行业交流 设备故障管理

一、什么是设备零故障管理
       设备零故障管理是实现TPM的重要内容。保障设备处于零故障状态，能够有效保证生产工作持续进行，从而能实现TPM的目标。
1.什么是故障
     解决设备故障之前，首先要了解什么是故障。
      从结果来看：故障是设备失去原有的功能。
       从原因来看：故障是人“故意”引起的“障碍”。
      综合这两点，故障就是设备、物品等丧失规定的功能。
       在工业生产领域，故障的意思是“故障是人故意引起的障碍”，即意味着故障是由人的思考方式和行为的错误而引起的。
      企业出现的故障多数都属于功能停止性故障与功能下降性故障。功能停止性故障往往是突发性故障，其原因易于查明，原因和结果之间的关系比较明显，因而也比较易于制定对策。与此相反，在非突发性情况下，造成故障和不良的原因很少只有一个，常常很难明确了解真正的原因，即原因与结果之间的关系不太明显，因此比较难以制定对策。突发性故障一旦发生，则损失较大，故而企业都会迅速想办法解决。
       功能下降性故障属于隐性慢性故障，是指设备没有达到其原有功能，但由于每次造成的损失不大，因而常常会被忽视。无论哪一种故障，都会导致生产设备无法正常运转，影响企业的生产。
       无论故障的大小，即便是小瑕疵，企业也一定要养成追根问底的习惯，迅速对故障进行排查，彻底了解设备原有的状态，例如安装精度、装配精度、操作环境、使用条件、材质强度等，并把导致出现异常的原因一一列出。只要有可疑之处，就必须将其完整登记在表中，随后通过TPM活动进行解决。这项工作应当在全员中开展，仅靠一两位技术人员，是很难解决此类问题的。如果不去探究真正的问题出在哪里，有的企业甚至会减少生产周期时间、降低故障发生率，那么就会使这种故障永远被潜藏，却不断干扰企业正常的生产工作。
      解决故障，就是解决“人”的问题。当企业内员工的思考方式和行为得以转变，能够正确认识“故障并非设备本身的原因”时，就能有效解决设备故障问题，实现设备零故障的管理追求。
       TPM活动的核心，在于借助科学的管理体系，提高“人”的主观能动性，从而解决设备的问题。这与传统管理中“设备管理是孤立的工作”有本质不同。
2 缺陷转化为故障
      设备出现故障，并不是没有缘由地忽然产生的。事实上，设备在出现故障和劣化前已经有很多迹象表现出来，此即缺陷。缺陷是故障出现的前提；当缺陷积累到一定程度后，故障就会产生。图1所示为缺陷转化为故障的过程。

注：即使没有大缺陷，但缺陷还在积累（按照微缺陷→中缺陷→大缺陷的顺序）
           图1缺陷转化为故障的过程

        所谓缺陷，其定义为：引起故障、品质损失等的设备方面的原因。设备出现缺陷，通常会有以下表现。
①安全保护不全面或不能正常工作。
②安全设施不全或不合格。
③系统或设备标志不全、不明确。
④渗漏，包括漏油、漏水、漏气、漏风、漏灰、漏烟、漏煤。
⑤仪器、仪表指示显示不准，整定不符合要求。
⑥运行设备和备用设备发生异常。
⑦系统与设备的性能或功能与设计不符（已变更并办理变更手续视为等同于设计状态），或影响人身和设备安全、经济运行。
⑧其他影响经济运行及文明生产的异常现象。
二、缺陷根据严重程度，分为不同的类型。
1. 大缺陷
      也称危急缺陷，指设备的缺陷直接威胁设备和人身安全，随时都有发生事故的可能，会单独引起故障，造成品质损失。此类缺陷往往较为明显，很容易被发现。
2. 中缺陷
      也称一般缺陷，对设备和人身安全威胁不大，但如果两个或几个问题点相互作用，就会引起损失。此类缺陷通常有迹可循，只要稍加分析就能发现其中的问题所在。

3. 微缺陷

       所谓微缺陷，是指那些缺陷不明显，对不良、故障等影响小的缺陷。例如，灰尘、污垢、松动等。微缺陷通常对设备、故障及品质不良等损失没有影响，但将来能够发展为中缺陷、大缺陷，引起损失。

