现场管理对化工设备可靠性的影响

摘要

RCM （以设备可靠性为中心的维修）研究表明：在复杂的设备系统中，除非其部件有1-2个与工龄有关的支配性失效模式，否则预防性维修对系统可靠性影响甚微。这对传统的定修模式带来了巨大的挑战。RCM 的研究甚至认为：过度的维修会带来更多的故障。

RCM的理论促进了“设备状态检测”维修技术的发展，同时使设备的日常巡检、点检等基础的状态检测工作变得更为重要，本文将讨论化工行业目前现场管理的模式，及对设备可靠性带来的影响。

1 定修模式的缺陷和RCM 的发展

在二次世界大战期间，战争带来的压力增加了对各种物品的需求，而产业劳动力锐减，导致了世界范围内生产设备机械化程度的提高，设备也日趋复杂，生产开始依赖设备的可靠性，停机时间成为突出的问题。这使得企业想到应该预防设备故障，进而形成了预防性维修的概念，在60年代，预防性维修主要表现为对设备的定期大修。

这种定修模式基于这样一个概念，既：设备中的每一个部件都有一个“正常的工龄 ”，达到此工龄就必须要大修，以确保安全和运行可靠性。然而近年来，设备的制造日趋大型化、复杂化、自动化，新的研究发现：大多数设备的运行工龄似乎与故障几率的联系变得原来越小，而设备的故障模式也由原来的一种，变成六种之多，根据对民用飞机的研究表明： 约82%的设备故障与工龄没有直接关系。这些研究导致了以下两个结论：

1： 对于复杂系统，除非其部件有1-2个支配性的、与工龄相关的故障模式，否则定修对可靠性的用处很小 （事实上，如果把“早期损坏率“-引入到本应稳定的系统中，度维修只能增加整体故障率，如下图）

2： 在复杂系统中，存在大量的单元，找不到适合它们的、有效维修的周期。

以上的结论使得维修管理者们非常困惑，如果设备的故障防不胜防，那么应该如何制定设备维护方式？难道要放弃预防性维修的做法吗？

RCM（以设备可靠性为中心的维修）就是为了解决以上的问题产生的，它最先起源于60年代美国的航空业，并在70年代美国军方、核电行业得以应用。 近年来，推广到全球的多个工业领域。准确的说：RCM 不是一项具体的维修方式， 也不是笼统意义上的维修思想，事实上，RCM 是一套分析过程和方法， 它的基本思路是： 对系统进行功能和故障分析，明确故障的后果，然后用规范的逻辑决断方式，确定不同设备的维修方式。对这些方法的讨论，超出了本文的范围。然而，RCM 的发展，直接促进了状态检测技术的发展，同时，使得设备的现场管理显得更为重要。在以下的文章中，将根据RCM的几项研究成果，讨论在现场管理给化工企业带来的变化和挑战。

2 RCM与现场管理

由于与工龄无关的设备故障大量存在， 以及传统定修技术越来越无能为力， 促进了新型预防工作的发展，位于前列的就是状态检测。

状态检测基于这样一个事实： 大量的故障不会瞬间发生，实际上故障要发展一段时间，如果能在这期间发现故障，则可能采取有效的方式预防故障、或避免严重的后果，如下图所示：

RCM 的贡献之一，就是把故障分成“潜在故障”和“功能故障”，如上图的P点是潜在故障的发生点，例如，电机振动，可能意味着轴承的磨损，但是暂时还不影响电机的工作。图中的F点，可能表示轴承卡死，电机保护装置启动，从而导致电机停止工作。

P-F之间表示“潜在故障”发展到“功能故障”的时间间隔。如果定期对设备的状态进行检查，跟踪其趋势，就可以较好地在“功能故障”发生前，进行修复。然而，实际情况并不简单，原因是： 不同故障模型的P-F 的间隔可能从数秒到数年不等，这就带来了状态检测的第一个问题，那就是：应该用什么样的频率去检测（ 毫无疑问，频繁的检查，将导致员工负荷增加，而间隔太长，又错失了预防机会）

确定状态检测的频率和诸多的因素相关：

1：故障后果（如某些化工企业，泄漏可能带来立即的安全问题，则生产巡检的频率达每小时一次）

2：和修复故障所需要的时间有关系 （故障的修复本身需要时间去组织材料和安排人员，这个过程从数小时到数周不等，如果检测频率不够的话，即便发现了问题，依然可能因为修复来不及，造成生产上的损失）

