姚陸鋒,王建中

(海軍工程大學(xué)理學(xué)院,湖北武漢 430033)

與其它維修理論不同,主動(dòng)維修并不是從研究故障出發(fā)來規(guī)劃維修活動(dòng),而是進(jìn)一步地從研究“故障根源”出發(fā)來規(guī)劃維修活動(dòng)[1]。

對(duì)機(jī)械系統(tǒng)實(shí)施主動(dòng)維修,不僅僅包括如何全面認(rèn)識(shí)系統(tǒng)的故障誘因及其表征信息、如何探測(cè)系統(tǒng)故障誘因、如何采取維修措施消除誘因等問題,還包括如何有效利用監(jiān)測(cè)手段包括監(jiān)測(cè)的時(shí)機(jī)、儀器、間隔周期等,及時(shí)準(zhǔn)確的查找故障誘因,如何確定維修規(guī)則等,所以需要對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)的問題進(jìn)行分析,找出解決問題的方法。由此可以看出機(jī)械系統(tǒng)實(shí)施主動(dòng)維修是一個(gè)復(fù)雜的過程。

1 相關(guān)的工作分析

分析相關(guān)工作的目的是從主動(dòng)維修的根本出發(fā),逐層次分析在機(jī)械系統(tǒng)或設(shè)備實(shí)施主動(dòng)維修時(shí)所遇到的不同環(huán)節(jié)的問題,以形成機(jī)械系統(tǒng)實(shí)施主動(dòng)維修的方法思路。

消除系統(tǒng)或設(shè)備所存在的故障誘因、截?cái)喙收线M(jìn)程,是實(shí)施主動(dòng)維修的根本。在系統(tǒng)或設(shè)備工作過程中,對(duì)其采取的主動(dòng)維修措施是否有效、能否消除故障誘因、截?cái)喙收线M(jìn)程,取決于系統(tǒng)或設(shè)備會(huì)不會(huì)遇到這種故障誘因的。不同的使用條件和環(huán)境條件都會(huì)使機(jī)械系統(tǒng)或設(shè)備所遇到的故障誘因各不相同,因此,只有正確辨識(shí)出系統(tǒng)或設(shè)備可能遇到的故障誘因,才能夠確保主動(dòng)維修的有效性。

當(dāng)系統(tǒng)或設(shè)備的所有可能遇到的故障誘因確定后,如何探測(cè)系統(tǒng)或設(shè)備在工作中所存在的故障誘因及其大小,取決于故障誘因會(huì)有什么表征。故障誘因的表征是故障進(jìn)程中誘因的信息反饋,其與誘因之間存在必然的聯(lián)系,通過獲取這些誘因的表征信息,為判定誘因是否存在提供依據(jù)。

如何獲取系統(tǒng)或設(shè)備在工作時(shí)的那些表征誘因大小的信息,取決于可以使用的監(jiān)測(cè)方法和手段的有效性。有效的對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)獲取誘因表征信息,應(yīng)合理選擇監(jiān)測(cè)對(duì)象和監(jiān)測(cè)要求,即明確對(duì)系統(tǒng)和設(shè)備的哪些部件和位置進(jìn)行監(jiān)測(cè);應(yīng)合理利用監(jiān)測(cè)儀器,即明確針對(duì)不同誘因用何種儀器進(jìn)行監(jiān)測(cè);應(yīng)合理選擇監(jiān)測(cè)時(shí)機(jī),即明確在何時(shí)對(duì)系統(tǒng)和設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè);還應(yīng)該知道監(jiān)測(cè)周期,即在多少時(shí)間間隔內(nèi)來進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

是否采取維修措施對(duì)系統(tǒng)或設(shè)備進(jìn)行維護(hù),取決于基于監(jiān)測(cè)征兆所判定的故障誘因的種類和大小。誘因的存在和大小直接反映著故障進(jìn)程發(fā)展的速度,如果誘因的大小達(dá)到了能加速系統(tǒng)或設(shè)備故障進(jìn)程的幅度,就要采取主動(dòng)維修措施,控制故障進(jìn)程。然而,由于監(jiān)測(cè)儀器所探測(cè)到的表征誘因大小的探測(cè)值不能直接為故障進(jìn)程發(fā)展速度提供判據(jù),所以還需要進(jìn)一步對(duì)故障誘因的表征與其自身量值的大小建立一種定量關(guān)系,利用誘因表征的探測(cè)值推算誘因的大小,為維修策略的制定提供依據(jù)。