三类缺陷中，最需要引起注意的是微缺陷，它们往往不容易被发现，很容易被忽视。如灰尘、污垢、磨损这类并不容易引起重视的缺陷，却往往容易产生致命问题，导致设备产生巨大问题。微缺陷的数量与种类非常多，它们都是TPM活动特别关注的。

      灰尘、污垢之类的微缺陷，不容易引起企业的重视。但随着时间的积累，灰尘等会在设备表面、内部不断累积，在设备运行过程中对设备产生划痕；划痕不断积累，会导致存水、存污等现象，继而产生电化反应，从而产生如腐蚀、松动、振动等情况。最终，这类微缺陷转化为中缺陷、大缺陷，直接引发故障。与其他因素重合后，微缺陷会产生更大的影响。图2所示为微缺陷引发的不良后果，会导致企业陷入恶性循环。

            图2 微缺陷引发的不良后果

       微缺陷虽小，不容易被发现，却是设备出现故障的起点。所以，要想实现设备零故障管理，就必须从微缺陷入手，借助TPM管理模式，提前发现问题、解决问题。

三、设备故障的主要原因与分析方式

      导致设备故障的原因有很多，但70%以上都来自润滑与清扫的不良。这一点已经在工业生产领域得到公认。图3所示为设备故障的主要原因，从中可看出造成设备故障的原因有很多。

         图3 设备故障的主要原因

1. 设备故障的主要原因

（1）一般设备故障。

       因保全、使用不善而导致设备故障停机造成时间损失和由于生产缺陷导致数量损失。

      因突发故障造成的突然、显著的设备故障，通常是明显并易于纠正的。但出现这些故障是由于频繁的或慢性的微小故障经常被忽略或遗漏，应当引起员工的重视。

       由于突发性故障在整个损失中占较大比例，所以许多企业都投入了大量时间努力寻找这种故障产生的原因，以避免这种故障的出现，然而，要消除这些突发性故障是很困难的。所以，企业必须进行提高设备可靠度的研究，改变传统故障维修中突发故障是不可避免的观点。

（2）品种转换。

      主要因生产计划调整、产品更换等导致的停机，给设备带来损害。此类损失属于生产计划调整造成的损失，属于典型的人工损失。

（3）待料。

       因物流供应不畅、误操作而停顿或机器空闲时发生短暂停顿而产生的停机，给设备带来故障。例如，有些工件阻塞了滑槽顶端，导致设备停顿；因生产了有缺陷的产品，传感器报警而关闭了设备。这种停顿有别于故障停机，因为除去阻塞的工件和重新启动设备即可恢复生产。

（4）修复不良。

      因对不良品进行修复而造成设备重复作业，给设备带来故障。

（5）治工具使用不当。

        因治工具不合理或使用、摆放方法不当造成设备运行不协调，给设备带来故障。

（6）启动空转。

        因设备从启动到开始稳定生产之间的空转而导致设备故障。损失的程度因工序状态的稳定性，设备、夹具和模具的维护水平，操作技能的熟练程度而异。这项损失较大，而且是潜在的。在实际生产中，企业通常会不加鉴别地认为产生开工损失是不可避免的，因此很少对其加以消除。

（7）时转时停。

       因多处设备出现短促多发的10分钟以下的故障，导致的生产线时转时停，导致故障出现。

（8）速度低下。

       因各种原因而导致设备实际运转速度低于设计速度，导致设备出现故障。速度损失对设备效率的发挥产生了较大障碍，企业应当仔细研究，以消除设计速度和实际速度二者之间的差别。设备实际速度低于设计速度或理想速度的原因是多种多样的，如机械问题、质量缺陷、历史问题或者设备超负荷等。通常，通过查找设备的潜在缺陷，有助于问题的解决。

（9）生产不良。

       设备在加工过程中，制造出不良品而导致设备出现故障。通常，突发性缺陷可以通过将设备重调至正常状态来消除，这些缺陷包括缺陷数的突然增加或其他明显的现象。而慢性缺陷的原因难于发现，常被遗漏或忽略。

