張樹忠, 曾欽達(dá),林景彩

(1.福建工程學(xué)院機(jī)械與汽車工程學(xué)院,福州 350118; 2.福建省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院,福州 350008)

基于風(fēng)險分析的起重機(jī)RCM方法

張樹忠1, 曾欽達(dá)2,林景彩2

(1.福建工程學(xué)院機(jī)械與汽車工程學(xué)院,福州 350118; 2.福建省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院,福州 350008)

經(jīng)典RCM(Reliability Centered Maintenance)需要消耗大量工時和人力資源,針對起重機(jī)維護(hù)體制的現(xiàn)狀和存在問題,提出基于風(fēng)險分析的起重機(jī)RCM方法,該方法開展起重機(jī)系統(tǒng)劃分后,對子系統(tǒng)或零部件進(jìn)行風(fēng)險識別與風(fēng)險評級,按照風(fēng)險等級分級管理,明確維護(hù)和檢修的周期、內(nèi)容以及方法,有效解決了“該不該修”的問題.

起重機(jī); RCM; 風(fēng)險分析; 維護(hù)

0 引言

以可靠性為中心的維修(RCM)是國際上通用的、用以確定資產(chǎn)預(yù)防性維修需求、優(yōu)化維修制度的一種系統(tǒng)工程方法[1,2].按國家軍用標(biāo)準(zhǔn)GJB 1378-2007《裝備預(yù)防性維修大綱的制定要求與方法》[3],RCM被定義為:“按照以最少的資源消耗保持裝備固有可靠性和安全性的原則,應(yīng)用邏輯決斷的方法確定裝備預(yù)防性維修要求的過程或方法”.從廣義上說,以可靠性為中心的維修是為確保設(shè)備在運(yùn)行環(huán)境下實(shí)現(xiàn)并保持其設(shè)計(jì)功能所必須的工作方法[4-6].實(shí)踐證明:如果RCM被正確運(yùn)用到現(xiàn)行的維修系統(tǒng)中,在保證生產(chǎn)安全性和資產(chǎn)可靠性的條件下,可將日常維修工作量降低40%至70%,大大提高了資產(chǎn)的使用效率[2].

但經(jīng)典RCM需要消耗大量工時和人力資源,其投資回報率受到不少人的質(zhì)疑.針對現(xiàn)行起重機(jī)維護(hù)體制的現(xiàn)狀和存在問題,提出基于風(fēng)險的以可靠性為中心的維護(hù)策略,通過基于風(fēng)險的方法針對關(guān)鍵的設(shè)備或者功能入手,注重于主要故障模式和故障的重大影響,制定合理的預(yù)防維護(hù)活動,將資源配置于關(guān)鍵設(shè)備的分析中,達(dá)到資源優(yōu)化配置的目的,可以使維護(hù)活動更經(jīng)濟(jì),更有效,并減少重大事故的發(fā)生.

1 基于風(fēng)險的RCM分析

改進(jìn)的RCM分析是基于標(biāo)準(zhǔn)的SAE JA1011[7],符合標(biāo)準(zhǔn)的RCM過程主要包括:

(1) 列出的功能及其組件的層次結(jié)構(gòu)(主要功能、子功能部件).

(2) 開展FMECA(Failure mode,effects and criticality analysis,故障模式影響后果分析).

(3) 為每個組件的適當(dāng)制定適當(dāng)?shù)木S護(hù)活動.

表1 風(fēng)險評估層次Tab.1 Hierarchy of risk accessing

同時系統(tǒng)中的風(fēng)險評估層次主要包括三個層次(見表1):子系統(tǒng)、設(shè)備或零部件、以及故障模式.前二層主要用于系統(tǒng)或部件的篩選,第三層故障模式的風(fēng)險分析(RA-Risk Analysis),按每個潛在的故障模式嚴(yán)重程度及其發(fā)生的幾率所產(chǎn)生的綜合影響進(jìn)行分類.主要從風(fēng)險的角度對FMEA進(jìn)行補(bǔ)充,即可以定性RA,又可以定量RA.

2 具體實(shí)施流程

2.1 信息收集

確定RCM對象,盡可能的收集下述有關(guān)信息:

(1) 收集產(chǎn)品相關(guān)概況,如產(chǎn)品的設(shè)計(jì)文件(包括總圖、主要受力結(jié)構(gòu)圖、機(jī)械傳動圖和電氣原理圖)、功能(包含隱蔽功能)和冗余度.

(2) 產(chǎn)品的故障信息,通過安裝使用維護(hù)說明書等隨機(jī)文件、維修保養(yǎng)、常規(guī)檢查和故障與事故的記錄等,收集產(chǎn)品的故障模式、故障原因和影響、故障率、故障判據(jù)、潛在故障發(fā)展到功能故障的時間、功能故障、和潛在故障的檢測方法等.

