设备状态预知维修管理

设备维修方式最初是事后维修、进而发展到预防维修(PM)和计划维修(MP), 现在随着设备诊断技术的发展, 正在逐步走向设备状态预知维修。这是现代化大型企业应大力提倡的一种维修方式。设备状态维修是以设备状态监测为基础 ,以设备故障分析、诊断结果为依据, 以设备预知状态为手段而日益成熟的设备维修方式。

近几十年来，人们把系统论、控制论、信息论、可靠性理论摩擦磨损理论和行为科学等与设备管理的实际相结合，产生了设备综合工程学、日本的"全员管理"(TPM) 等设备管理的新理论、新模式，使设备管理从传统管理进入了现代管理；把电学、声学、热学、故障物理理论以及应用化学等基础科学应用到设备状态信息的控制上来，产生了设备状态监测和故障诊断技术，从而把设备维修方式推进到了预知维修的阶段；把系统论、控制论与现代优化理论应用到设备的经济、技术的综合管理上业形成了一系列设备的现代管理方法，使人们从单凭经验进行经测和决策，进入了以定量为主和科学决策。

可以预见，随着计算机管理的深入开展，设备管理必将进入动态管理和优化型综合管理的新阶段。可以认为，现代科技成时的广泛应用，是提高管理效率和效益取之不尽的源泉。

设备状态预知维修管理：一. 充分利用现代科技检测手段, 逐步实现设备状态预知维修管理的必要性

现代科技成果和现代化设备管理理论应用的广泛性和深入程度，是衡量设备管理现代化的主要标志和特点。设备管理较为先进的国家，通常都有一批专家、学者专门从事于现代科技成果与设备管理相结合， 带动设备管理水平及时跟上现代科技迅猛发展的步伐。

ATB矿设备管理除采用预防性维护保养外, 应进一步探索新的维修体制。 针对系统维修管理体制暴露出的蔽端，应用现代化设备管理和状态维修的理论和方法，对维修管理体制进行全面研究，建立起符合ATB特点的维修管理体制。积极推行PM保养，并通过各种各种现代化的检测手段，预知设备变化情况和对质量产生不良后果的可能性，并在事前采取对策，确保设备完好和产生的顺利进行。使ATB矿形成一个设备现场安全预控体系，让固定设备、移动设备现场运行的各个环节处于受控状态。

设备状态预知维修管理：二. 设备诊断方法介绍

随着计算机技术、数字信号处理技术的发展, 设备诊断技术也有了很大的发展, 人们可以将传感器从机器上获得的信号和图像转化为故障信号的谱分析、数字滤波、时频分析等方法, 这样就能从图像中获取机械运行状态的信息。借助现代先进的技术手段, 我们可以摆脱故障诊断靠眼看、耳听、手摸的原始落后方式。

有些大型设备(电铲、钻机、重型卡车等)制造厂家在其设备中, 安装了设备状态检测、监控、记录装置, 这些装置多用于对设备的发动机、电机、电气设备运行状态的检测, 同时也能将设备上其它需要监测的信号(如: 温度等(通过专业性传感器接收下来。这样能随时把设备的各种检测情况(水位、油温、轴承震动、司机的不恰当的操作行为等)实时地记录下来, 通过电脑收集起来, 以便在维修时参看, 为维修人员提供故障信息及排除故障的指导功能, 从而采取相应的维护措施。更有甚者, 能使设备状态检测信息, 通过无线通讯实时地(或通过先从设备上"下载"到便卸式电脑)传给企业信息中心计算机系统(据称: 先进的GPS设备调度系统就有该功能), 然后由维修管理系统根据设备状态分析后, 自动生成相应的维修工作单。

对于严重的故障(或故障前兆 )立即把车开回车间或派人到现场修理,对于不过分影响设备运行的"状态事件", 系统自动记录下来, 将处理措施内容加到下次保养工作单中处理。这样就能准确及时地实现设备状态预知维修。设备状态实时检测状置,还可以防止采矿部门及其司机因种种理由, 有故障不报的行为。如果我们能充分地将这些在线的监测手段和离线的检验、诊断手段综合运用起来, 进行分析判断设备的技术状态的动态变化, 变化趋势, 变化速度, 我们就能做到不必对设备进行分解, 不需对设备停机或只需短暂停机)检查, 即可对其技术状态作出准确的评定, 进而作出是否修理, 该作哪些(针对性的)修理, 何时修理最适宜的决策, 打破现在的PM和MP维修方式一统天下的局面, 而再采用一些更为经济、合理、科学的"设备状态预知维修"制度。