        以上9类设备故障的主要原因，既有微缺陷积累造成的，也有生产规划偏差造成的，还有人工操作不当造成的。企业要结合TPM活动，进行有针对性的调整，才能杜绝设备故障频发。

2. 设备故障的分析方式

      设备故障的分析方式很复杂，涉及的内容与技术非常广泛，对每种设备故障进行分析都需要有相应的知识与经验。目前，设备故障的分析方式主要有3种。

（1）故障诊断分析方式。

      故障诊断分析方式主要借助各类诊断仪器，对运行中的设备进行监测和诊断，从中找到故障的原因，同时分析未来可能出现的趋势。这种诊断分析方式需要将设备停运，然后对故障设备解体进行检查和检测，验证故障结论并与诊断分析结果对比。其方法包括腐蚀监测、振动监测、温度监测、声音监测、润滑监测等。

（2）综合统计方式。

      综合统计方式是最常见的设备故障分析方式，是对工厂设备总体发生故障的概率进行分析。这种方式的特点是能够分析设备发生故障的概率，如按故障发生的现象或原因分类的故障概率，某类大量使用的设备所发生故障的不同类型的概率。针对发生概率高的设备故障，企业应制定技术或管理措施，找出减少该种设备故障的方法，加以实施。

（3）典型失效分析方式。

        对于某些重要设备发生缺陷和失效，或者经常发生的失效模式，需要采用典型失效的分析方式，利用技术分析的手段和借助专业分析仪器找到问题所在。典型失效分析方式会采取以下两种模式展开。

①破坏环境分析：对设备工作环境中的介质、温度、压力、有害物质、腐蚀产物或大气质量等进行分析。

②模拟分析：模拟失效构件的工作条件，以验证失效分析的结论。

四、实现零故障的方法

       TPM的管理目标是实现设备零故障。TPM是对设备的维护管理，企业在设备上的高支出似乎是理所应当的，没有人会想办法从设备上节约成本。实施TPM管理能够有效延长设备的使用寿命，间接缩减成本。

想要实现零故障，就需要注意以下内容。

1. 建立零故障的基本思考方式

       首先，我们要意识到：设备的故障是人为的。想要实现设备零故障，就必须改变人的思考方式和行动，从“设备会发生故障”的思考方式转化为“设备不发生故障”的思考方式，最终形成“设备可以达到零故障”的思考方式。

      设备零故障并非不可达到，只要找到合理的方法与技巧，即可实现这一追求。图4所示为设备零故障的4个基础条件，这是实现设备零故障的前提。

         图4 设备零故障的4个基础条件

      日常工作中注意进行清扫、注油、加固螺丝，遵守作业指示书、基准书的相应要求，注意复原劣化，并不断提高操作、保全的技能，设备零故障就可以顺利实现。这要求企业必须开展专业的TPM活动培训与推广，图5所示是为了满足设备零故障的4个基础条件开展的工作，开展这些工作会有效建立全员TPM意识。

图5 为了满足设备零故障的4个基础条件开展的工作

      在日常工作中，要想实现设备零故障，就需要实施流程式生产设备的保全对策，运用“机会保全”，最大限度地减少保全成本。尤其是在生产淡季、节假日、停产期进行保全，更能保障设备的健康与安全度。

      实施流程式生产设备的保全对策，主要应从以下3个方向入手。

       首先，将状态检测与人工巡回点检进行有机结合，做好预防保全：对于适用于振动监测、红外监测或油液分析诊断的流程式生产设备，要积极引进这些先进手段和技术，及时预测隐患，将故障消灭在潜在状态。

      其次，进行“总成”替换，降低全线的停机台时，即某些流程式生产设备在实施在线维修时，往往因位置不便、工况恶劣或维修难度较大而导致维修时间过长。这时可采取整体快速拆、装“总成”（即相对独立地构成设备局部的部件），进行线下维修，可大大减少全线停机的时间。

