新设备故障管理讲解

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1、1 南京理工大学 机械工程学院工业工程系 第6章 设备故障管理 2 引言 n目前，大多数设备远未达到无维修设计的程度，因而时 有故障发生，维修工作量大。为了全面掌握设备状态， 搞好设备维修，改善设备的可靠性，提高设备利用率， 必须对设备的故障实行管理 n设备故障管理的目的是在故障发生前通过设备状态的监 测与诊断，掌握设备有无劣化情况，以期发现故障的征 兆和隐患，及时进行预防维修，以控制故障的发生；在 故障发生后，及时分析原因，研究对策，采取措施排除 故障或改善设备，以防止故障的再发生。 3 n设备故障的管理 的内容包括：故 障信息收集、储 存、统计、整理 ，故障分析，故 障处理，计划实 施，处

2、理效果评 价及信息反馈。 4 6.1 设备故障分类 n按发生状态分 - 渐发性故障：与材料的磨损、腐蚀、疲劳及蠕变有密切关系 - 突发性故障：与设备参数的极限、操作合理性等有关 n按故障性质分 - 间断性故障 - 永久性故障 - 完全性故障 - 局部性故障 - 磨损性故障 - 错用性故障 - 固有的薄弱性故障 根据故障的表现形式，主要的 故障模式有损坏型、退化型、 松脱型、堵塞型、渗漏型、性 能衰退型和丧失功能型等。 5 6.2 设备故障的发展规律 n机械设备在使用过程中，其性能或状态随着使用 时间的推移而逐步下降，呈现如图所示之曲线。 - 潜在故障（Potential failure），指故

3、障发生前的一些 预兆，是可以识别的物理态，它表明一种可能的故障 即将发生。 - 功能性故障（Functional failure），指设备已丧失了 某种规定功能。 - 设备从潜在故障到功能故障的间隔期为P-F间隔。 6 n“P”点表示性能已经恶化，并 发展到可识别的潜在故障的 程度 n“F”点表示潜在故障已变成功 能故障，已质变到损坏的程 度。 n各种故障的P-F间隔差别很大 ，可由几秒到好几年，突发 故障的P-F间隔一般就很短。 7 早期故障期 又称为“磨合期”，开始故障率很高，但 随时间的推移故障率迅速下降。此期间发 生的故障，主要是由设计、制造上的缺陷 所致，或是使用环境不当所造成。 偶

4、发故障期 又称“有效寿命”阶段，设备故障率 大致处于稳定状态，趋于定值。在此 期间，故障发生是随机的。偶发故障 期的故障，多起因于设计、使用不当 及维修不力。故通过提高设计质量， 改进使用管理，加强监视诊断与维护 保养等工作，可使故障率降低到最低 水平。 耗损故障期 在设备使用的后期，故障率开始 上升。这是由于设备零部件的磨 损、疲劳、老化、腐蚀等造成的 。 8 n设备故障率曲线变化的3个阶段，真实地反映出设备从磨 合、调试、正常工作到大修或报废故障率变化的规律。 n随着科学技术的发展，特别是机电液一体化技术的综合 应用，由简单的机械设备转变为计算机辅助控制的大型 复杂设备。这些精密、大型、数

5、控等结构复杂设备的故 障规律与传统的浴盆曲线相背离，使人们开始对这些设 备的故障规律进行研究。 n曲线A显示了恒定的，或者略增的故障率 ，接着就是磨损期。 n曲线B显示了缓慢增长的故障率，但没有 明显的磨损期。 n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。 n曲线D显示了设备整个寿命周期内的一个 恒定的故障率。 n曲线E显示，开始有高的初期故障率，然 后急剧地降低到一个恒定的或者是增长极 为缓慢的故障率。 n研究表明，4的设备遵循典型的浴盆曲 线，2的设备遵循曲线A，5的设备 遵循曲线B，7的设备遵循曲线C，14 的设备遵循曲线D，不少于68的设 备遵循曲线E。显然

6、，在设备越来越复杂 的情况下，更多的设备遵循D和E所代表 的模式。 10 n研究说明，原来认为设备使用时间越长磨损越严 重，而会使故障率上升的观点不一定正确。对于 某种故障模式起主导作用的设备，故障率可能与 使用时间有关。而对于大多数设备来说，使用时 间长短对于设备可靠性的影响不大。 11 6.3 设备故障的分析方法 n故障原因分类 序号原因类型 1设计问题 2制造问题 3安装问题 4操作保养不良 5超负荷、使用不合理 6润滑不良 7修理质量问题 8自然磨损劣化 9自然灾害 10操作者马虎大意 11操作者技术不熟练 12违章操作 13原因不明 50 100 占 全 部 故 障 频 率 数 %

7、润 滑 不 良 自 然 磨 损 操 作 保 养 不 良 操 作 者 马 虎 大 意 维 修 质 量 不 高 操 作 不 熟 练 超 载 使 用 不 合 理 制 造 不 良 违 章 操 作 设 计 不 良 原 因 不 明 12 n主次图分析 - 是一种利用经验判断分析问题的方法，是将平时设备 故障频次记录下来，统计绘出设备的故障主次因图（ 帕累托PARETO图） - 按照意大利科学家帕累托的80/20法则，设备20%的故 障模式决定着80%的停机时间。即要抓住最有倾向性 的前20%故障模式，因为它们决定了设备的主要故障 停机。 按主次排列 的故障原因 故障 频次 变速 主轴 溜板电器其他 48.

