以可靠性为中心的维修（RCM） 简介国家压力容器与管道安全工程技术研究中心 （合肥通用机械研究所）陈学东 杨铁成 艾志斌 王冰二○○四年十二月1 设备维修模式与策略的变迁 q 三个阶段第一代维修模式事后维修(BM－Breakdown Maintenance)(上世纪50年代前)坏了才修，不坏不修(故障后果轻微，且有备件的设备适用)第二代维修模式仅考虑时间的预防维修(PM－Preventive Maintenance)(上世纪60年代至80年代) 以时间为基础的维修(TBM－Time Based Maintenance)不管坏与不坏，修了再说苏联：计划维修(PPM－Planning Preventive Maintenance) 按计划大、中、小修(我国过去也采用) 美国：预防维修(PM)事后维修(BM) 预防维修(PM) 改善维修(CM－Corrective Maintenance) 维修预防(MP－Maintenance Preventive) 定期检修(减少非计划停车损失→成本较高→过度维修与维修不足)(适用于确定寿命周期或故障率显著增加的工作时间段)第三代维修模式 (上世纪60年代出现，上世纪80年代至今天广泛使用) 基于可靠性的维修(RCM ) 状态维修(CBM－Condition Based Maintenance)全员生产维修(TPM)(日本) 全面计划质量维修(TPQM) 适应性维修(AM) 利用率为中心的维修(ACM) 风险维修(RBM) 费用有效性维修(CEM－Cost Effective Maintenance) 商业关键性维修(CCA－Commercial Criticality Maintenance)可靠性分析理念安全与经济性的统一 计算机技术应用 该修必修 需要时随时修 能不修就不修检测间隔期 P-F1间隔图1 潜在故障的P-F间隔示意 A－故障开始发生点 P－能检测到的潜在故障点 F－功能故障发生点检测法： 振动检测 油液分析 红外检测 声发射或 超声波检 测图2 RCM 理论中的故障模型类型故障率特性在大系统(如飞 机)故障中比例相关性“浴盆曲线，为两种或两种以上类 型的组合 4％使用年限 (TBM)有适 用性 疲劳 腐蚀 氧化故障率恒定或逐渐增大，最后是 耗损区 2％故障率缓慢增加，没有明显的耗 损工龄区，可能原因为疲劳 5％新或刚出厂时故障率低，以后迅 速增加到一个较稳定的水平 7％与使用年 限无关 (TBM不适 用)整个寿命期内故障稳定，随机故 障，难以进行状态监测 14％起始时早期损坏率较高，以后故 障率逐渐下降到一个稳定的水平 上，其早期故障原因是制造、安 装、调试不当 68％同一个设备可能有不同的故障模型q RCM 起源与改进国外1978年美国联合航空公司(Stanley Nowlan 与 Howard Heap)“民用航空飞机维修大纲” MSG3美国海军“海军航空兵RCM 过程指导手册”(NAVAIR 00-25-403)英国海军“面向RCM 的海军工程标准”(NES45)1980年美国与欧洲的民用工业广泛应用RCM (核电站、火力发电厂)1996年美国自动化工程协会“RCM 过程评审准则”(SAEJA1011)国内1979年民航与空军引进了RCM 1992年GJB “装备预防性维修大纲的制订要求与方法”近年来电力系统(北仑港、外高桥、大亚湾)、工程机械q RCM 的社会基础1970年“美国职业安全与健康法”1974年“健康安全法”安全的工作环境(社会承受能力脆弱)一系列标准规范严重的失效事故，管理人员受到严惩所有发达国家都有类似的法规我国更侧重于经济效益，缺乏西方对RCM 的社会需求，但近年有所变化q维修与资产完整性管理q基于风险的资产管理（RBAM）2 RCM 定义 RCM (Reliability Centered Maintenance)以可靠性为中心的维修管理一种维修的理念，一种维修的策略，一种维修的模式依据 可靠性状况应用 逻辑判断方法确定维修大纲→达到优化维修的目的安全 最小的维修资源消耗功能与故障分析 后果与严重程度维修内容 维修类型 维修间隔期 维修级别图3图4 RCM 流程图图5 故障后果及维修工作分析流程图(第一步)图6 预防性维修工作类型分析流程(第二步)3 RCM 故障与后果分类及处理原则 故障设备不能实现预定功能的状态 功能故障明显功能故障 潜在故障隐蔽功能故障 故障后果： 安全性和环境后果：人员伤亡与环境污染 隐蔽性故障后果：暂无直接影响，导致严重的多重故障后果 使用性后果：影响生产(产量、质量、销售服务与运行费用) 非使用性后果：只影响直接经济费用，不影响安全 处理原则： 功能丧失与安全性环境性后果→必须预防维修，否则改变设计或流程 隐蔽性故障对操作人员不是显显而易见的→预防维修为主 事后维修(非使用性后果) 使用性与非使用性→根据效果费用→决定 状态维修 预防维修 改进设计4 RCM 基本问题 John Moubray 在《Reliability Centered Maintenance》专著提出，已被广泛采用七个逻辑步骤 ① 功能：现行的使用环境下，设备的功能及其 性能指标是什么？ ② 故障模式：什么情况下设备无法实现其功能？ ③ 故障原因：引起各故障的原因是什么？ ④ 故障影响：各故障发生时会现现什么情况？ ⑤ 故障结果：什么情况下各故障至关重要？ ⑥ 预防性措施：做什么工作才能预防各故障？ ⑦ 被动维修对策： 找不到适当的工作怎么办？ v 故障模式及影响分析(FMEA)图7 RCM 逻辑决策图N1. 对非使用性后果 的故障的状态监测工 作是否技术可行？ H1. 对隐蔽性故障的 状态监测工作是否技 术可靠的？ O1. 对有使用性后果 的故障的状态监测工 作是否技术可行？ S1. 对有安全性后果 的故障的状态监测工 作是否技术可行的？ H. 功能故障的发生对 正常使用的操作人员 是明显的吗？ O. 该故障对设备使用 功能是否有严重的不 利影响？ S. 故障带来的攻能丧 失是否有安全性或环 境性后果？ YNYNYN状态监测＜－Y 状态维修 N状态监测＜－Y 状态维修 N状态监测＜－Y 状态维修 N状态监测＜－Y 状态维修 NN2. 定期计划维修工 作是否技术可靠的？ H2. 定期计划维修工 作是否技术可行的？ O2. 定期计划维修工 作是否技术可行的？ S2. 定期计划维修工 作是否技术可行的？ N3. 用于避免或降低 故障率的定期报废工 作是否适用有效？ H3. 用于避免或降低 故障率的定期报废工 作是否适用有效？ O3. 用于避免或降低 故障率的定期报废工 作是否适用有效？ S3. 用于避免或降低 故障率的定期报废工 作是否适用有效？ 定期计划维修 ＜－Y N定期计划维修 ＜－Y N定期计划维修 ＜－Y N定期计划维修 ＜－Y NH4. 检测故障的故障 诊断工作是技术可行 并值得做的吗？ S4. 各种预防维修的 组合工作是否适用有 效？ 预定故障诊断 ＜－Y N组合工作 ＜－Y＜－＞N－＞必须进行重新设计 定期报废＜－Y N定期报废＜－Y N定期报废＜－Y N定期报废＜－Y NH5. 多重故障是否有 安全或环境性后果？ 重新设计＜－Y N－＞事后维修，最好进行重新设计 事后维修 最好进行重新设计 事后维修 最好进行重新设计 5 RCM 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。
6 RCM 的三个分析阶段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 表1 故障模式的层次表故障现象（故障模式）故障产生的原因和机理离心泵不能正常运转轴承烧坏轴承烧坏轴承过热 轴承过热润滑不良、轴承安装不正确 、轴承磨损等表2 故障现象分析及维修方法故障现象学 (故障模式)故障产生的原因和机理 维修方法离心泵振动① 叶轮磨损不均或流道堵 塞，造成叶轮不平衡① 对叶轮作平衡校正 或清洗叶轮 ② 轴承磨损② 修理或更换轴承 ③ 泵轴弯曲③ 校直或更换泵轴 ④ 转动部件有摩擦④ 检修 ⑤ 转动部件松驰或破裂⑤ 检修或更换磨损零 件 ⑥ 泵内发生气蚀现象⑥ 排除产生气蚀的原 因 ⑦ 两联轴器结合不良⑦ 重新调整 ⑧ 地脚螺栓松弛⑧ 拧紧地脚螺栓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 几种方法综合，状态检测为主故障原因检测、加油等辅助工作是否有效减少该故障？ 定期维护是否能用监控检查出异常情况？是否状态检修是否能用状态检修分析有效查处异常情况？是否定期更换组合所有预防检修措施是否能有效降低故障？是否定期修复损伤 是否能通过定期更换备品部件有效降低故障率 ？是否状态检修是否能通过定期修复损伤部件有效降低故障？是否组合使用 维修措施 改进维修或维修改进是否图8 RCM 检修方式选取方法RCM 逻辑判断通过一组标准的评价问题组成两个级别级别1 (有4个问题)？ 操作者能否检出故障？ 故障是否导致不安全事故？ 单独的隐蔽故障率或隐蔽故障与 其它故障相加是否导致不安全？ 故障对运行性能有无不利影响级别2 (有22个问题) 区分后果，采取不同的维修策略→ 产生五种类型q 影响安全明显型q 影响运行的经济型q 不影响运行的经济型q 有隐蔽的安全问题q 非安全 / 经济型7 RCM 主要研究内容①设备功能研究 ②FMEA 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、维修和保障的影响； ③RCM 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，建立维修分析所需数据，过错 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。
8 RCM 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 学机理和人为因素) 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)④RCM 逻辑分析 ⑤可靠性、维修性设计与分析9 RCM 注意的几个问题①状态维修中，注意P-F间隔时间②排除隐蔽功能故障至关重要③若不改变设计，RCM 只能保持固有可靠性，不能提供设备可靠性④若不改变设计，RCM 只能降低故障频率，不能改变故障后果⑤RCM 计划要根据后果不断修订，逐步改善⑥不要轻易节省过程，不要轻易类比故障模式及影响分析(FMEA) 至关重要⑦适合我国国情10RCM 前景①对设备故障模式、机理等能有较好的了解； ②改善安全性和环境完整性； ③有利于提高运行性能和维修成本效益； ④延长物项的使用寿命； ⑤增进了设计、生产、使用和维修部门之间的协作精神； ⑥可以最低费用保证最大安全性和可靠性； ⑦大大减少了维修条款（项目）； ⑧节省人力、物力和财力，缩短了维修时间 多维修、多保养安全 避免故障后再维修＝＞→提高国际竞争力 (维修不足)节约 国外石化企业已广泛应用RCM ，有成功经验 → 成熟的数据库(如DNV软件)qRCM实施基本程序q筛选风险矩阵q详细RCM分析-安全风险矩阵q详细RCM分析-环境风险矩阵q详细RCM分析-财务风险矩阵q详细RCM分析-资。