      最终，进行“同步检修”，降低全线的停机台时，即在某一局部进行停机检修时，也对全线进行检修，既处理以前因无法停机而暂存的隐患，也检查是否有新隐患产生。

2. 故障解析和问题处置

      排查设备存在的微缺陷、分析问题存在的可能性，进行故障分析与问题处置，并不断进行数据积累，这是实现设备零故障必须做的工作。
（1）现象的明确化。发现设备出现问题，维修员工必须亲临发生问题的场所，查看发生问题的实物，了解当时的生产实况，包括有无前兆等，并做详细的记录。
（2）临时处置。维修员工必须在现场进行快速前期处理。如果是零部件破损，则给予更换，这样设备就可以重新启动了。临时处置可以使生产快速恢复正常。
（3）追查原因。除了进行现场处理，维修员工还应当把握现场的实际情况，并结合检查清单的方法进行追查，既要注意不要遗漏关键项目（广度），又要保证能够深入发掘真正的原因（深度）。原因复杂时，还可以考虑采用PM（事物原理原则的方法）分析技术。
（4）对策。维修员工在查到真正原因后，就要及时采取相应的恢复、改善措施。不能拖延，否则容易忘记而造成其他影响。如果出于技术、资金、时间等方面的困难，一时难以完全落实，也要制定详细的计划来保证。
       同时，对于类似的设备、结构，相关人员也要进行排查和处置，这叫作水平展开，保证同类问题不会再次发生。
（5）反省和标准化。TPM小组应当根据汇总数据，思考有什么好方法可以预知故障的发生，从而做好事前控制。另外要确认有无日常点检项目，标准是否适合要求等。同时，研究如何让劣化的异常征兆能够看得见（预知保全）也非常重要。
（6）针对困难部位的对策。部分设备存在困难部位，它是清扫、点检、加油不易进行或进行起来十分费时的部位。这些部位存在清扫与维护困难的现象，应采取更加有针对性的方式进行保全。
       例如，设备核心部件太靠近地面，致使排水及加油器的点检困难，可以将其移动至容易点检的位置；对于三角皮带的点检，将其设置为透明窗口，这样每次不需要卸下覆盖，就能从外边予以检查；其他如将杂乱的配线进行整理、舍弃在地上直接配线等，均有助于清扫工作的进行。
（7）断绝发生源。如果设备已经出现故障，操作员必须对发生源进行断绝，避免问题进一步扩大。所谓断绝发生源，就是掌握污垢、泄漏（油、空气、原料）的发生源，并加以改善。
       例如，油压配管接缝部的泄漏，或加入过多润滑油所引起的油垢，操作员应调整油量来断绝泄漏、油垢等的发生源，快速针对出现污垢的部位进行现场处理。
3. 实现零故障的具体方法
     要实现零故障，我们可以从以下内容着手。
（1）完备基本条件。
①制定设备清扫及油污源头防止的对策。
②制定锁紧螺丝以及防止螺丝松脱的对策。
③列出加油部位及加油方式的改善对策。
④清扫、加油基准的制定。
（2）遵守使用条件。
①设定设计能力与负荷的界限值。
②制定超负荷运转的对策。
③使设备操作方法标准化。
④设定并改善组件及配件的使用条件。
⑤设定并改善施工基准，包括安装、配管、配线基准。
⑥回转折动部的防尘、防水。
⑦完善环境条件，例如温度、湿度、振动幅度、冲击力度等。
（3）使劣化恢复正常的要领。
①劣化的发现与预知。这项工作包含以下内容。
      共通组件的五感点检与劣化部件的发掘。
      设备固有项目的五感点检与劣化部件的发掘。
       日常点检基准的制定。
       故障部件分析与使用寿命推定。
       更改界限值基准的制定。
        点检、检查、更换基准的制定。
        检查异常征兆的捕捉法。检查劣化预知参数的测定方法。
②修理方法的制定。修理方法的制定包含以下内容。
       分解、装配、测定、更换方法的基准化。
       使用配件的共通化。
      工具、器具的改善专用化。
      从结构面考虑容易实现的改善。
     TPM设定备品的保管基准。
（4）改善设计上的弱点。