ATB矿主要设备为90年代较为先进的设备, 这些设备上装备有完善的监控、 监测系统, 例如在小松685E卡车上装有GE公司的"STATEX-III", 它是当今发动机操纵、调速、燃油控制的车载装置; 在卡特789B卡车上装有"ECM"(Electronic Control Module)电子控制模块、"ARC"(Automatic Retarder Control) 缓行器自动控制系统、 "ECAP"( ElectronicControl Analyzer Programmer)电子控制分析程序装置等。

如果用户还想对设备其它信号进行收集的话, 则只需加装专业性传感器, 与设备上现有的控制系统连接即可。设备上的这些检测手段无一不是为设备安全、有效、经济地运行而设计的, 我们在选用(选购)设备时应考虑到装有这类监控、监测装置的设备更为安全可靠, 而不可以为这些装置昂贵, 就弃之不购(这类装置有的设备制造厂家是将其列入选购件中的)。

现在有些商品EAM软件(如: MAXIMO等), 可把工作单模块连接到预知性维护软件, 使得预知性维护系统在保警时能自动产生检查工作单; 其Uptimer模块功能按设定条件来监控, 允许用户和PLC(可编程逻辑控制器)连接, 以便直接从设备和设施抽取状态数据, 以便实现预知维修。

对于固定不动的"生产线设备"(如: ATB矿选煤厂)来说, 搞"在线(ON-LINE)"的实时监测, 随时监控其运行状态, 从而开展自动润滑管理等状态预知维护, 是非常行之有效的。但是对于ATB矿的大多数分布广、 而又随时移动着的装载设备来说, 搞设备的随时状态检测, 并进行状态预知维修, 其难度很大。只能借用无线监控技术来实现。

设备状态预知检测手段看来与EAM联系不大, 笔者写该章节的目的就是想引起有关人士的注意。设备状态预知维护可以说是设备管理的最高境界, 因为各大设备厂家均在自己的设备上采用高科技的设备状态检测装置(下面将列举一两个例子)。这些检测装置随时记录下设备及重要部件的运行状况, 和司机的"误操作"(或不适当操作)的行为; 对一些设备故障能以代码的形式显示在车载显示屏上, 以及时提示操作者。

目前, 德兴铜矿采用带有该技术的设备后, 定期(如: 每周)由设备管理技术员到各设备上, 从车载检测装置中将设备运行检测信息"下载(DOWN-LOAD)"到便卸式电脑中(即: PTU - PORTABLE TEST UNIT),并用专用的统计分析软件进行分析, 然后向设备主管理提交一份设备状况报告 ; 设备主管根据该报告发出设备维修(或报养)工作命令。

设备状态预知维修管理： 1. 电铲诊断系统:

美国哈尼施菲格(P&H)采矿设备公司生产了一种"图形用户接口"装置, 该装置能使P&H电铲操作者迅速检查和诊断该设备运行状况信息。此图形用户接口为一彩色图表触屏装置, 该装置可使电铲操作者灵活地监测设备使用情况, 确定润滑系统、 提升推压系统和大臂摆动系统。碰到故障时会发出信号、做记录, 并对某个故障提供诊断屏幕; 同时显示提升制动、推压制动、大臂千斤顶和设备操作方式等设备的功能情况。

编程信息显示器为标出和存储事项信息可显示4条达80个字符自动上卷的正文。此图形用户接口已应用在新型P&H 4100A和2800XPB电铲上。第一个接口安装在操作工操作处, 提供设备状况、控制润滑及限位开关设定方面的信息。