3：历史数据的分析（根据历史隐患发生的频度，确定更为科学合理的检测频率）

总而言之， 状态检测的频率是企业根据其实际情况，不断分析和调整的过程，甚至在一段时间内，因为某些潜在故障的发生，可能临时增加检测的频率和检查的内容。这需要来自现场的数据记录反馈和分析。

状态检测的另一个基本假设是： 故障发生时，有可以被发现的迹象。随着潜在故障的发展，其故障的表象是不同，不同的表象意味着不同的设备劣化程度。这就带来了第二个问题，那就是什么时候，设备管理者可以发现各种迹象？举例而言：

考虑到一个滚动轴承，其故障被描述为： “ 由于缺乏润滑而最终被卡死 ”,则在此过程中，不同的阶段，通过不同的状态检测手段，可以探测到不同的特征，如下图：

以上的图例至少说明了以下几个问题：

• 首先，如果采用先进的点检技术，可以及早发现隐患
• 功能故障的消除有效性，不在何时发现了那种状态，而是，什么时候这些问题得到汇报（不幸的是， 今天，很多工厂无法连最基本的巡查工作都无法保证，或者由于交接班的记录缺失，导致问题得不到有效跟踪）
• 当人的感官发现问题时，大多数情况下设备已经接近功能故障，低效的问题汇报和甄别流程，将延误维修的战机
• 考虑到不同设备P-F间隔的变化（从数秒到数年），在很多情况下，需要故障发现人及时采取现场的行动（如：启动备用设备、或安全报警装置等），这需要对现场的员工提供培训，以及在此异常条件下，有针对性的操作指导。

状态检测技术近年来有了较大的发展，象：振动测试、转速测试、红外成像、油品分析等。但这只解决了问题的一个方面。

另一个方面需要解决的是： 如何合理定义状态检测的频率，如何理顺现场的问题发现、反应、汇报、审核、跟踪的流程，如何将不断优化的状态检测策略，和企业积累的知识及时传递到现场，这对现场管理的组织有效性，和实施效率都带来了更高的要求。

4 RCM在现场应用遇到的挑战

随着RCM理论的成熟和发展，企业更加关注设备的现场工作状态，从而也使现场的保养、巡检、点检等工作大量增加。然而，在大多数企业，这项工作进行的并不顺利，从管理的角度上讲，其原因可能有如下几点：

1：管理者无法监控是否到位检查 （包括生产人员的巡检、设备人员的点检等）。

虽然有些企业有纸面的检查单据和翻牌制度，但这种做法完全依赖于员工的主动性，纸面的记录单极容易被员工随意填写，这容易让员工产生懒惰的心理，反正去或不去都一样，做得好做不好也一样，反正管理层并不了解。

2：现场任务的安排不完全科学与合理

很多企业定义了各种现场作业规范，一旦开始实施，就很少认真去根据现场的反馈，进行合理的评估和调整，随着设备运行的状况发生变化，有的应该检查，或应该更频繁检查的项目，没有被补充到新的作业规程中，有的明显故障率较低的设备，却被要求频繁检查，这让员工本身对检查项目的科学性产生质疑。

另一方面，随着设备的运行时间增加，设备暴露的问题增多，以及国家和企业对安全生产方面的要求越来越严格，现场检查的项目也不断增加，在此情况下，科学合理的安排工作显得尤其重要。然而，目前企业很少对现场巡检的实际工作时间进行评估。在某些企业的调研过程中， 员工反映：巡检周期的长短和巡检的内容不合理，很难准时完成。

造成这个问题的原因，一方面是现场数据不完整，或者是分析手段的缺乏。

3：对现场作业的指导不足

设备可靠运行的关键，首先要确保相关人员在发现问题时，及时采取必要措施，防止故障的放大（考虑P-F的间隔有时非常短），然而令人尴尬的是：由于没有IT 系统的支持，员工往往遇到两难的局面。

举例而言：当巡检人员听到压缩机发出异响，并发现设备读数接近临界，这时是应该关掉压缩机，中断生产而造成停线损失？还是冒着设备故障的风险，让压缩机继续运行，由此留下其它的安全隐患呢？在这种情况下，也许不同的员工基于其自身的经验，采取的行动截然不同。
在这种情况下，员工不能得到有效的决策支持（如过去的处理方法是什么等）。

4：检查结果无法量化

目前获取现场很多设备信息的方式仍采用传统经验方式，如用手测温，用耳听声音等感官测量方式，获得的结果不能精确量化。举例如现场电机轴承，由于目前没有好的巡检方式检验其是否不能使用，使得大量轴承未到最长使用寿命便被更换。

