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    故障管理有專業的管理學方法嗎?

    撰文:蔣良君  成都華標企管

    注:鑒于這個問題比較具有代表性,特整理答疑分享,供更多的設備人參考。

    【提問】2021-3-12南京地鐵 工務分公司 王樹林:蔣老師你好!請教一個專業問題,故障管理有沒有什么專業的管理學方法 ,如RCM。并且可以用統計學的方法去驗證,謝謝!
    【回答】成都華標企管 蔣良君
    樹林好!您提了個比較專業的問題,根據我個人的認知寫了以下回復,僅供參考:


    1.目前還沒有專有的故障管理學,管理方法比較分散,沒有所謂的權威方法,但有比較多資料、標準、方法可參考或借鑒(見后面序號4),在設備管理體系標準(PMS)(見2020版標準條款“8.7設備缺陷與故障管理”),我們公司也有針對故障的管理方法如《如何做好設備故障管理》(見課程大綱);故障的驗證(故障再現或消缺處置效果驗證),故障再現驗證通常是利用檢測、性能或功能試驗、模擬試驗等方法,故障消缺效果,通常是通過實際使用,通過使用的故障間隔時間或設備或部件連續運行時間的可靠度進行驗證。
    2.故障管理,從大類分,可分為故障前管理(預防性維修/狀態修/預測維修)與故障后管理(修復性維修)(可參考資料:《一文搞懂各種設備維修模式》),如圖:

     


    2.1故障前管理(事前管理),是通過檢查、檢測、性能或功能測試等,在設備出缺陷前進行預測性(狀態修)維修。管理方法如:RCM、FMEA,故障樹分析程序(用于可靠性和安全性分析的工具之一,常用于設計研發、生產、使用階段)、完整性管理(核心手段也是對設備進行檢驗檢測)等。
    故障管理,一是人面對故障從管理流程、權責上應如何處置,二是從技術角度,如何消缺,消缺包括糾正(只解決問題,不從源頭治理)或糾正措施(找出原因源頭治理)。
    例如:地鐵鋼軌的裂紋,對鋼軌而言是缺陷,鋼軌裂紋多數是前期制造階段導致問題較多,例:
    制造前期導致的裂紋,如: 鋼坯自身裂紋經加熱軋制變形后延伸至軋件表面上;加熱工藝不合理, 造成熱應力, 形成裂紋;軋制過程中冷卻不當, 造成冷卻水量太大或冷卻時間較長, 低溫軋制形成裂紋。
    若是鋼軌接頭裂紋,典型是焊接裂紋,按照產生的機理可分為:冷裂紋、熱裂紋、再熱裂紋和層狀撕裂裂紋幾大類。
    使用期導致的如:鋼軌材料疲勞、應力等。我們在使用中鋼軌過程中,可以通過無損檢測、基于數字圖像處理等技術發現缺陷。
    若鋼軌出現了缺陷,進行缺陷分析,可對鋼軌缺陷宏觀特征檢查、金相、電鏡檢驗,用能譜儀(或金屬元素分析儀等)對裂紋中的夾雜物顆粒元素、材料金屬元素含量進行分析。

    2.2從技術角度的失效分析,失效可能發生在設備/產品壽命周期的各個階段,涉及產品的研發設計、來料檢驗、加工組裝、測試篩選、客戶端使用等各個環節,通過分析工藝廢次品、早期失效、試驗失效、中試失效以及現場失效的樣品,確認失效模式、分析失效機理,明確失效原因,最終給出預防對策,減少或避免失效的再次發生。典型的失效分析流程:
    (1)失效背景調查:產品失效現象?失效環境?失效階段(設計調試、中試、早期失效、中期失效等等)?失效比例?失效歷史數據?
    2)非破壞分析:X射線透視檢查、超聲掃描檢查、電性能測試、形貌檢查、局部成分分析等。
    (3)破壞性分析:開封檢查、剖面分析、探針測試、聚焦離子束分析、熱性能測試、體成分測試、機械性能測試等。
    (4)使用條件分析:結構分析、力學分析、熱學分析、環境條件、約束條件等綜合分析。
    (5)模擬驗證實驗:根據分析所得失效機理設計模擬實驗,對失效機理進行驗證。