根據(jù)以上分析,在實(shí)施機(jī)械系統(tǒng)的主動(dòng)維修時(shí),首先應(yīng)全面認(rèn)識(shí)系統(tǒng)可能遇到的故障誘因,然后分析故障誘因會(huì)產(chǎn)生的各種表征,繼而研究通過何種監(jiān)測(cè)診斷技術(shù)獲取故障誘因各種的表征信息,判定系統(tǒng)是否已經(jīng)遇到了可能加速故障進(jìn)程的誘因,以便于在系統(tǒng)的材料和性能退化之前及時(shí)來制定維修策略,消除系統(tǒng)故障誘因,截?cái)喙收线M(jìn)程,恢復(fù)和保持設(shè)備的穩(wěn)健運(yùn)行狀態(tài)。顯然,這樣復(fù)雜的工作必須通過合理的工程化方法步驟來實(shí)現(xiàn)。

2 主動(dòng)維修實(shí)施步驟

在前述基本思路的基礎(chǔ)上,從工程實(shí)踐的層面上,還必須考慮實(shí)施主動(dòng)維修的必要性問題。實(shí)施主動(dòng)維修要看是否有適用的、經(jīng)濟(jì)的、有效的“主動(dòng)維修”措施;同時(shí),是否實(shí)施主動(dòng)維修要看故障影響、故障后果是否有必要,過早的 “主動(dòng)維修”措施有可能使零部件的壽命無法得到充分利用。所以,它特別適用于可靠度要求比較高的關(guān)鍵設(shè)備或部件。

根據(jù)相關(guān)工作分析的結(jié)果,可得到機(jī)械設(shè)備實(shí)施主動(dòng)維修的方法步驟。

2.1 分析設(shè)備或系統(tǒng)可能的故障誘因及其衡量指標(biāo)

對(duì)機(jī)械系統(tǒng)或一臺(tái)設(shè)備實(shí)施主動(dòng)維修,首先應(yīng)考慮系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行的環(huán)境及所遇到的故障誘因,此時(shí)要進(jìn)行的工作包括下面兩個(gè)方面的內(nèi)容。

1)分析系統(tǒng)可能的故障誘因。

通過對(duì)系統(tǒng)故障機(jī)理的分析,列出系統(tǒng)的故障誘因列表,對(duì)故障誘因的分析必須詳細(xì)。故障機(jī)理分析是尋求機(jī)械系統(tǒng)發(fā)生故障的實(shí)質(zhì)原因,其與機(jī)械系統(tǒng)的類型、使用條件和運(yùn)行的環(huán)境是密切相關(guān)的。對(duì)一般機(jī)械系統(tǒng)故障機(jī)理分析可以得出機(jī)械系統(tǒng)故障的產(chǎn)生主要來源于系統(tǒng)工質(zhì)、零部件、材料等特性的變化,工質(zhì)特性包括污染、泄漏、化學(xué)、物理、氣蝕等方面,材料、零部件特性包括外部因素、內(nèi)部因素[2]。此外,還需要對(duì)系統(tǒng)所處的環(huán)境條件對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀況的影響進(jìn)行分析,得出可能引起系統(tǒng)故障的誘因。

2)建立能夠反映故障誘因大小的定量指標(biāo)。

故障誘因列表中的一種或多種故障誘因存在于系統(tǒng)時(shí),需要確定不同的故障誘因達(dá)到何種程度后,就會(huì)加速設(shè)備的故障進(jìn)程。通過對(duì)故障誘因建立起的定量指標(biāo)來衡量故障誘因的大小,以確定各種故障誘因與設(shè)備故障速度之間的關(guān)系,及其加速故障進(jìn)程的特征量,為故障進(jìn)程的控制提供定量指標(biāo)。例如,有些反映零部件性能的指標(biāo)可以根據(jù)其與系統(tǒng)特征參數(shù)之間的關(guān)系,轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)特征參數(shù)進(jìn)行指標(biāo)量化。

對(duì)于公路橋梁工程而言，其處于交通運(yùn)輸網(wǎng)的核心位置；確保其應(yīng)用質(zhì)量的提升對(duì)于社會(huì)發(fā)展具有重大影響。因此就其保養(yǎng)和加固而言，強(qiáng)制性是其較為典型的特征所在[2]。其主要體現(xiàn)在兩個(gè)層面：①公路橋梁施工管理中，國家從法律法規(guī)的角度對(duì)其進(jìn)行指標(biāo)規(guī)范，確保樂養(yǎng)護(hù)加固的高標(biāo)準(zhǔn)。②新時(shí)期，人們對(duì)于公路橋梁應(yīng)用的安全要求不斷提升，其也要求工程建設(shè)單位必須進(jìn)行高度嚴(yán)格的公路橋梁養(yǎng)護(hù)和加固。