       为了延长使用寿命而提高强度的对策，会对结构、材质、形状、尺寸精度、安装精度、安装强度、耐磨耗性、耐腐蚀性、表面粗糙程度、容量等进行改善，包括3点内容。
①动作应力的减轻对策。
②避免超过应力的设计。
③对设备进行日常维护保证TPM设备零故障的目标。
（5）防止人为失误。
①防止操作失误。首先，要做好防止操作的失误，主要包括以下内容。
操作失误的原因分析。
操作盘的设计改善。
连锁（Interlock）的附加。
制定防呆（Fool-proofing）对策。
进行目视化管理。
操作、调整方法的基准化。
②防止修理失误。其次，要做好防止修理的失误，主要包括以下内容。
修理失误的原因分析。
对容易出错的形状及安装方法加以改善。
制定备品的保管方法。
道具、工具的改善。
制定故障追踪的步骤化、容易化对策（进行目视化管理）。
（6）保养技能。
①点检、检查（测定）诊断、修理、完备。
②故障追踪。
③故障解释。
（7）运转技能。
①运转、操作、点检、加油。
②前置作业、调整、异常征兆的发现。
4. 局部改善
设备出现故障的原因有很多，且既会出现规律性故障，也会出现无规律的突发故障。所以，在做好预防保全的基础上，TPM还会进行局部改善工作，进一步加强对故障的管理。所谓局部改善，是指对现有设备局部地进行改进设计和改造零部件，以改善设备的技术状态，更好地满足生产需要。
局部改善主要通过以下两种方法进行。
（1）群众性局部改善。群众性局部改善会与操作员的自主保全相结合，由一线操作员组成TPM小组，针对设备的一般缺陷列出课题、分析研究，提出合理化建议。然后，操作员自行动手逐个解决如漏油、点检不便、不安全、工具与零件存放不便等缺陷。工厂把实现合理化建议的情况作为评估各单位TPM开展效果的重要指标。这种小组形式的TPM活动，是企业开展TPM活动的重要方法。
（2）专业性局部改善。对于设计漏洞较多的设备和生产的重点设备等，应进行专业性局部改善。由设备管理部门、维修部门、生产现场人员组成设计小组，针对问题花大力气进行改进设计、消除缺陷，达到要求的技术水平。
5. TPM设备零故障的4个层面
针对潜在缺陷，企业已经进行了针对性对策的制定，但这些工作需要开展较长的时间才能取得效果，短期内难以奏效。所以，企业要将其分成4个层面（阶段），顺次地按计划实施，这样将较为有效。
（1）4个层面的内容。
①减少故障间隔的变异。
②延长固有使用寿命。
③定期复原劣化。
④预知使用寿命。
（2）4个层面的概括。
①减少故障间隔的变异。
复原搁置的劣化。
处理显在缺陷。
强制劣化的排除。
完备基本条件。
使用条件的明确及遵守。
②延长固有使用寿命。
设计上的弱点改善。
强度、精度的弱点改善。
选定条件适当的配件。
超负荷的弱点改善。
突发故障的排除。
提高运转、保养的技能。
制定操作失误的对策。
制定修理失误的对策。
外观劣化的复原。
③定期复原劣化。
定期劣化的复原。
使用寿命的推定。
制定定期点检及检查基准。
定期更改基准。
保养性的改善。
对于内部劣化问题，要把握异常征兆并进行有针对性的处理，最终实现发现劣化、复原劣化。
④预知使用寿命。
通过设备诊断技术预知使用寿命。
破坏性故障的技术解释。
破断面的解释。
材料疲劳的解释。
齿轮表面的解释等。
使用寿命延长对策。
从使用寿命的推定转向定期的复原。
        企业实施TPM管理对设备进行维护，能够降低设备的故障率、延长其使用寿命、降低维修费用，从而能节省成本、提高企业的整体经济效益。
       还有一点需要注意。再精密的设备也会随着时间的流逝产生消耗，逐渐出现老损，直至被淘汰，这是客观事实。企业想要实现零故障，就必须做好机械设备的更新、报废工作。机械设备的更新、报废工作是机械设备全过程管理的重要组成部分。机械设备在将要达到报废年限时，能耗高、故障率高、维修费用多、停修时间长、影响施工进度和质量、安全性能低，并会对安全生产带来威胁，另外一些运输机械还会产生审验费、养路费、保险费等多种开支，所以对这些机械设备应适时报废、减少开支，淘汰已经无法胜任工作的设备。