    失效分析方式如:PCB/PCBA失效分析、金屬材料及零部件失效分析、電子元器件失效分析、高分子材料失效分析、復合材料失效分析、涂/鍍層失效分析等

    2.3故障后的管理(事后管理),
    技術角度最常用的方法是失效分析,就是從判斷設備或產品的失效模式,從故障現象查到失效機理和原理,提出防止再發措施。

    3.設備缺陷或故障,最終都會從不同的渠道(途徑)反饋集中到維修管理進行消缺,如圖(摘自課件《如何做好設備故障管理》):

     


    缺陷或故障消缺有兩類:
    一是對典型故障進行失效分析,源頭治理。
    二是通過統計分析,發現故障頻次高(占累積比例80%以上的)、維修費用高、故障后果影響嚴重等,進行失效分析,源頭治理。故障處置后,可根據需要針對性輸出如:形成故障處置的案例或故障處理指南(故障字典)、培訓計劃、年度保養計劃、備件購置計劃、檢測檢驗計劃、檢修計劃、建立或修訂設備管理制度或技術標準、表單、檢測器具升級、設備更新等。

    故障管理,要解決問題還是要回到技術,導致失效可能是設計問題、制造問題(含材料)、安裝問題、不同系統間不匹配的問題、不規范使用問題、保養維護問題、潤滑問題、檢修質量問題等。失效分析,有些專業書籍可參考。

    4.一句話,故障管理,重點管事前,次要管事后,故障后的驗證,
    比較靠譜的是通過科學的檢驗檢測、試驗,找出導致故障的機理和原因,才能源頭解決問題。科學技術進步將促進設備故障管理的進步。

    以下資料你可參考、研究:
    標準類如
    :(部分)
    GB/T 4888-2009  故障樹名詞術語和符號
    GB 7829-1987  故障樹分析程序
    NB/T 20558-2019  核電廠故障樹分析導則
    NB/T 10580-2021  風力發電場風電機組故障編碼規范
    GB/T 7826-2012  系統可靠性分析技術 失效模式和影響分析(FMEA)程序
    GB/T 21562-2008  軌道交通 可靠性、可用性、可維修性和安全性規范及示例
    GB/T 21562.2-2015 軌道交通 可靠性、可用性、可維護性和安全性規范及示例 第2部分:安全性的應用指南
    GB/T 21562.3-2015 軌道交通 可靠性、可用性、可維修性和安全性規范及示例 第3部分:機車車輛RAM的應用指南
    DL/T 302.1-2011 火力發電廠設備維修分析技術導則 第1部分:可靠性維修分析(RCM)

    書籍如:(部分)
    失效分析與選材2014
    機械零件失效分析與實例2015
    機械零部件失效分析典型60例-2016中國中車
    機械裝備缺陷、失效及事故的分析與預防2015

    電子元器件失效分析技術2015
    電子元器件失效分析與典型案例
    電子元器件的可靠性 2014年版
    金屬材料零部件失效分析案例2012
    緊固件的失效分析及其預防2013
    鋼鐵產品缺陷與失效實例分析圖譜
    石化設備典型失效案例分析2015


    最新書籍:
    《可靠性新技術叢書》
    被列入了“十三五”國家重點出版物出版規劃項目,北京航空航天大學長江學者康銳教授是本套叢書的主編,主要著作獲得國家科技部國家科學技術學術著作出版基金、軍委裝備發展部國防科技圖書出版基金等專項資助。叢書共策劃35分冊,如:
    確信可靠性理論與方法2019
    航空關鍵部件維修與評估技術-張學軍2020
    基于認知計算與幾何空間變換的故障診斷與預測-呂琛2020
    基于模型的可靠性系統工程- 任羿、王自力、楊德真、馮強、孫博20200
    復雜軟件系統可靠性技術-王軼辰2021
    機械傳動系統可靠性建模與仿真-謝里陽2021
    制造過程可靠性理論與技術-何益海2021
    T-S故障樹理論及其應用-姚成玉2021
    基于貧信息的復雜裝備可靠性工程技術與方法-方志耕、陳頂、劉思峰、陶良彥2021
    軌道交通列車運行安全可靠性建模分析-秦勇2021
    機載產品長壽命設計與試驗技術-陳云霞2021
    復雜機電系統智能故障診斷、預測與健康評估-李巍華、張小麗、嚴如強2021
    空間輻射環境可靠性技術-王群勇、陳冬梅2021
    基于性能共享的多態系統可靠性建模與優化-彭銳2021
    自適應故障預測及其在核電站中的應用-劉杰2021
    電子產品可靠性分析與風險評估-陳穎、康銳2021
    考慮相關故障行為的可靠性建模分析與動態評價-范夢飛、曾志國2021
    可靠性實驗中的不確定性度量與控制方法-李曉陽2021
    航空發動機關鍵部件的缺陷檢測與評估-史亦韋、梁菁2021
    功率器件熱可靠性檢測與分析技術-付桂翠2021
    可靠性系統工程原理-康銳2021
    裝備研制產品保證的系統策略和工程方法-李建軍2021
    裝備差異維修控制與決策-胡劍波2021
    機械可靠性工程技術與應用-喻天翔、宋筆鋒2021
    (編寫、出版中……)


