王晶
摘要在研究先进制造设备故障规律及特点的基础上，提出以可靠性为中心的差异维修理论，以指导企业对设备的维修管理。同时提出差异维修决策支持系统的研究内容，以实现设备维修方式决策的微机化。
关键词设备差异维修维修方式维修决策系统
中图分类号TH17文献标识码B
随着科学技术的进步，数控电子技术的发展，设备变得越来越复杂，即由普通机械设备转变为集机械、电子、液压、自动化、现代数字技术、计算机技术于一体的先进制造设备，其故障规律也呈现出随机性、突发性和危害性大的特点。设备故障的产生、发展有其遵循的普遍规律，但又有其特殊性，不可能找到一种维修模式适合于任何系统、任何设备。因此笔者在对现有的维修理论及维修方式分析综合的基础上，根据先进制造设备“J”型故障率曲线（如图1所示），考虑设备不同使用阶段、不同子系统的不同故障模式，提出有针对性地选用不同的维修方式及其组合，即用以可靠性为中心的差异维修理论（Reliability-CenteredDiversityMaintenanceTheory）来恢复设备固有的可靠性，指导企业的设备维修管理。
一、差异维修理论
1．基本内容
差异维修理论具有针对性强的特点，它根据设备可靠性的实际水平和零部件在使用中的实际状况来进行维修决策，需依靠科学的检测工具和诊断技术，其主要内容为：
以可靠性为中心，把现代维修理论与企业设备管理的实际状况相结合，以最大限度提高设备的使用可靠性，以保证设备性能（功能和质量）的实现为目的。
优先考虑系统的综合效益，力图以最小的经济代价来保持和恢复设备应有的可靠性。
对设备运行状态的分析预测，采用设备的历史维修记录和实际运行状态相结合的可校正分析方法，不断地利用其历史记录数据和实际运行数据修正其运行规律。
充分发挥各种维修方式的不同适用性和有效性，利用正确的维修方式及其组合，获得最佳的维修效果，最大限度地减少故障所带来的损失。
在有条件的情况下，以状态监测维修方式为主，通过设备在线监测和诊断装置预报的实际情况来确定维修时机和内容，制定和执行合理的维修方案，充分发挥设备的潜力，提高设备预防维修的有效性，防止过剩维修和维修不足，提高设备完好率和技术状态。
2．基本维修类型
差异维修理论根据设备的实际故障模式及特点选用不同的维修方式，各种维修方式之间不是互相排斥的，而是可以共存并互补的。目前应用比较多的维修方八有：
事后维修（BMRun-to-BreakdownMaintenance）事后维修是当设备发生故障或性能、精度降低到合格水平以下时所进行的非计划性维修。
定期预防维修（PMTime-based-PreventiveMaintenance）定期预防维修是一种以时间或工作量为基础的维修方式，它根据设备磨损和故障规律事先确定维修类别、维修周期、维修工作内容、维修备件及材料。维修工作量等项目。可作较长时间的维修安排。
状态监测维修（CBMCondition-basedMaintenance）状态监测维修指在人为事先规定了一些界限值或标准的情况下，根据对设备的日常检查、定期重点检查、在线状态监测和故障诊断所提供的信息，当发现潜在的问题开始暴露时，记录数据，经过统计分析和数据处理，来判断设备的性能劣化状况及其发展趋势，并预测何时将能超过限定的界限值，在设备发生故障前有针对性地将其排除。这是一种较为科学合理的维修方式。
改善维修（AMAmendMaintenance）改善维修是为了消除设备的先天性缺陷或频发故障，对设备的局部结构或零件的设计加以改进，并结合修理进行改装，以提高设备的可靠性和可维修性，是一种值得提倡的维修方式。通过检查和修理实践，对设备易出故障的薄弱环节进行改进，从而改善设备的技术性能，从根本上来减少设备故障，提高设备的利用率。
主动维护（AMActiveMaintenance）主动维护的实质在于“护”，而不在于“修”，对引起故障的根源性参数进行事前的识别、防范和控制，消除或消减产生设备故障的因素，这是一种积极主动的维修方式。
二、差异维修决策系统的研究与开发
1.系统开发的必要性
随着计算机软硬件技术的发展，考虑到先进制造设备所具有的随机性、复杂性等故障特点，维修决策时所使用的维修模型较为复杂，相应地对于这些模型的求解也较为困难，且当对设备的运行状态进行监测时，需要对大量的历史数据和现场数据进行处理，人工处理方式是不能完成的。因此，有必要开发一个差异维修决策支持系统，其核心内容就是把维修模型、运筹学、状态监测技术和计算机技术等有机结合起来，建立一个维修决策支持系统，使其对用户输入维修数据或所检测到的故障信息进行正确性检验和格式统一化处理，然后对数据进行初步分析，进而确定出一个合适的维修模型及合理的维修间隔期，并具有友好的人机界面，便于系统在得到设备的有关维修数据和现场状态监测的数据后，指导有关人员做出正确的维修决策。
