任海飛

（蘭州新區(qū)石化產(chǎn)業(yè)投資集團(tuán)有限公司，甘肅 蘭州 730311）

0 引言

如果化工企業(yè)想在當(dāng)前市場(chǎng)占據(jù)一席之地，就需要不斷提升企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力，降低生產(chǎn)中產(chǎn)生的成本費(fèi)用，并提升生產(chǎn)效率[1]。在這方面，機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用也受到了很大的影響，將自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用于化工企業(yè)的設(shè)備管理中，能夠提高管理水平，完善管理制度，極大地提高管理效率。采用高效率的生產(chǎn)設(shè)備，減少原材料浪費(fèi)，也是企業(yè)未來(lái)發(fā)展中必不可少的條件。在化工設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，如果能夠?qū)ζ溥\(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，就能夠極大程度地避免故障問(wèn)題，避免對(duì)生產(chǎn)安全造成影響，減少甚至避免發(fā)生生產(chǎn)事故。設(shè)備的維修和養(yǎng)護(hù)是設(shè)備管理工作的重點(diǎn)，與設(shè)備的使用管理同樣重要[2]?；て髽I(yè)如果想提升生產(chǎn)水平，就必須提高生產(chǎn)效率，降低設(shè)備的故障率，但是化工設(shè)備屬于消耗品，難免會(huì)出現(xiàn)一些常見(jiàn)的故障。因此，需要將現(xiàn)代化管理技術(shù)應(yīng)用到整個(gè)化工企業(yè)的設(shè)備管理中，保證機(jī)械設(shè)備處于最佳的運(yùn)行狀態(tài)[3]?；诖?，該文將開(kāi)展基于現(xiàn)代化管理技術(shù)的化工設(shè)備管理方法的研究。

1 基于現(xiàn)代化管理技術(shù)的化工設(shè)備選型決策模型構(gòu)建

在對(duì)化工設(shè)備進(jìn)行管理前，需要確保化工企業(yè)所使用的設(shè)備符合可靠性、技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性要求，也能夠?yàn)楹罄m(xù)管理提供先決條件[4]。基于此，引入現(xiàn)代化管理技術(shù)，構(gòu)建化工設(shè)備的選型決策模型。在決策模型中，將可靠性——成本分析作為主層次結(jié)構(gòu)，如圖1 所示。

圖1 設(shè)備選型決策模型可靠性——成本分析主層次結(jié)構(gòu)

結(jié)合圖1 中內(nèi)容，在對(duì)設(shè)備選型時(shí)，關(guān)于可靠性方面的因素包括5 個(gè)方面，關(guān)于成本方面的因素包括3 個(gè)方面。假設(shè)待選方案包括設(shè)備A、設(shè)備B 和設(shè)備C。以可靠性為例，在具體選型時(shí)，首先確定各層權(quán)重，并對(duì)第二層和第三層有關(guān)可靠性的因素分別進(jìn)行成對(duì)比較，建立成對(duì)比較矩陣，如公式（1）所示。

式中：A為成對(duì)比較矩陣；aij為某一影響因素i和某一影響因素j的比較結(jié)果；ω為各個(gè)因素的權(quán)重取值。根據(jù)上述公式，求解出矩陣A的最大特征值，并計(jì)算得出一致性指標(biāo)，如公式（2）所示。

式中：CI為一致性指標(biāo)取值；λmax 為矩陣A的最大特征值；n為矩陣A中影響因素成對(duì)數(shù)。通過(guò)計(jì)算得出CI值，當(dāng)CI的取值小于或等于0.1 時(shí)，此時(shí)說(shuō)明矩陣A的不一致程度具有一定意義。根據(jù)上述邏輯完成對(duì)成本因素的成對(duì)比較分析，并將2 組結(jié)果匯總，選擇最佳的設(shè)備選型方案。