(3) 產(chǎn)品的維修保障信息,如設(shè)備、工具、備件、人力等.

主要通過相關(guān)廠家、使用單位以及維修單位的合作來獲取相關(guān)數(shù)據(jù);此外,還可通過查閱參考國內(nèi)外文獻(xiàn)、可靠性數(shù)據(jù)庫(如NPRD 2011,Nonelectronic Parts Reliability Data)、可靠性預(yù)計(jì)程序手冊(如NSWC 2010,Naval Surface Warfare Center)等,了解現(xiàn)有起重機(jī)故障的相關(guān)信息.

2.2 重要度分析

由于哈希函數(shù)具有單向性和抗碰撞性，因此可用于檢驗(yàn)消息的完整性，即檢驗(yàn)消息在傳送過程中是否被篡改。該過程被稱為哈希校驗(yàn)。

結(jié)合風(fēng)險評估對功能子系統(tǒng)、零部件產(chǎn)品進(jìn)行重要度分析,具體流程見圖1.

圖1 基于風(fēng)險的RCM分析方法Fig.1 RCM analyzing method based on risk assessment

(1) 按功能將起重機(jī)劃分成若干子系統(tǒng)(機(jī)構(gòu)),把子系統(tǒng)按復(fù)雜程度依次列出其所有產(chǎn)品,形成構(gòu)造樹;

(2) 通過故障生產(chǎn)影響后果、故障安全影響后果、故障環(huán)境影響后果、維修成本影響后果四個因素分析得出失效后果,采用風(fēng)險矩陣法,將各子系統(tǒng)失效概率和失效后果各分為5級,篩選出中高風(fēng)險的子系統(tǒng);

(3) 再對子系統(tǒng)各部件采用模糊層次分析法進(jìn)行重要度分析,篩選出中重要的零部件,從而使分析工作集中于小部分關(guān)鍵零部件,而不是成千上萬個零部件.

2.3 FMEA和模糊層次分析法的風(fēng)險評估

對通過重要度分析所篩選出的中高風(fēng)險零部件結(jié)合FTA分析法進(jìn)一步開展FMEA和模糊層次分析法的風(fēng)險評估,以明確掌握功能失效的損壞模式和高風(fēng)險所在,從而制定相應(yīng)的優(yōu)化維護(hù)策略,可有效的降低風(fēng)險,提高可靠性.

(1) 列出失效的各種可能情況以及對機(jī)器的影響,采用故障樹分析法找出造成此故障的可能原因和得到齊全的故障模式集合;

(2) 根據(jù)相關(guān)產(chǎn)品的歷史材料以及專家經(jīng)驗(yàn)定義出包含生產(chǎn)損失風(fēng)險、安全風(fēng)險、環(huán)境風(fēng)險和維修成本風(fēng)險四個因素的嚴(yán)重度(S),失效頻率(O)以及檢測度的等級(D);

(3) 通過基于變權(quán)模糊綜合評價法的風(fēng)險評估得到零部件的中高風(fēng)險故障模式,對其中的高風(fēng)險故障進(jìn)行詳細(xì)的分析和采取優(yōu)先對策.

當(dāng)沒有日常維護(hù)體系或在新建工廠的情況下,采用來源于所建立數(shù)據(jù)庫的通用故障概率.如果有日常維護(hù)體系下故障頻率的話,就使用特定的.

2.4 模糊判別的維修方式?jīng)Q策

基于RCM的維修決策是一個多因素、多層次的評判問題,影響因素較多,有些是可以量化的,有些則不能量化,只能進(jìn)行定性分析,且對各因素的評判往往具有模糊性.因此采用模糊判別的方法,根據(jù)設(shè)備的可靠性指標(biāo)結(jié)合經(jīng)濟(jì)性的要求,對起重機(jī)設(shè)備重要零部件的維修方式進(jìn)行決策,以期能有最有效的維修方式,最經(jīng)濟(jì)性的維修成本,實(shí)現(xiàn)以可靠性為中心的維修.

(1) 確定因素集合U,即確定采用何種維修方式密切相關(guān)的影響因素,包括可靠性、經(jīng)濟(jì)性、維修性、可監(jiān)測性等方面的評價因素.

(2) 確定評語集合V,包括事后維修、定期維修以及狀態(tài)維修.

(3) 確定各評價因素集合U對評語集合V的關(guān)系矩陣.

(4) 采用層次分析法確定各性能和各評價因素的權(quán)重集:①構(gòu)造判斷矩陣;②計(jì)算重要性排序;③一致性檢驗(yàn).

(5) 用兩層模糊綜合評判對維修方式?jīng)Q策:a.對評價因素一層進(jìn)行評判;b.對性能因素一層進(jìn)行評判.