2.系统的构成及特点
差异维修决策系统是一个以决策专家系统为主体，集各种历史维修记录和状态监测信息为一体，各级维修决策人员均参与的维修决策系统。维修决策人员根据状态监测结果或历史维修记录提出建议，可以不断完善系统综合分析功能，即完善决策专家系统。笔者根据该系统应具有的功能及特点，设计其具有四个子系统，即数据库管理子系统、参数转化子系统、模型库管理子系统、系统控制子系统，如图2所示。
数据库管理子系统负责数据的采集和维护，是维修决策所需要的数据集合。数据采集功能是由相应的信号传感器、模数转换器和可编程序控制器构成，以便捷的手段，在小于设备各类故障的潜在故障到功能故障的间隔期内，周期性地采集数据，是该系统数据来源的主要方式之一。数据采集是对系统的基本数据和中间数据进行管理，它由静态数据库和动态数据库组成。经常变动的数据，即周期检测信息、维修记录、运行记录等数据由动态数据库管理，它由数据存储媒体和信息管理系统构成，不仅将采集层采集的数据存储下来，如零部件的祸合关系、装配关系、更换信息等，还可以利用手工将设备的历史维修记录、故障规律以及维修工程师的经验等信息存入系统，为设备故障预测、设备检修和维修策略的确定提供基础数据，还可以为各类人员查阅数据提供人机界面。而其余数据，如设备资产信息、各种修理技术标准、一些备品的固定更换周期等基础数据，由静态数据库管理。同时该系统还具有数据显示功能，由各类显示仪表构成，实时地显示设备当前的工作参数及与极限状态的距离，为设备操作人员提供参考。在数据库管理子系统中，可以增加或减少状态监测的设备和监测的内容，实现数据的导入导出，以及数据的趋势分析等功能，它是该系统的核心部分。
参数转化子系统具有实现监测数据和基础录入数据向模型库管理子系统所需数据转化的功能。因为通过仪器检测的数据和经验得到的数据有一部分是逻辑型或文字型的，而在维修模型中所需的数据一般都是数值型，通过参数转化子系统，可以用逻辑型和文字型数据对应不同的数值分区，从而得到维修模型中所需的数值型参数，以便模型管理子系统的利用。
模型库管理子系统中存放着各种模型，包括数据处理模型、专家库决策模型等。数据处理模型包括维修间隔期的计算模型（如时间延迟模型）和维修费用的计算软件等，它根据任务设定的维修决策目标，包括维修费用、设备利用率、任务的可靠度等，依据设备当前及历史数据，得到系统维修的状态阂值，然后通过专家决策软件，以便于理解的形式，向使用及维修决策人员提供并解释决策依据。模型库管理子系统负责对模型的生成、修改和更新等。具体模型选用的原则为：易于理解，便于编程和计算；模型假定条件较少，适用范围较广泛；应用该模型后，显著地提高设备的可靠性，并大大地降低维修费用。专家决策模型负责对数据的逻辑推理，由于设备故障模式是多种多样的，而每种故障模式对应的故障机理或原因也很多，使得一种故障模式所产生的故障征兆也很多，因此，从设备的工作参数中识别出设备各种不同的潜在故障状态，是相当复杂的，也就是专家知识库的建立是复杂的，它可以在使用的过程中不断完善。
系统控制子系统主要是控制决策的整个过程，并提供各种数据模型之间的接口。
3.系统的决策过程
决策开始时需要将系统初始化，将设备的静态特性参数和动态参数输入数据库管理子系统，通过参数转化子系统对数据进行预处理，然后经过数据处理模块，调用专家系统，即推理机构调用有关的规则，进行维修方式决策。根据设备的故障特点，利用差异维修理论选取适当的维修方式。维修方式决策过程完成后，系统有三个流向：如果选取的是预防维修方式，采用模型管理子系统中时间延迟模型计算维修周期和进行维修级别的决策；如果选取的是状态监测维修方式，则根据监测到的特征参数进行状态预测，确定合理的维修间隔期和维修级别汐口果选取的是事后维修方式，待设备故障发生后进行维修。最后将维修决策结果输出，保留在数据库中，同时通过人机界面通知维修人员。
本系统可以根据设备的不同故障模式、故障特点、运行现状等做出不同的维修决策，采用了模块化结构设计，且各子系统是相互独立的，便于将来的升级和扩展。
三、结束语
总之，因现代制造设备结构的变化，其故障特点及模式越来越复杂，维修成本也越来越高，本文根据该变化提出的差异维修理论，旨在探讨维修理论问题及指导维修实践。针对差异维修理论建立的维修决策系统，提出了系统的结构及系统决策过程，希望能够提高维修决策的正确性，提高决策效率，且能有效地推动差异维修理论在实践中的应用。
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