部品展开与失效分析090731

“部品展开”与失效分析维修方法的探讨与实践

陈刚 130012 一汽轿车股份有限公司技术部设备设施科

摘要部品展开和失效分析都是研究零部件的使用条件对零部件寿命的影响，找到零部件的状态劣化规律，从而指导我们的维修策略。部品展开是TPM管理的又一重要工具，把设备维修由设备深入到零部件层面，从零部件的失效模式探索，来寻求对整体设备状态的改善，是精益化维修思想的充分体现。是从微观规律达到宏观控制的一个经典的工作方法。

关键词部品展开失效分析强制劣化

1 什么是“部品展开”和失效分析

部品展开就是研究零部件的结构原理、使用条件、劣化规律，从而为其提供良好的使用环境，延长使用寿命并指导预防性修理计划的过程。

部品展开把预防性修理从设备推进到零部件，是设备精益化维修的重要方法。

失效分析则是研究设备或零部件的性能失效规律，找到失效的机制，从而得出指导维修的适应性方法的活动。

事实上，“部品展开”和失效分析有着共同的内涵。只是本节我们侧重的是研究零部件的失效规律和对策。

“部品展开”和失效分析都是人们认识事物本质和发展规律的逆向思维和探索，是人们深化对客观事物的认识源头和途径的探讨。

2 开展“部品展开”和失效分析的意义

在技术高度发展和日益复杂化的今天，维修由零部件级已经逐步向集成式维修转变。维修更换的单位成本越来越大，但我们绝对不应该放弃对零部件的控制，其意义在于：1）部品展开体现了精益维修的基本思想，深入研究重要零部件的损坏规律，有助于推动故障向零目标的迈进。

2）有利于降低维修的单次成本，从而降低维修的总体费用，因而也是企业降成本的需要。

“部品展开”和失效分析是最能体现针对性、预防性的精益维修方法，我们大力推荐这种有效的方法和工具。

3 部品展开的一般技术方法

部品展开需要对设备、结构、零部件有充分细致的了解，因而也是技术性很强的活动。3．1 求甚解——解剖设备

部品展开首先需要对设备有比较细致的了解，因此，我们需要：

1）深入研究重要零部件的结构、原理、使用条件，进而探讨其损坏规律。

2）我们还要有比较丰富的现场经验，特别是维修操作的基本技能。因此要锻炼维修人员的操作能力。

3）多阅读常规标准手册，了解标准零部件的相关国家标准和技术要求。

4）在使用中研究零部件的使用条件和劣化规律。

3．2零部件的劣化及分类

在本书计划维修部分，讨论过劣化的分类问题，这里再重温一下这个话题：

所谓劣化，是指设备、结构、零部件使用性能的丧失。要掌握零部件的使用规律，就必

须先了解什么是强制劣化和自然劣化。

一般讲，按照劣化的形成来源，大致有两类——自然劣化和强制劣化。

什么是自然劣化？

自然劣化是设备结构和部件不可避免的性能变坏的趋势。如正常的磨损、材料的老化等。

自然劣化只和产品品质有关系，如设备精度、材料材质、加工质量等。一般认为自然劣化从设备一进厂起，就已经决定了，使用过程很难干预。

什么是强制劣化？

强制劣化是由于使用条件不合理，造成设备结构和部件的加速损坏现象。

强制劣化和使用方法、使用环境不正确有关。如野蛮操作、不正确的维修、润滑不良、温度不适合等，都将造成设备劣化的加快。

由上面分析，我们可以看出，强制劣化是可以消除的，因此，我们必须正确使用设备，合理保养设备，以消除零部件的强制劣化。

我们积极去识别零部件的劣化外因并予以遏止，对延长重要零部件的使用寿命，提高设备整体稳定性，降低停台，将有着重要的意义。

图1：员工在进行设备零部件的常规保养

3．3认识设备与零部件的失效分类

一般来讲，失效的分类可以按失效机制、失效零件类型、引起失效的原因、产品使用过程等进行分类。

早期失效的原因是产品制造中存在缺陷，晚期失效的原因是使用后性能逐渐劣化而进入失效期。为控制早期失效，机械产品中的磨合、电子元器件的老化筛选、前期采购的品质控制等就是根据这种失效规律而制定的保证可靠性的措施。而控制晚期失效，则主要要克服强制劣化的各种诱因。