8、5% 77.3% 86.4% 94.5% 99.9% 加工机床的故障主次因图 13 nMTBF分析法（平均无故障时间，Mean Time Between Failure ） - 记录观测期内发生的全部故障（无论停机时间长短） ，包括突发故障（事后修复）和将要发生的故障（通 过预防维修排除）的有关数据资料、故障部位（内容 ）、处理方法、发生日期、停机时间、修理的工时、 修理人员等。 14 观测期 t2t1t3 tn-1tn t01t02t03 t0n-1t0n 平均无故障时间MTBF 平均修理时间MTTR 15 n如果测定MTBF的分析是为了解决故障发生规律，则应 把所有原因造成的故障都统计在内

9、。 n如果测定MTBF的分析目的是求得可靠性数据，则应在 故障统计中剔除那些非正常情况造成的故障，如明显的 超设备性能使用、人为损坏、自然灾害等造成的设备故 障。 n如果把记录故障的工作一直延续下去，当设备进入使用 后期（损耗故障期）将会出现故障密集现象，故障流的 间隔时间显著缩短。通过对多台相同设备的故障记录分 析，就可以科学估计设备进入耗损故障期的时间。 16 n故障树分析法 - 复杂系统都需要有效的可靠性与安全性评价，系统看 故障成因： 部件（硬件）的缺陷和性能恶化 软件程序错误 操作人员操作不当 - 故障树分析法FTA （Failure Tree Analysis），是美国贝尔电话 实

10、验室于1962年开发的，它采用逻辑的方法，形象地进行故障 （危险）的分析工作。其后，在航空和航天的设计、维修，原子 反应堆、大型设备以及大型电子计算机系统中得到了广泛的应用 。 17 n故障树分析法的特点 - 从系统开始，到部件，再到零件逐渐展开成树状的逻辑 图，来分析故障事件（又称顶端事件）发生的概率。 - 适合于用电子计算机来进行逻辑推理计算； - 对系统故障可以做定性、定量的分析； - 单一构件所引起的系统故障分析，多个构件不同模式故 障分析。 - 构造故障树受人的因素影响，容易发生错误和失察。 - 由于每个分析人员所取的研究范围各有不同，其所得结 论的可信性会有所不同。 18 n故障树

11、的编制 - 故障树是由各种事件符号和逻辑门组成的，事件之间 的逻辑关系用逻辑门表示。这些符号可分逻辑符号、 事件符号等。 （1） 事件符号 矩形符号：代表顶上事件或中间事件，是通过 逻辑门作用的、由一个或多个原因而导致的故 障事件。 圆形符号：代表基本事件，表示不要求进一步 展开的基本引发故障事件。 屋形符号：代表正常事件，即系统在正常状态 下发挥正常功能的事件。 菱形符号：代表省略事件，因该事件影响不大 或因情报不足，因而没有进一步展开的故障事 件。 椭圆形符号：代表条件事件，表示施加于任何 逻辑门的条件或限制 19 n逻辑符号 - 故障树中表示事件之间逻辑关系的符号称门。 符号名称因果关系

12、 与门 当全部输入事件发生时，输出事件才发生的逻辑关系 。 或门 或门：代表一个或多个输入事件发生，即发生输出事 件的情况 禁门 禁门：是与门的特殊情况。它的输出事件是由单输入 事件所引起的。但在输入造成输出之间，必须满足某 种特定的条件。 顺序门输入端所有事件按从左到右的顺序出现才有输出 与或门输入端事件中只能有一个事件出现才有输出 20 n故障树的构成 系统失效状态（顶端事件） 按由下向上顺序逐级用“与门”、“或门”或其它逻辑符号 来表示导致系统失效的中间事件（原因）及其逻辑关系 在逻辑符号的上方或对于其他有待分析其原因的事件用 矩形的符号表示，并用文字加以说明 到最后一级即不能或不必要再分的基本事件 用圆形的事件符号表示，并用文字加以说明 21 n在大多数情况下，故障树都是由与门及或门综合 组成。因此，在各基本事件均为独立事件的条件 下，即可利用事件的和、积、补等布尔代数的基 本运算法则，列出这个系统的故障函数（系统故 障与基本事件的逻辑关系）。随后，就可进一步 对顶端事件做出定性的或定量的分析。 22 n两级故障树：F=XAXB nXA= X1X2及XB=X3X4 n故F=XAXB = (X1X2） U(X3X4） n系统失效函数可简写为： F(x)=X1+X2+X3+X4 23