氧化鋁廠機(jī)械設(shè)備維修技術(shù)方案設(shè)計

隋 新，劉志龍

（1.煙臺南山學(xué)院，山東 煙臺 265700；2.南山印尼賓坦氧化鋁有限公司）

氧化鋁機(jī)械設(shè)備維修與保養(yǎng)是保證氧化鋁生產(chǎn)的核心環(huán)節(jié)，合理的機(jī)械設(shè)備維修保養(yǎng)不僅增加了機(jī)械設(shè)備使用壽命，同時也保證氧化鋁廠的生產(chǎn)效率與生產(chǎn)質(zhì)量。氧化鋁廠在生產(chǎn)過程中對機(jī)械設(shè)備耗損較大，機(jī)械設(shè)備維修也是保證氧化鋁廠日常運(yùn)轉(zhuǎn)的重要措施[1]。氧化鋁廠機(jī)械設(shè)備維修保養(yǎng)難度較大，且維修花費(fèi)資源較長，受到維修人員能力限制，嚴(yán)重影響了氧化鋁廠生產(chǎn)。因此提出氧化鋁廠機(jī)械設(shè)備維修技術(shù)方案設(shè)計，對機(jī)械設(shè)備及時維修，避免機(jī)械設(shè)備老化故障、隱藏故障以及損壞故障燈影響正常生產(chǎn)。機(jī)械設(shè)備維修技術(shù)方案需要根據(jù)設(shè)備使用運(yùn)行階段，制定設(shè)備維修機(jī)制，將建立機(jī)械設(shè)備維修檔案，以便下次設(shè)備發(fā)生故障時及時對設(shè)備情況能夠快速了解[2]。如果出現(xiàn)重復(fù)故障情況，可以快速找出設(shè)備故障區(qū)域，提高維修效率，避免因?yàn)樵O(shè)備維修而拖延氧化鋁廠的生產(chǎn)效率。

1 氧化鋁廠機(jī)械設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)態(tài)評價

氧化鋁廠機(jī)械設(shè)備運(yùn)行中任意時刻都可能發(fā)生失控，影響生產(chǎn)效率。而設(shè)備故障報警概率受到設(shè)備失控時間點(diǎn)影響較大，在運(yùn)行周期內(nèi)受到設(shè)備運(yùn)行市場相關(guān)影響，對設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控下運(yùn)行穩(wěn)態(tài)作出分析[3]。假設(shè)在w 臺設(shè)備運(yùn)行中，出現(xiàn)故障率為f1，每個設(shè)備運(yùn)行時分為受控與失控兩種狀態(tài)。當(dāng)機(jī)械設(shè)備從受控狀態(tài)轉(zhuǎn)為失控狀態(tài)時，即機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)故障。想要保障氧化鋁廠正常運(yùn)轉(zhuǎn)，減少生產(chǎn)損失，需要對每個機(jī)械在生產(chǎn)時進(jìn)行監(jiān)測，剔除其中失控設(shè)備，并利用屬性控制來完成設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)控制，根據(jù)失控設(shè)備情況視情況做出維修。

機(jī)械設(shè)備St（ii=1，2，…，W）連續(xù)生產(chǎn)中，對每個生產(chǎn)中的機(jī)械設(shè)備mi（ mi≥1）進(jìn)行監(jiān)測，在一個運(yùn)行周期內(nèi)完成ni次監(jiān)測，獲取ni個樣本數(shù)據(jù)，獲取周期內(nèi)失控機(jī)械設(shè)備數(shù)量。統(tǒng)計周期內(nèi)失控機(jī)械設(shè)備數(shù)為D，而周期內(nèi)科接受失控設(shè)備最大數(shù)為ci。當(dāng)氧化鋁廠中整體設(shè)備失控數(shù)量達(dá)到一定數(shù)量時，即Di>ci，會影響整體氧化鋁廠正常運(yùn)行，需要停機(jī)檢修。機(jī)械設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定監(jiān)控示意圖，如圖1 所示：

圖1 機(jī)械設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定監(jiān)控示意圖

假設(shè)機(jī)械設(shè)備St（ii=1，2，…，W）從受控狀態(tài)變?yōu)槭Э貭顟B(tài)的時長呈服從指數(shù)分布，以生產(chǎn)為單位時間衡量設(shè)備狀態(tài)。若機(jī)械設(shè)備的平均失控間隔較長，則設(shè)備檢驗(yàn)、維修間的時間比可以忽略不計，在充分平衡狀態(tài)下，各設(shè)備可從失控狀態(tài)下迅速恢復(fù)保持正常生產(chǎn)狀態(tài)[4]。

每個檢測時間點(diǎn)上的設(shè)備Sti（i=1，2，…，W）在經(jīng)理一個采樣周期后，從狀態(tài)Sij遷移到狀態(tài)Sik。假設(shè)Sti（i=1，2，…，W）在采樣周期[1,mi，ni]內(nèi)一直處于受控狀態(tài)，在受控狀態(tài)下的運(yùn)行合格率為，在監(jiān)控周期結(jié)束后沒有發(fā)生報警，則設(shè)備運(yùn)行的不合格率0≤Di≤ci的概率為：