失效按其可恢复性特征分为暂失效和永久失效、突然失效和渐变失效；按原因分为正常损耗失效、本质缺陷失效、误用失效和超负荷失效等。

产品失效的形式千差万别，因此失效分析难以有统一的模式。失效分析可分为整机失效分析和零部件失效分析。失效分析的核心是失效机制的分析和揭示，失效机制是导致零件、元器件和材料失效的物理或化学过程。在研究失效机制时，通常先从外

部诱发因素和失效表现形式入手，进而再研究较隐蔽的内在因素。我们常用数理统计方法，对失效机制、失效方式、失效频度等进行分析，以寻找主要问题点并采取对策。分析越细致，越能找到低层失效原因，越是低层的原因，往往越是真实的问题点。3．4六种失效曲线

随着设备维修理论的发展，设备、部件、零件的损坏规律也越来越呈现多样性。下面是六种失效曲线。

图2：故障/失效曲线

其实，设备是由零部件组合而成的，六种曲线恰巧反映了零部件的组合特性。那反过来，很多部件（外构件、标准结构等）也是由更小单位的零件组成，我们是否可以借鉴它们来识别其损坏规律呢？

识别部件、零件，即零部件的失效规律显然对正确判断零部件的损坏趋势，确定检修对策有重要意义。

曲线1：我们提得最多的设备及部件的故障规律——浴盆曲线。前期因制造缺陷、需要磨合等，会有一段故障高发期；然后一段长时间内进入相对稳定期。后面的故障增高，反映了设备和部件的寿命后期，状态逐步劣化的趋势。

曲线2：部分设备和部件，前期故障率高，随着“磨合”过程和整改的结束，逐步趋于稳定，在使用期限内比较平稳。事实上，现在许多制造技术、标准成熟稳定的定型化产品都是这样。

曲线3：后期故障率高。这典型地反映少部分设备、部件，及我们常说的易损件的规律。该趋势的识别对指导零部件的定期更换是非常必要的。如轴、皮带、密封圈、制动瓦等。

曲线4：前期故障率低，随着使用故障率略微上升到一个稳定的状态。

曲线5：损坏过程比较均匀，呈现逐步劣化的趋势。这种情况大多数指正常磨损的零件及油品等。

曲线6：从出厂起，就没有明显的状态变化。只要保证使用条件，并进行必要的保养，就可以长期工作。当然这个长期是相对的，一般是指在设备使用期限内。部分耐用件如变频器、电机、变压器、电子板卡、泵、大部分轴承、油缸、气缸等都是如此。