第二个接口安装在控制室, 显示了每个PLC输入和输出。 利用地址改变颜色表示二进制状况, 同时用整数或浮点表示模拟状况。

当出现故障时, 图形用户接口按打上日期的美国信息交换标准码的格式把故障记录在硬盘上。触动故障描述符即可从显示屏上获得故障的详细说明, 说明包括安全问题、故障寻找信息、示意参考和图表。

在BE电铲上也有相应动态监测系统, 它可以记录设备的运行小时、故障原因代码及故障时间、司机误操作跟踪监视。

设备状态预知维修管理：2. 德莱赛(DRESSER)公司卡车诊断系统介绍

(1)控制系统:

— 通过激活接触器(CONTRACTOR) P1, P2(如果安装的话), MF, GF和GFR, 建立推进电路(PROPULSION CIRCUIT)来给轮马达供电。

— 通过为扩充范围激活接触器(CONTRACTOR) MF, GF, GFR, RP1, RP2, RP3, RP4, RP5,(和可选的RP6, RP7, RP8, RP9), 在轮马达电路上动态制动, 连接( GRID) 电阻栅RG1和RG2, 按顺序激活RP3～RP9接触器。

— 提供电流限制控制, 以便特有的速率在牵引及动态减速时能得到保持。

— 自动速度调节功能提供在下长坡时的缓速控制;

— 提供两个超速限制控制(空驶时用高一点的限速);

— 提供交流发电机三次谐波绕组保护和轮马达过流保护;

— 提供必要的操作限制, 如: 系统故障被检测到时的卡车就"熄火", 一些故障或"事件"将使相应的指示灯亮, 所有的故障或"事件"均被记录下来, 以便将来技术人员查询;

— 在显示面板上用两位数字(主代码下还有子代码)给卡车操作/维护技术人员, 显示可能存在的故障和其它发生的"事件";

— 提供自动或手工自我测试来检查故障(以帮助维修人员工作);

— 提供包括终身(LIFETIME)、季度、月度、天统计数据在内的历史日志, 并可以用"膝上"电脑存取这些日志, 以便在确定设备使用和维护计划时, 提供一个有价值的帮助。

(2)便携式测试装置(PTU):

PTU是一种专门用于检测DRESSER设备的笔记本电脑(内置可充电电池; 可装许多软件包; 60MB硬盘; 5MB扩充内存; VGA图形兼容显示屏; 自动电压调节)。 该电脑中装有卡车诊断及数据分析程序, 可通过通讯电缆与设备的车载的控制柜中显示面板装置的"A" 端口(具有两位数字00～99显示的仪器)相连接, 并启动电脑进入"GE OHV STATEX III系统菜单, 从而进行设备的测试与分析工作。

(3)主菜单功能介绍:

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┃ GE OHV STATEX III MENU                         ┃

┃ (GE OHV III型系统菜单)                         ┃

┃                                                ┃

┃ QUIT MUNU TRUCK SETUP(CFG)                     ┃

┃ (退出菜单) (卡车配置)                          ┃

┃ PTU TALK TO TRUCK SELECT TRUCK SETUP           ┃

┃ (PTU与卡车对话) (选择卡车安装配置)             ┃

┃ VIEW PTU SAVED FILES UPDATE CFG VERSION        ┃

┃ (查阅PTU储存文件) (更新配置版本)               ┃

┃ LIST STAT DATA FILES CHANGE PTU PASSWORD       ┃

┃ (列示统计数据文件) (改变PTU密码)               ┃

┃                                                ┃

┃ EXIT TO PC ROOT DIRECTORY                      ┃

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该菜单采用上下拉式菜单。下面简要介绍该菜单上的各功能:

①退出菜单: 当不使用该菜单时, 退出GE OHV时用。

②PTU与卡车对话: 该选择允许用户读取卡车的仪表读数; 测试卡车部件; 收集卡车

信息; 诊断可能出现的卡车系统错误。

该对话分为正常操作、特种操作、特种操作(发动机停止)、PTU缩写等。

其中特种操作

③查询PTU储存文件: 该功能可以列出卡车各种储存文件的信息(用F2功能键保存的)。

④列示统计数据文件: 该功能可以列出已存在于卡车中的统计数据文件清单。

⑤卡车配置: 该功能可以查看或修改卡车配置程序的某些配置。

— 可用光标选择一个卡车的配置(需提供配置文件名): 列出一组DOS形式的卡车配置文件,各文件包括文件名、卡车编号、文件建立日期及时间、相对应的GE文件名。注意:

可以按以上各项目的顺序列出各配置文件, 也可以用DEL键来删除光标所在的文件。

— 查看卡车配置屏幕、数据曲线(CURVES)屏幕: 可查看的项目有卡车编号、 卡车型号、卡车的基本信息; 为描述清楚特举例如下(某卡车配置):

TRUCK ID: 830E 2200hp

TRUCK_MODEL: HAULPAK 830E

240 TON DETROIT DIESEL ENGINE

2200 GROSS HORSEPOWER

5GE787FS4 WHEELMOTOR 2036 TRACTION HORSEPOWER

26.625: 1 GEAR RATIO 1900 RPM FULL LOAD SPEED

40 X 57 TIRE SIZE

68.4 ROLLING RADIUS

5GTA26E1 ALTERNATOR

3000 AMPS PROPEL CURRENT LIMIT

2000 VOLTS PROPEL VARI-VOLT LIM

ALTERNATOR TEMPERATURE CALC

3 STEPS EXTENDED RANGE

18 GRIDS, FORCED AIR COOLING

1390 AMPS RETARD CURRENT LIMIT

240 TON 41H141542 RETARD TORQUE VSRPM

41H142535 ALTERNATOR XXXXXXXXX SPEED TAPER CURVE

VOLTS VS AMPS

41A253241G1 GRID EQUIPMENT LIST

41H142534 TORQUE VS RPM

41A253273G4 EXTENDED RANGE

41H142521r2 FIELD FUNCTION EQUIPMENT LIST

41H142537 TORQUE VS AMPS 1=17.1 EXT RANGE

2=14.0 PICK_UPS

41H142536 LOAD BOX EFFICIENCY 3=10.0 (mps)

XXXXXXXXX POWER REFERENCE FUNCTION MINE DOS FILENAME: CANANEA.001

DETROIT DIESEL DDEC CURVE OEM DOS FILENAME: X70830EA.992

GE DOS FILENAME: X007011a.692

GE VERSION: 7.751

— 修改或查看卡车的系列号: 列示出卡车及卡车上所有重要部件(发动机等) 的系列号。

— 查看选择项: 列出一些选择项, 举例如下:

Y full retart: Y = 15.5 volts, N = 19 volts

Y engine status: Y= 0v trip(DDEC), N = 28v trip

N engine crankcase pressure sensor installed

N engine coolant temperature sensor installed

N engine coolant pressure sensor installed

N engine oil pressure sensor installed

N APS accel inhibit: Y = 28v, N = 0v

Y two speed overspeed system installed

Y motor 1 temperature sensor installed

Y motor 2 temperature sensor installed

Y AS switch overrides retart speed control

Y retard speed control system installed

N spin/stall correction and protection active

Y stalled wheelmotors protection active

N ignore high idle sw when empty

— 修改或查看卡车技术规范说明: 举例说明如下

Y : manual horsepower limit set (N=Auto)

+0 : engine horsepower output adjust

1900 : engine full load rpm

+100 : retard current demand adjust

1.0000 : motor temp meter full scale adjust

1.0000 : truck speed meter full scale adjust

1.0000 : engine tachometer full scale adjust

101 : blower pressure fault time delay

0.20 : event data collection interval (sec)

0 : stat qtr start month (0=Jan 1=Feb 2=Mar)

— 修改或查看超速(OVERSPEED)信息: 举例说明如下

30.0 : empty overspeed detect mph

27.0 : empty overspeed dropout mph

28.0 : empty speed override mph

20.0 : loaded overspeed detect mph

17.0 : loaded overspeed dropout mph

18.0 : loaded speed override mph

17.0 : loaded maximum retard pot mph

— 保存一个卡车配置(需提供文件名);

— 保存到哪个子目录(需提供子目录名);

⑥选择卡车安装配置: 为卡车安装或重新安装配置, 为卡车选择正确的配置程序。

列出一组DOS形式的卡车配置文件, 各文件包括文件名、卡车编号、 文件建立日期及时间、相对应的GE文件名。注: 可以按以上各项目的顺序列出各配置文件, 并移动光标选择安装卡车配置。