在Sti（i=1，2，…，W）采樣周期 [1,mi，ni]內(nèi)，產(chǎn)生了s（0≤s≤mi，ni）個產(chǎn)品后發(fā)生失控，在失控狀態(tài)下運(yùn)行不合格率為pi1，則一個運(yùn)行周期結(jié)束后未檢測出失控狀態(tài)概率為：

根據(jù)公式（2）計算結(jié)果，St i（i=1，2，…，W）的穩(wěn)態(tài)概率πi=｛πi1，πi1，πi1，πi1，｝為：

根據(jù)計算結(jié)果得到氧化鋁廠機(jī)械設(shè)備運(yùn)行生產(chǎn)穩(wěn)態(tài)評價。

2 設(shè)備運(yùn)行故障判斷與維修

在機(jī)械設(shè)備穩(wěn)態(tài)運(yùn)行下，利用數(shù)據(jù)所在位置與狀態(tài)運(yùn)行對故障做出判斷[5]。為保障計算步驟簡單，對數(shù)據(jù)完成簡單初步處理后，將相同數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)劃分為若干區(qū)間，給予每個區(qū)間一個相對應(yīng)的初始值。采用等距區(qū)間法，結(jié)合氧化鋁廠的生產(chǎn)要求，將機(jī)械設(shè)備運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)劃分為偏低、標(biāo)準(zhǔn)以及偏高三種。按照生產(chǎn)過程中的工作需求做出數(shù)據(jù)細(xì)化分類，如圖2 所示：

圖2 故障判斷示意圖

在公式中，Q（a，b）為非負(fù)數(shù)，考慮到最小結(jié)構(gòu)風(fēng)險值，并將其用于監(jiān)測設(shè)備運(yùn)行狀況與風(fēng)險程度間的平衡。假設(shè)已知運(yùn)行樣本數(shù)據(jù)集合為，將標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下支持向量轉(zhuǎn)變?yōu)槠鋵?yīng)匹配值：

在計算中，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下支持向量平衡樣本具有較好的分類型。但在實(shí)際狀態(tài)分類過程中，設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)評估會出現(xiàn)不平衡樣本狀態(tài)。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下樣本將故障樣本判斷為正常樣本的缺陷樣本，在實(shí)際工作過程中樣本故障樣本存在缺陷遠(yuǎn)高于正常樣本。因此根據(jù)計算結(jié)果，判斷與正常樣本值缺陷較大樣本，根據(jù)缺陷類型確定故障原因，并制定相應(yīng)維修方案。

3 實(shí)驗(yàn)分析

3.1 測試環(huán)境概述

利用實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證氧化鋁廠機(jī)械設(shè)備維修技術(shù)方案設(shè)計的有效性，在測試環(huán)境中運(yùn)行傳統(tǒng)維修技術(shù)方案與本文設(shè)計維修方案，對比兩組方案的運(yùn)行效果。測試過程中，本文維修技術(shù)運(yùn)行硬件環(huán)境為Intel Core i5-8279U 2.40GHz 主頻，16G 內(nèi)存，windows10 操作系統(tǒng)運(yùn)行，傳統(tǒng)維修技術(shù)方案為人工維修方案。實(shí)驗(yàn)對象為某一氧化鋁廠機(jī)械設(shè)備，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來源以傳統(tǒng)維修技術(shù)在實(shí)驗(yàn)廠內(nèi)設(shè)備運(yùn)行30 個月內(nèi)故障與維修的60 組數(shù)據(jù)為主，將數(shù)據(jù)運(yùn)行至計算機(jī)環(huán)境內(nèi)，完成本文設(shè)計維修方案測試。兩組實(shí)驗(yàn)測試環(huán)境與參數(shù)相同。記錄兩組實(shí)驗(yàn)在多種設(shè)備檢修中各設(shè)備維修間隔，驗(yàn)證兩種維修方案有效性。

3.2 維修效果分析

在兩組維修方法下，分別對輸送設(shè)備、金屬加工設(shè)備、鍛造設(shè)備故障維修效果進(jìn)行分析，其測試結(jié)果如下表1 所示：

表1 測試結(jié)果分析

根據(jù)測試結(jié)果可以分析出，在相同實(shí)驗(yàn)條件下兩組維修技術(shù)的設(shè)備維修時間出現(xiàn)了明顯差異。傳統(tǒng)維修技術(shù)方案的檢修時間間隔受到人為因素影響，其時間間隔無法得到保障，測試結(jié)果出現(xiàn)較大的隨機(jī)性。而本文維修技術(shù)方案的維修時間間隔得到了明顯延長，可根據(jù)報警情況視情維修，有效提升設(shè)備運(yùn)行質(zhì)量。

4 結(jié)束語

氧化鋁廠機(jī)械設(shè)備維修技術(shù)決定了設(shè)備運(yùn)行效率，為此在其維修技術(shù)方案設(shè)計中針對設(shè)備安全隱患原因，針對設(shè)備運(yùn)行中的故障最大程度消除與避免安全隱患發(fā)生。機(jī)械設(shè)備作為氧化鋁廠運(yùn)行的基礎(chǔ)，利用先進(jìn)的技術(shù)提升整體設(shè)備運(yùn)行質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)氧化鋁廠設(shè)備安全運(yùn)行效益最大化。