(6) 采用最大隸屬度原則對評判結(jié)果進(jìn)行處理,得到產(chǎn)品的維修方式.

2.5 開展安全裝置的維修周期優(yōu)化

針對安全裝置在起重機(jī)械中的安全重要性,在確定安全裝置平均故障間隔時間(MTBF)的情況下,結(jié)合使用單位對各安全裝置可用度的要求,通過理論分析和計(jì)算來確定該安全裝置的故障檢測頻率,來保障起重機(jī)械安全裝置的可用度,減少事故的發(fā)生[8].

2.6 起重機(jī)維修決策系統(tǒng)

采用面向?qū)ο蟾呒壵Z言C#和SQL Server 2005數(shù)據(jù)庫,開發(fā)一套基于RCM技術(shù),能夠完成起重機(jī)的基礎(chǔ)信息管理,以風(fēng)險為基礎(chǔ)、具有良好目標(biāo)性的維修決策系統(tǒng)(見圖2),根據(jù)用戶選擇的影響因素來確定其零部件的維修方式,提高機(jī)械設(shè)備的可靠性和安全性,為企業(yè)提供以維修停機(jī)損失最小為目標(biāo)優(yōu)化、系統(tǒng)、科學(xué)的維修決策支持.

圖2 所開發(fā)的RCM軟件Fig.2 Interface of developed RCM software

3 結(jié)論

改進(jìn)的RCM方法,開展系統(tǒng)劃分后,對子系統(tǒng)或零部件進(jìn)行風(fēng)險識別、風(fēng)險評級,按照風(fēng)險等級分級管理.科學(xué)、系統(tǒng)地提出削減風(fēng)險提高可靠性的具體措施,明確維護(hù)、檢修的周期、內(nèi)容、方法.有效解決了“該不該修”的問題,解決了設(shè)備運(yùn)行周期與設(shè)備維修周期之間的矛盾,解決了降低維修成本和檢修深度、廣度之間的矛盾.

[1] Moubray J.Reliability-centred maintenance[M].2nd ed.Oxford:Butterworth-Heinemann,1999.

[2] Smith A M,Hinchcliffe G.RCM——gateway to world class maintenance[M].2nd ed.Oxford:Butterworth-Heinemann,2003.

[3] 中國人民解放軍總裝備處.GJB 1378A-2007 裝備以可靠性為中心的維修分析[S].北京:總裝備部電子信息基礎(chǔ)部,2007.

PLA General Armament Department. GJB 1378A-2007 Reliability centered maintenance analysis for materiel[S].Beijing: Department of electronic information, General Armament Department ,2007.

[4] Cheng Z,Jia X,Wang Y,et al.A Framework for the Case-Based and Model-Based RCM Analysis[C].the 3rd World Congress on Engineering Asset Management and Intelligent Maintenance Systems,Beijing,2008.

[5] Deshpande V S,Modak J P.Application of RCM to a medium scale industry[J].Reliability Engineering &System Safety,2002,77(1):31-43.

[6] Deshpande V S,Modak J P.Application of RCM for safety considerations in a steel plant[J].Reliability Engineering &System Safety,2002,78(3):325-334.

[7] SAE.SAE JA 1011 evaluation criteria for reliability-centered maintenance (RCM) processes[S].Society of Automotive Engineers,2008,8(01).

[8] 張樹忠,曾欽達(dá).起重機(jī)械安全裝置的故障檢測周期優(yōu)化[J].起重運(yùn)輸機(jī)械,2014(4):81-82.

ZHANG Shuzhong，ZENG Qinda.Optimization of failure finding task interval for crane safety devices [J].Hoisting and Conveying Machinery, 2014(4):81-82.

Risk-analysis-based RCM approach to cranes

ZHANG Shu-zhong1,ZENG Qin-da2,LIN Jing-cai2

(1.School of Mechanical and Automotive Engineering,Fujian University of Technology,Fuzhou 350018,China;2.Fujian Special Equipment Inspection and Research Institute,Fuzhou 350008,China)

Due that intensive human hours and resources are consumed using classic Reliability Centered Maintenance (RCM), a new RCM method is first proposed to resolve the crane maintenance problems based on risk analysis. Then, the system decomposition, subsystems or components risk identification and risk rating are conducted. According to the risk level of hierarchical management, the specific cycles, contents and methods are finally recognized on maintenance. Therefore, the proposed method is an effective solution to repairing.

crane; RCM; risk analysis; maintenance

福建省教育廳科技項(xiàng)目(JB14074);福建工程學(xué)院科研啟動基金(GY-Z14005);福建省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局科技項(xiàng)目(FJQI2015038).

張樹忠(1980-),男,博士.E-mail:zszgo@163.com

TH 17

A

1672-5581(2016)06-0548-04