2.2 分析各種故障誘因的表征

系統(tǒng)存在的故障誘因有時(shí)并不會(huì)引起明顯的材料或零部件性能下降,但如果任其繼續(xù)發(fā)展,就能形成引起故障的條件。所以,實(shí)施主動(dòng)維修的前提條件,應(yīng)查找出系統(tǒng)存在的故障誘因。

當(dāng)系統(tǒng)或設(shè)備存在故障誘因時(shí),如何確認(rèn)故障誘因的存在,是一個(gè)關(guān)鍵性的問題。故障誘因往往具有一些表征信息,例如設(shè)備零部件振動(dòng)誘因的存在,其表征信息是設(shè)備零件之間對(duì)中或平衡與否等,而并非設(shè)備振動(dòng)的異常。通常即使故障誘因不明,而故障誘因的表征信息即系統(tǒng)的根源性參數(shù)仍是可以監(jiān)測(cè)到的。所以在實(shí)施主動(dòng)維修過程中,可以根據(jù)故障誘因的表征信息來獲取系統(tǒng)存在哪些故障誘因,方法是根據(jù)第一步中所建立的故障誘因列表,羅列出各種故障誘因的表征,建立故障誘因表征的特征信息庫,為探測(cè)誘因表征信息的方法提供相應(yīng)的依據(jù)。

2.3 分析探測(cè)故障誘因表征信息的方法

實(shí)施主動(dòng)維修過程中,探測(cè)故障誘因表征的特征信息,這些信息能夠反映系統(tǒng)工質(zhì)、零部件等的狀態(tài),從這些信息中獲得識(shí)別故障誘因的判斷參考,目的是鑒別出系統(tǒng)存在的真正故障誘因。對(duì)根源性參數(shù)的探測(cè)方法包括自然感官監(jiān)測(cè)方法,利用熱量監(jiān)測(cè)、污染監(jiān)測(cè)、噪音監(jiān)測(cè)等先進(jìn)方法。在實(shí)際實(shí)施過程當(dāng)中,還應(yīng)通過對(duì)技術(shù)手冊(cè)、說明書和其他資料的研究來確定,應(yīng)對(duì)系統(tǒng)哪些關(guān)鍵位置和部件的根源性參數(shù)進(jìn)行探測(cè),同時(shí)選擇故障誘因表征信息探測(cè)的時(shí)機(jī),并針對(duì)不同的誘因,應(yīng)利用不同的儀器進(jìn)行監(jiān)測(cè)其不同的表征信息。

利用探測(cè)故障誘因的表征信息,例如工質(zhì)的黏度、密度、污染等,判別系統(tǒng)物理、化學(xué),污染等特征參數(shù)是否發(fā)生了改變,及時(shí)確定故障誘因列表中的故障誘因存在與否,為制定維護(hù)策略提供支持,實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)運(yùn)行的早期階段發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)或設(shè)備的故障誘因,對(duì)于預(yù)測(cè)故障發(fā)展趨勢(shì)并截?cái)喙收线M(jìn)程具有重要意義。

2.4 確定探測(cè)值與故障誘因指標(biāo)之間的定量模型

探測(cè)到故障誘因的表征信息,還不能完全確定系統(tǒng)存在的確切故障誘因,因?yàn)閺墓收线M(jìn)程來看,故障誘因的表征信息與其本身往往不是一一對(duì)應(yīng)的,即由某一種故障誘因可能衍生出其它故障誘因,隨著時(shí)間的推移,最后可以在系統(tǒng)中探測(cè)出若干種故障誘因的表征信息。故障誘因與其表征信息會(huì)呈現(xiàn)出錯(cuò)綜復(fù)雜的關(guān)系,給如何甄別出系統(tǒng)或設(shè)備真正的故障誘因帶來很大的困難。

解決方法是依據(jù)第一步中建立的能反應(yīng)故障誘因大小的定量指標(biāo),確定故障誘因表征信息的探測(cè)值與不同故障誘因大小之間的定量模型。這種定量模型的建立可以提供甄別系統(tǒng)運(yùn)行期間工質(zhì)、材料、零部件特性是否能夠發(fā)生變化的方法,為維修人員識(shí)別故障誘因提供依據(jù)。例如設(shè)備零部件間隙程度和系統(tǒng)溫度的探測(cè)值,這兩種表征信息特征探測(cè)值與零部件振動(dòng)頻率之間的定量模型的建立,可以為維修人員識(shí)別振動(dòng)故障誘因的存在提供支持。