5：反应的问题不能及时得到处理

由于纸面的检查记录，或者不能将现场的问题及时提交给专业人员，不少现场反应的问题得不到有效的跟踪、快速的处理，都使得员工对现场检查的重要程度，产了怀疑心理。

简而言之，企业在重视设备可靠性的同时，如果缺乏信息化的技术手段，来持续地有效的管理现场作业，作业的规范将难以“落地”，从而也很难从根本上提高设备可靠性。 维护人员忙于抢修故障，更没有时间来从事必要的日常检查工作，从而可能导致维修人员忙的不可开交，但设备故障依然不断的“怪圈”

4 IntelaTrac移动作业的应用

IntelaTrac® 移动作业和决策支持系统是美国Wonderware公司最新导入中国市场的、采用最新移动技术的、面向设备巡检、点检、生产操作、安全环保等设备现场管理的信息化系统，为客户解决了以上问题。

IntelaTrac®由软件和掌上电脑等硬件两部分组成，企业可以将设备巡检和点检的“五定要求 ”（定人、定点、定量、定周期、定标准）建立在软件系统中，形成电子化、标准化的现场作业规程，这些规程实时下达到掌上电脑-现场作业人员的移动终端设备上。

当工人开始日常巡检时，可携带移动终端，并从中获取任务指令，而不再需要笔和纸进行记录。系统会告诉相关人员应该去检查那些设备，检查那些项目，和设备的目标值等。当工人输入数据时，如果实际数据超过上下限，IntelaTrac® 会发出警告。并提示工人最佳操作步骤，及时防范事故的发生。必要时，还可以自动向后台支持系统（如EAM系统）发出设维修请求。并发送信息给相关生产主管和安全人员，现场采集的数据利用通过网络上传、审核、监控，构建了一个闭环的移动作业现场管理体系，提高了设备现场管理的透明度和执行力。

4.1设备管理知识数据库

IntelaTrac® 为生产或设备主管依据现场经验和管理规章，创建点检、巡检作业程序，提供了一个工具。这些程序的建立与改进，形成了一整套设备故障预防、识别、改正的电子化的现场作业规范，这些规范可以随时下达到员工的移动终端上，供员工查询，并对日常工作进行指导。

4.2灵活的排程功能

Intelatrac 提供了灵活的排程功能，他可以安排定期或临时的现场检查任务，并可以定义和调整现场的周期，任务可以分派给班组和个人，也可以统计工作的开始时间、结束时间和执行的次数，并可以将实际的时间和计划的时间进行对比，从而更合理的平衡工人的负荷。

它也可以将任务定义成必须完成的，以确保关键的任务不会被遗漏。

4.3现场作业决策支持

IntelaTrac® 系统可以针对巡检和点检发现的异常问题，在移动终端上，指导员工做出正确和及时的操作，以消除设备隐患，避免现场人员“视而不见、视而不以为然”的情况。在移动终端上，现场作业人员可以查询设备趋势，历史的巡检、点检记录、同时，现场的异常情况可以实时传递给相关专业人员和管理层，便于跟踪与报告。

4.4现场作业的透明化管理

IntelaTrac ®报告与分析功能，可以自动统计作业人员是否按质、按量、按时完成现场检查任务，系统还帮助管理层对工作加以检查，找出不良因素，并查看现场所提供的实际工作日志。作为流程的一部分，用户还可以批准、编辑、退回提交的巡检报告，也对滞后的巡检任务进行跟踪，提高现场执行力。

4.5 提高设备安全可靠运行能力

IntelaTrac® 是所有“高效安全生产管理”系统的一个重要组成部分，它为消除设备隐患、提高设备可靠运行能力，提供了一个 “策划、执行、监控、改善” 的 信息化管理平台，在系统中可以定义关键的生产设备、安全与环保设备的监控点、并确保在需要的时间、执行需要的任务，满足政府和行业的符合性审查要求。
同时，系统可以与振动、红外成像等便携式点检设备集成， 点检收集的数据，形成了设备的量化的健康趋势，为故障预测、以及可靠性分析奠定了基础。

利用系统，可以摆脱繁琐的纸面记录，同样的人力可以管理更多的设备，使企业有能力把设备的巡检和点检工作进一步细化、量化，从而提高设备安全可靠运行的能力。

作者简介：莫军，现为Wonderware 中国区业务发展经理，负责 “IntelaTrac移动作业和决策支持系统” 在中国市场的业务导入和推广。