂
过热
刮伤
平面翘曲
断裂
分层
间断
超温
分离
耗尽
挠曲
劣化
不正确
应力过高
碎裂
堵塞
烧损
超压
剪切
摩擦发热
脏污
松动
……
……
1.2.6逻辑树分析（LTA）
表9逻辑树分析（LTA）记录格式
步骤6：
逻辑树分析（LTA）
资料：
各种故障模式的后果严重性分析
系统名称：
凝结水系统
工作日期：
工作人员：
系统或设备主人：
功能故障
部件及故障模式
严重性程度分析
明显？
人身安全？
停机？
减负荷？
等级或类别
1.2.7检修方式选择
表9检修方式选择记录格式
步骤7：
检修方式选择
资料：
选择过程与决策
系统名称：
凝结水系统
工作日期：
工作人员：
系统或设备主人：
功能故障
部件及故障模式
故障原因
选择过程
检修方式
有效资料
选择决定
维护频度
1
2
3
4
5
6
7
8
1.3以可靠性为中心的设备维修的实施
1）检修方式的比较和最终任务确定
表10检修方式的比较记录格式
步骤8：
检修方式的比较
资料：
比较RCM选用的方式与原有的方式
系统名称：
凝结水系统
工作日期：
工作人员：
系统或设备主人：
设备及部件
故障模式
RCM检修方式说明
频度
目前所用检修方式说明
频度
升级会员 