2.5 確定故障誘因的探測(cè)周期

探測(cè)工作連續(xù)還是間斷進(jìn)行,是否有效,關(guān)系到誘因查找的及時(shí)性和準(zhǔn)確性。連續(xù)對(duì)系統(tǒng)或設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè),需要耗費(fèi)大量的人力和物力,在實(shí)際的工程中不適用,也失去了主動(dòng)維修的經(jīng)濟(jì)性。采取間斷監(jiān)測(cè)的方法,應(yīng)分析不同誘因的監(jiān)測(cè)周期。根據(jù)誘因自身隨系統(tǒng)工作時(shí)間發(fā)展的速度,確定誘因的定量指標(biāo)何時(shí)達(dá)到引起工質(zhì)、零部件材料性能發(fā)生退化和并發(fā)性退化或誘因達(dá)到加速故障進(jìn)程特征量的最低限度,在這個(gè)最低限度范圍內(nèi),確定各種故障誘因表征信息的探測(cè)間隔周期。

在確定的探測(cè)間隔周期內(nèi),對(duì)探測(cè)到的表征信息,根據(jù)特征值與誘因定量模型進(jìn)行定量處理和分析,找出系統(tǒng)存在能加速故障進(jìn)程的各種故障誘因,以確定對(duì)系統(tǒng)制定維護(hù)策略,消除故障發(fā)生根源,避免系統(tǒng)發(fā)展并進(jìn)入具有發(fā)生故障條件的狀態(tài)。

2.6 形成維修規(guī)則

根據(jù)以上分析,對(duì)系統(tǒng)或一臺(tái)設(shè)備實(shí)施主動(dòng)維修,應(yīng)當(dāng)在設(shè)備實(shí)際運(yùn)行環(huán)境中全面分析系統(tǒng)故障誘因的前提下,得出系統(tǒng)的故障誘因列表及相應(yīng)的表征信息特征庫,根據(jù)不同故障誘因的探測(cè)時(shí)機(jī)、儀器及間隔周期,形成探測(cè)規(guī)則,根據(jù)故障誘因指標(biāo)與故障誘因表征信息特征值之間的定量關(guān)系,確認(rèn)系統(tǒng)存在的故障誘因,并據(jù)此采取相應(yīng)的維修策略,形成具體的維修規(guī)則,保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.7 規(guī)則的發(fā)布實(shí)施

按照以上 6個(gè)步驟,制定對(duì)整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)實(shí)施主動(dòng)維修的維修規(guī)程。制定維修規(guī)程要掌握設(shè)備功能、設(shè)計(jì)特性和故障機(jī)理,同時(shí)還要考慮機(jī)械系統(tǒng)在不同的任務(wù)和使用條件下,系統(tǒng)設(shè)備使用功能的不同,對(duì)維修的信息還應(yīng)該長(zhǎng)期保留,形成制度,以利于對(duì)維修工作的持續(xù)調(diào)整,使得維修工作的安排更加科學(xué)合理,確保對(duì)機(jī)械系統(tǒng)實(shí)施主動(dòng)維修的持續(xù)推進(jìn)。

按照制定的規(guī)程對(duì)機(jī)械系統(tǒng)或設(shè)備實(shí)施主動(dòng)維修,如果在系統(tǒng)工作的過程中仍出現(xiàn)了一些故障,說明對(duì)系統(tǒng)的故障誘因分析還不夠全面,應(yīng)根據(jù)故障的反饋信息,按照規(guī)則對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析,查找并消除故障誘因,截?cái)喙收线M(jìn)程,保證在設(shè)備全壽命的使用過程中,保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性,達(dá)到主動(dòng)維修的最終目的。

3 結(jié)束語

主動(dòng)維修的最終目的就是利用先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù),準(zhǔn)確地判定可能引起系統(tǒng)故障的誘因,并在設(shè)備的材料和性能退化之前及時(shí)采取措施進(jìn)行維修,截?cái)喙收线M(jìn)程,恢復(fù)和保持設(shè)備的穩(wěn)健運(yùn)行狀態(tài),實(shí)現(xiàn)從故障根源上對(duì)故障進(jìn)行預(yù)防,這是維修理念和技術(shù)上的重大發(fā)展。

[1]莫布雷J.以可靠性為中心的維修 [M].石磊,谷寧昌,譯.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000.

[2]姚陸鋒.機(jī)械系統(tǒng)故障分析及控制策略研究 [J].中國修船,2009,22(1):16-18.