    5.故障問題源頭治理(問題歸零管理),可參考質量管理中的方法,你可以下“質量問題”替換為“故障”:

     
    B.1技術歸零報告的主要內容
    B.1 .1問題概述
    對發生質量問題的時間、地點, 問題產品(如產品名 稱、批次及編號、設計生產階段) 及其工作狀態,問題產品的設計單位、生產單位及問題現象等進行描述。
    B.1 .2問題定位
    定位過程、定位依據、定位結果(如某一單機、部件、零件、元器件、材料或軟件的某一運行狀態, 某一特定接口 等出 了問題)及問題原因和責任單位。
    B.1 .3機理分析
    機理分析工作的過程和方法, 分析結果(理論分析結果、試驗結果), 根據機理分析和(或)試驗過程,找出發生問題的原因和故障模式。 如果原因是多方面的, 則都應說明, 但應盡可能說明 主要原因, 原因一般歸納為: 設計、工藝、操作、管理、器材、軟件、設備、環境等原因。
    B.1 .4問題復現
    所進行的復現試驗情況, 復現試驗結果, 是否驗證了定位的準確性和機理分析的正確性, 無法或無需進行復現試驗時, 應說明原因, 并給出 理論分析結果。
    B.1 .5采取的措施及驗證
    所采取的糾正情況, 糾正措施的確認和實施情況, 進行驗證試驗的結果及有效性, 糾 正措施在文件上的落實情況等。
    B.1 .6舉一反三情況
    在本組織、本型號范圍內的舉一反三工作內容及應吸取的經驗教訓等。
    B.1 .7結論
    是否完成質量問題歸零, 還有什么遺留問題或建議以及結論意見。
    B.1 .8技術歸零的證明資料清單
    證明資料一般應包括:
    a )試驗報告名 稱和編號(包括測試數據);
    b )驗證旁證材料名 稱和編號;
    c )落實性文件(技術通知單、更改單、質疑單、技術問題處理單等)名 稱和編號;
    d )其他證明資料名 稱和編號。
     
    B.2管理歸零報告的主要內 容
    B.2.1過程概述
    對質量問題發生的時間、地點、產品的技術狀態、問題現象及發展的全過程進行描述。
    B.2.2原因分析
    按管理環節和職責, 分析管理上的原因; 明確有關人員和部門的責任。
    B.2.3措施及落實情況
    采取的糾正措施及措施落實情況。
    B.2.4處理情況
    對責任單位和責任人的處理方法和結果。
    B.2.5完善規章情況
    涉及到組織哪些規章制度要進一步完善或建立, 是否落實, 未落實的應有明確要求。
    B.2.6結論
    是否完成質量問題歸零的結論意見。
    B.2.7管理歸零的證明資料清單
    證明資料一般應包括:
    a ) 零質量問題的技術歸零報告名 稱和編號;
    b )進行技術歸零評審問題的評審結論報告名 稱和編號;
    c )落實性文件(技術通知單、更改單、質疑單、技術問題處理單等)名 稱和編號;
    d )修訂的規章制度名 稱和編號;
    e )獎懲文件名 稱和編號;
    f )其他證明資料名 稱和編號。

     


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    《一文搞懂各種設備維修模式》
    《現代大型煉化企業動設備狀態監測與故障診斷業務新模式的研究與實踐》
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    《答疑:如何區分設備缺陷與故障?》


     

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