以上曲线中，1、3、5有明显的寿命，必须予以储备备件并进行定期更换，2、4、6没有明显的寿命，可以不予考虑

3．5劣化趋势的量化与状态维修

我们度量劣化趋势，一般是度量零部件的损坏周期。

确定劣化的趋势，可以有多种方式：

1）借助厂家提供的数据

我们可以从厂家说明书中获取维修、保养的建议，从而了解到部分零部件的保养、更换周期。

2）根据老维修员工的经验

很多老维修员工，从自己长期的维修实践中，积累了大量零部件使用规律和周期的经验，而且这些经验相对准确。

3）从维修实践中去获取

有些无法确定周期的重要零部件，一定要通过周期性点检来确认其损坏趋势，逐步通过维修实践来得到合理的更换周期。并固化到检修计划、点检或定修等文件中。

4）产品手册

从标准件产品手册及相关资料，获取产品性能指标、材质等相关信息，从而为判断使用寿命提供依据。

5）通过必要的仪表工具来测取判断零部件的状态

这是状态维修的一个重要手段。很多没有明显周期规律，或者安装位置不易直接检查的部位，我们可以利用仪器来测取。

图3：各类检测仪器

常用的仪器有兆欧表、振动测量仪、光谱仪、比色仪、超声波探伤仪、电机检测仪、示波器、谐波分析仪、万用表、电桥、速度表等，都是我们可以利用的手段。

出于维修效率化的需要，我们倡导基于状态的维修，而不是简单的定期更换。即使制定定期更换周期，也要尽可能地发挥零部件的有效使用寿命。

即根据对零部件状态的检测，提前发现其劣化趋势和必须更换的临界点，为制定更换时间、周期提供依据，并充分发挥零部件的使用价值。

4 部品展开活动的实施内容

部品展开的实施，包括如下一些内容：

4．1正确使用设备

对设备的不合理使用，显然将直接影响设备的使用寿命，造成零部件的强制劣化。为此我们要：

1）不野蛮操作设备。

2）有异常及时通知专业维修人员检修，不带病使用设备。

3）不过负荷使用设备。

4）规范操作流程，编制和严格执行《设备操作规程》，严格考核，持证上岗。车间特别要控制替岗、轮岗人员的操作技能培训，防止人员产生的强制劣化。

4．2精心保养设备

设备不能光使用，不保养。保养不良将造成零部件寿命的大幅度降低，这个幅度甚至在几倍甚至几十倍。最典型的对寿命有重大影响的保养就是润滑。

因此，生产再忙，也必须留出设备维修保养的时间。常规的保养如清擦、润滑、换油、紧固、整理、调整、更换易损件等。

4．3创造良好的设备使用条件

许多零部件有特定的使用条件，必须在规定的使用条件下去使用，才能保证正常的使用寿命。

常见的使用环境，包括温度、湿度、粉尘、震动、腐蚀性气体、照度等。

如电子电路对温度、湿度敏感，精密机械零部件对温度、震动、粉尘、腐蚀性气体敏感等。

4．4定期进行状态检查

针对重要零部件，必须定期进行状态检查。我们可以结合点检、定检、检修计划等方式进行。

我们不追求对所有零部件进行控制，但必须针对价值贵重、出现问题恢复时间长、采购周期长或直接影响产品质量等的零部件进行控制。

4．5定期更换

许多零部件有比较固定的使用周期，针对这一部分零部件，我们可以编制检修计划，实行定期更换。

4．6定期整备

定期整备，就是对使用状态会随时间漂移，但又可以复原的设备、结构或部件、物理量，进行周期性的校准或调节。

如电动扳手扭矩、四轮定位激光系统、加注设备真空、主轴间隙、丝杠间隙等的校准和调整。

4．7开展预防性的定期保全活动

如上述的定期检查、定期更换、定期整备等活动，都可以针对重要零部件来展开。为此，

我们可以借助编制定保卡、年度计划、针对性修理计划等方式，使之长期化、制度化、标准化。

但几种活动各有特点。年度计划是一种普遍性的修理活动，对维持设备的普遍状态有一定意义，但缺乏针对性。针对性修理计划优点是突出针对性，但缺乏计划性。定期保全体现针对性，同时突出计划性，但不适合大面积涵盖检修内容，只针对重要的周期性维修活动。

集团丰发、二发厂等率先开展了定保活动，并取得好的经验，值得我们学习和借鉴。

只要我们认真做实，不走形式，那么部品展开活动形式完全可以多样化。

4．8零部件的修复

随着设备的日益复杂化，集成化，单次换件成本呈现越来越高的趋势。由最初的几元到几百元发展到现在的高达几千到几十万元。因此，我们应该力争利用我们现有的加工、维修条件，针对贵重部件的局部损坏，予以修复。

贵重备件的修复工作，对降成本工作有着重要的意义。

5 部品展开实例

下面列举几个实例。

5．1数控设备角度编码器损坏

某数控设备C轴角度编码器损坏，造成停台。

原制造厂商为保护传感器不被冷却水、铁屑等污染损坏，加装了压缩空气负压保护，使得水气、杂质无法进入传感器。但恰恰由于我们的压缩空气含水气过量，反而造成传感器损坏。

后我们摘除了压缩空气管，另形增加遮蔽防护，解决了这一问题。

5．2凸轮轴磨床主轴的研损

某精密进口磨床的主轴，在使用中出现振动，经常造成在线测量仪不合格，滑台突然退出而导致零件表面出现小平面磨痕而报废。前后持续几个月，形成废品几百件。

后经现场大量观察、测试，确认主轴有问题，拆卸后，发现主轴严重磨损。经查原因是主轴润滑回油管被杂质堵塞，造成润滑不良。

该主轴成本40万。后增加润滑管堵塞周期拆卸点检，问题得到控制。

图4：精密磨床主轴

5．3直属总装AGV举升皮带

总装车间AGV系统，由于改装M6车后，车体重量比老红旗增加，且装配对中困难，操作工人不自觉地连续举升，造成顶车身和吊具的过负荷操作，皮带经常损坏，严重影响生产。

通过如下改进，遏止了劣化的重复发生：

1）由皮带传动改为齿轮传动。

2）增加过载停举保护及报警。

3）修改操作规程杜绝误操作。

图5：被拉坏的齿形带

2009-7-31