⑦ 更新配置版本: 安装最新的配置版本。

⑧ 改变PTU密码: 该功能可以设置、修改、删除PTU的密码。 可输入各密码的特许应用小时数及密码注释。

另外，在卡特789B上安装有VIMS(Vital Information Mangagment System, 重要信息管理系统), 789A卡车上没有安装此类系统。CAT公司还与SAP公司联合研发“维修备件供应链管理方案”，与美国采矿模块公司联合研发“基于GPS技术的无线、实时设备管理系统Mineworks”。

设备状态预知维修管理： 3. 康明斯发动机状态检测软件INSITETM

该软件是康明斯公司用于诊断和修改发动机的分析软件, 它能存储分析发动机的历史数据, 修改发动机运行的有关值。 装有该软件的笔记本电脑和发动机的电气控制模块(ECM-ELETRONIC CONTROL MODLE)连起来, 就可以把发动机的运行信息"下载"到电脑中。

当PC和发动机连接起来后, 就可以得到发动机的最新信息; 可以将ECM 中的数据存储起来供以后查看, 从而通过分析ECM数据来检测和存取发动机的信息。ECM中数据可以转换成DOS文件, 以供其它的软件使用。可以用INSITETM软件从ECM中读取数据, 并修改发动机ECM中的设置(SETTING)。当PC与ECM连接时, 可以修改设置; 读取数据; 清理发动机的故障数据; 监视和测试一台正在运行的发动机; 校准(CALIBRATE)一个ECM等。当PC和发动机不连接时, 可以查看和打印INSITETM数据库中的历史记录; 可以用该软件的求助系统来阅读联机的系统手册信息。

当建立一个JOB时, 把PC与ECM连接, 然后有关发动机的信息就从ECM中读出来, 并自动地输入到该JOB中, JOB号唯一地和维修工作单号相对应。

设备状态预知维修管理： 4. 轮胎状况诊断管理手段

检测轮胎的温度和气压, 从而安装有关的维护保养工作。现在米其林、普林司通等轮胎厂家都有其专门的轮胎状态检测软件。

设备状态预知维修管理：5．GPS采矿作业调度及移动设备的转台检测软件

美国采矿模块公司研制的GPS采矿调度软件可以实时检测及调度矿坑中的移动设备的运行状况，并进行智能化的调度，以实施生产组织的整体最优，它还可以实现自动计量、设备状态检测，以实现设备的状态预知维修。该软件可以与SAP、MAXIMO实施对接，以便使移动设备的状态信息实时等反馈给EAM软件，目前美国采矿模块公司已被小松设备厂家注资，并与CAT设备厂商联合研发“基于GPS技术的无线、实时设备管理系统Mineworks”。

设备状态预知维修管理：三. 采用状态监测和诊断技术等先进方法和技术，推进设备现代化管理。

设备状态预知维修管理： 1. 利用设备监测和诊断技术, 可以做以下工作：

(1)将从现场收集(或自动采集)来的设备的状态监测数据输入(或传入)计算机， 利用状态监测与故障简易诊断软件即可显设备的运行状况，判断各种常见的机械故障，提出维修建议。通过提高运行设备监测的科学性和可靠性，逐步推行以状态为基础的预知维修。

进一步加强了设备现场管理设备故障信息管理，统计各类设备上故障率，分析故障发生部位和规律，为设备维护、检修和技术改造提供可靠依据。

(2)ATB矿现在一般采用指令性计划检修，如果能有效地开展状态监测工作，就可以从计划检修逐步过渡到诊断预修，通过到工艺参数变化的分析，用议器检测振动，轴承温度和噪音，分析油样中的金属元素，判断设备量化趋势，及时安排预知检修计划，并提早核实备件或外委件。

设备状态预知维修管理： 2. 设备状态预知的检测方法

ATB矿现在采用的设备状态预知的检测方法有以下几种:

(1)利用光谱分析技术, 实现设备的故障的检测

光谱分析技术是一种机械设备的故障诊断技术。如现在普遍采用的多元素油料分析光谱仪, 属原子发射光谱仪。它主要由外壳、偏转板、光电倍增管、积分电路、输出电路、计算机等组成。光谱油料分析技术能实现以下故障的检测:

— 测量磨损金属, 特别对于鉴别胶合、腐蚀等磨损比较有效。

— 发现冷却系统的泄露。

— 检测油液中添加剂的损耗。

— 检测设备的运转情况, 正确规定报废标准, 从而延长机器的使用寿命。

— 判断磨合效果, 合理规定磨合规范。

— 正确地规定机油、液压油的换油周期。

— 评价结构改进, 材料代用(包括润滑油)的效果。

— 形成完整的监测系统, 提高企业的管理水平。

光谱分析技术能够分析出油液中的20种元素及其浓度, 根据油液中出现的元素和这种元素的来源来判断是什么性质的故障, 若这种元素来自摩擦则说明这种元素是由于磨损而产生的, 而且根据各摩擦的材料就能准确判断产生磨损元素的具体位置, 这是其它技术所不能做到的。光谱油液分析技术还可以根据元素浓度值的大小(元素的成份及大小)来作定量分析, 判断设备是否出现异常和故障(磨损损伤程度和设备状态); 利用光谱分析技术对发动机磨合规律、正常磨损规律、异常磨损规律进行研究, 从中得到很有价值的结论, 为实现发动机故障的准确诊断打下科学的基础。

ATB矿在外方撤出前, 是由专人驾驶工具车到矿坑各设备上去采集油样, 然后拿到化验室去化验, 并根据油样化验结果, 诊断设备故障; 现在只是在设备开回车间保养前( 运行状态), 从设备各放油口上采集油样, 并编号后送交维修部化验室。通过化验来诊断设备的磨损状况。个别设备厂家驻矿服务队(如: 卡特厂家)也拥有其油样化验室。

(2)利用超声波和射线探内伤(内裂缝)

早先(50年代)国内企业用煤油渗透法来对检查某些零部件损伤情况, 而现在普遍利用超声波仪从被探件表面探过时, 如果示波仪上的规律性的波纹发生不正常的扭曲, 则说明被探件有内伤。据说ATB矿总成修理部有该仪器, 不知应用的如何。

(3)磁性粉探表明裂缝

利用磁粉的液体混合物刷在探件表面, 将探件置于某稳定的磁场中, 磁粉就呈现出规律性的走向。如果局部磁粉走向发生异常, 则说明探件表面有裂缝。

(4)铁谱技术

70年代出现了铁谱技术的应用, 它是利用一种特别设计的磁场, 将悬浮于润滑油液中的金属磨损微粒与润滑油分离开来, 并使其按着微粒尺寸的大小, 依此降沉到一个透明的基片上, 然后借助光学显微镜或扫描电子显微镜检测分析磨损颗粒, 通过对磨损颗粒形态、大小、数量、表面形貌和粒子大小分布的特征, 来了解机件的磨损状态, 分析颗粒的成份判断磨屑的来源, 从而对设备的润滑和磨损状态作出准确的判断。进而较准确地确定设备在何部位, 出现了什么问题, 是否应该修理, 何时修理最适宜等等。

(5)红外线测温仪和红外线热像仪

红外线测温仪的出现, 又为我们提供了不必直接接触设备, 即可测出设备某部位的点温或温度场的方便手段(非接触式测温)。而红外线热像仪则更能将物体的温度分布转换成图像, 以更为直观的形象的热图显示出来。红外测温具有非接触测量、反映速度快、灵敏度高、温度测量范围广等特点。

(6)振动测试技术

80年代出现振动测量技术, 能精确地测试出机器振动的位移量、速度和加速度, 并可作出频谱图, 借以分析振动的程度及产生振动的原因和振源。

(7)电气诊断技术

最初有气相色谱仪用于对变压器故障性质的分析, 有利用温度场技术判断变压器的故障点等。现在的电气诊断技术, 可以判断出设备(静止电器、接触电器和旋转电机)的电气性能、绝缘性能, 判断出设备是否正常, 甚至可判断出电气设备的残余寿命。