2.4　设备维护策略

2.4.1　维护策略类型

维护是指“为了使产品恢复或者保持相应的功能而做出相应的管理和技术活动”。维护是设备维护保养和修理的简称[126]。维护是系统仍然正常工作的情形下，为保证系统完好工作状态所采取的一切活动，包括清洗擦拭、润滑涂油等。而修理则是系统失效后采取的活动，比如检测故障、排除故障及修理等。一般来说，维护方式主要有四种：事后维护、预防性维护、状态维护、预测性维护。

2.4.1.1　事后维护策略

事后维护是指设备发生故障后再对其进行停机修理，是最早诞生的维护策略。起初，车间工人们在使用设备的同时，负责维护和修理设备。然而随着技术水平的发展，投入生产中的设备也变得越来越复杂精细，这使得没有专门设备相关知识技术的车间人员对设备维护工作变得越来越困难。因此，人们开始意识到设备的维护修理应当从生产中分离出来，成立专门的部门，由专门的技术人员进行管理，制订专门的维护计划。但由于技术水平的限制和生产成本在企业投入中所占的比重太高，人们只能在设备发生故障影响生产或导致设备宕机之后，对其进行维护。由于当时的设备复杂性不高，对故障采用的维护手段也通常只是简单地更换零部件或局部保养，事后维护的方式能够暂时得以推广。

然而，这种维护策略有其自身的缺陷：①突如其来的故障带来较长的设备停机时间和较高的维护费用；②打乱生产计划，使设备产能得不到充分发挥。

2.4.1.2　预防维护策略

事后维护属于被动维护管理手段，其成本主要来自以下三个方面。第一，使系统恢复到功能状态的成本；第二，由于故障引起的二次损害和安全风险成本；第三，由于故障造成的生产损失成本[127]。随着科技的发展，生产机器从单一或少量串联设备演变成复杂的生产系统，而每台生产设备承担的生产任务也更加繁重，使得设备维护管理变得更加困难。到了第二次世界大战时期，军工生产繁忙，设备承担的生产压力达到空前高度，这也导致设备故障率提高，经常性的故障产生严重地破坏了生产。正是在这种实际需求的驱动下，诞生了预防维护制度，人们希望通过这种制度降低设备故障率，减少设备停机维护时间，保证设备能够稳定持久地发挥其生产能力。

预防维护指的是，在设备使用过程中通过检测设备状态，预测出设备可能出现的故障并提前进行维护，将可能出现的故障避免的维护策略[128]。与事后维护和修复性维护相比，预防维护是一种主动的、有计划的维护策略，它要求维护人员需要对设备运行周期内产生的各种状态有充分的了解，对各个零部件进行波动检测，监测数据需要精确且可以被分析。在充分了解设备状态之后，结合统计分析和主观经验，预测出设备故障分布曲线，在设备可能发生故障之前采取措施，维护和修理设备。

基于时间的预防维护有时也被称作计划维护（Scheduled Maintenance），顾名思义这是一种根据时间来制订维护计划的策略。这种维护方式是人们通过经验积累以及对设备运行状态资料进行统计分析，寻找设备总会在某些时间段产生故障的规律，依靠这种规律制订相应的维护计划，在生产周期的一个特定的时间段对劣化设备或零部件进行修理或更换[129]。当时间到达维护计划中指定的预防维护时间时，不管设备当时处于什么样的运行状态，设备的可靠性如何，都将按计划实施维护或更换。

这种检测方式的准确度取决于对以往设备运行记录的统计和分析情况，如果可以根据历史数据计算出设备故障概率分布函数，就能较为准确地预测出设备可能出现异常状况的时间点，只需要在异常到来前的时间内合理安排好人员和维护设备，就能以比较小的代价恢复设备状态，这样，既降低了维护难度，也能最大限度地保证设备生产能力，是最理想化的维护策略。然而它的难点在于，想要比较好地实施这种维护策略，就需要很强的数理分析能力，能够从数据中获取信息，模拟仿真出设备的劣化趋势，这往往需要企业维护部门投入大量的精力去研究和实验。本书就是着力于研究TBM的策略，建立生产设备的故障随时间分布的模型，做好提前维护，降低维护成本。

2.4.1.3　状态维护策略

提出状态维护这一概念的学者们认为，设备故障并非离散式的突然发生，大多数设备在使用过程中，故障率都是平滑上升的，达到某种状态后导致故障发生。Bloch和Geitner曾通过研究指出，99%的故障在发生之前会出现一定的征兆，并且在很多情况下，这些征兆往往在故障发生之前的几个星期或几个月就已经出现[130]。设备在使用的过程中，会经历正常运行、开始劣化、出现缺陷、故障停机这几个阶段。而这些不同的阶段之间设备会呈现出不同的状态。

这种维护策略，是以设备所处的状态为依据的维护。它要求在设备运行过程中，对其核心零部件位进行状态检测，根据检测到的设备状态，判定设备处于什么阶段，预测是否会有出现故障的可能。当设备的某种状态预示着故障即将发生时，维护人员应采取措施，提前制订维护计划，使得设备恢复其正常状态，并继续监测。

状态维护基于对生产设备充分了解的基础上，能够准确预测设备故障时间，那么这种提前性的维护活动能起到防患于未然的作用。但是一旦设备实际状况偏离了之前对设备故障率的预测，就会出现维护不及时或者不必要的维护。基于状态维护能够避免这一情况的产生，做到真正在最需要的时刻进行最恰当的维护。

但是这种维护方式建立在对各个生产设备充分检测的前提下，这使得维护检测成本和难度大大上升，而且还需要很深的数学基础才能分析出设备状态预示的设备所处的阶段。与此同时，过高的检测要求也使得维护依赖于精密的检测设备，而一旦检测设备自身发生故障，导致检测出的状态不准确，也会使得维护计划失败。

2.4.1.4　预测性维护

预测性维护是通过对设备进行定期或连续时间的状态检测和对故障进行的诊断，得出设备所处的状态，并对未来设备状态的变化情况预测和判断可能出现的故障，从而制订预测性维护计划，其中包括具体的维护时间、维护方式、维护备件数量等。随着预测性维护方式的不断发展，已经慢慢形成了完整的技术体系，如图2-2所示。

由图2-2可知预测性维护技术体系主要由四种技术组成：状态监测技术、故障诊断技术、状态预测技术、维护决策支持与维护活动。预测性维护主要是定期或连续时间对设备的状态进行监测和故障诊断，从而正确地判别设备的状态，制定出科学合理的维护策略，所以故障诊断和状态预测是关键性技术。

2.4.1.5　不同维护策略的优缺点比较

设备及其零部件的维护策略主要有事后维护、定时维护、状态维护等。专家学者对设备维护进行研究时，比较了不同维护策略的优缺点，并给出了优化的维护方案。设备三种不同维护策略的优缺点如表2-1所示。

2.4.2　维护方式

维护的目标主要是使设备的状态恢复到更好的程度，根据维护使设备恢复的状态的不同可以将维护方式分为三种：小修、不完美维护和完美维护。

（1）小修主要是对设备进行一些简单的修复，主要应用于意外故障的维护，当生产设备发生故障时，对设备进行小修可以使其能迅速恢复工作状态。

（2）不完美维护主要是将设备的状态修复到更加健康的状态，使设备的故障率减少，但是不是全新的状态，实际生活中主要进行不完美维护。

（3）完美维护是将设备的状态修复到全新的状态，主要通过对设备进行更新或更换零部件，使设备状态完好如初。