2 化工設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)與預(yù)警

針對(duì)上述所選擇的化工設(shè)備，在其運(yùn)行過(guò)程中，需要對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并針對(duì)設(shè)備出現(xiàn)的異常運(yùn)行情況及時(shí)進(jìn)行預(yù)警，以提高設(shè)備使用的安全性和使用效率[5]。在這一過(guò)程中引入現(xiàn)代化管理技術(shù)中的故障診斷技術(shù)，如果要對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和診斷，就需要建立一整套的、規(guī)范的運(yùn)行流程，并充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，建立狀態(tài)監(jiān)控和預(yù)警體系[6]。對(duì)化工設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)與預(yù)警的主要程序包括選擇受控設(shè)備——確定監(jiān)測(cè)等級(jí)——實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)診斷——生成預(yù)警報(bào)告——設(shè)備缺陷治理。

要進(jìn)行化工設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控故障診斷，必須合理選取控制對(duì)象[7]。由于設(shè)備的結(jié)構(gòu)千變?nèi)f化，其組成部件的壽命也因其不同而有較大的差異，由于其功能不同，因此對(duì)其生產(chǎn)和效益的影響也不相同。在安全、可靠的設(shè)備中，進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控和故障診斷是沒(méi)有現(xiàn)實(shí)意義的。在選擇設(shè)備的過(guò)程中，必須逐項(xiàng)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析，選擇風(fēng)險(xiǎn)較高、故障損失較大的設(shè)備作為控制目標(biāo)[8]。

針對(duì)監(jiān)測(cè)的等級(jí)，結(jié)合化工設(shè)備的重要性質(zhì)，分為3個(gè)等級(jí)，分別為A 級(jí)、B 級(jí)和C 級(jí)，其對(duì)應(yīng)的重要性依次為關(guān)鍵設(shè)備、重要設(shè)備以及一般設(shè)備。根據(jù)其重要性，從高到低采取的監(jiān)測(cè)方式分別為在線連續(xù)監(jiān)測(cè)（持續(xù)的在線監(jiān)控，對(duì)異常操作進(jìn)行精確的診斷）；離線精密監(jiān)測(cè)與診斷（離線定期檢查，進(jìn)行趨勢(shì)管理，對(duì)異常操作進(jìn)行精確診斷）；簡(jiǎn)易監(jiān)測(cè)與診斷（脫機(jī)簡(jiǎn)單監(jiān)控，有異常狀況，開(kāi)始操作傾向于管理）。

在制定監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)過(guò)程中，應(yīng)堅(jiān)持科學(xué)與實(shí)用的原則[9]。同時(shí)，要建立循環(huán)運(yùn)行機(jī)制，在實(shí)踐中不斷積累實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，反復(fù)修改監(jiān)督規(guī)范的內(nèi)容，使其逐步完善。圖2 為化工設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)故障診斷的可執(zhí)行程序。

圖2 化工設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)故障診斷的可執(zhí)行程序

在狀態(tài)監(jiān)控中，利用信號(hào)分析、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等技術(shù)，構(gòu)建一套設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控與故障診斷集成體系，對(duì)設(shè)備靜態(tài)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)。在動(dòng)態(tài)監(jiān)控的基礎(chǔ)上，對(duì)設(shè)備狀況進(jìn)行定量趨勢(shì)管理，即對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行預(yù)警，并定期對(duì)各種監(jiān)測(cè)指標(biāo)進(jìn)行定量的趨勢(shì)分析。當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，采用軌跡追蹤分析和精確診斷分析的方法，組織有關(guān)單位的專(zhuān)家會(huì)診，對(duì)設(shè)備的故障和設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行分析。

3 化工設(shè)備維修管理與修理周期預(yù)測(cè)

結(jié)合上述化工設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與診斷結(jié)果，對(duì)其進(jìn)行維修管理，在管理過(guò)程中根據(jù)設(shè)備實(shí)際情況，合理地選擇預(yù)防性維修、修復(fù)性維修等方式。同時(shí)，在維修過(guò)程中應(yīng)當(dāng)以可靠性為核心?；诳煽啃缘木S修，實(shí)質(zhì)上是一種基于對(duì)故障的性質(zhì)及成因的維護(hù)策略的確定。規(guī)定維護(hù)需求必須遵循具體的維護(hù)邏輯。作為維護(hù)戰(zhàn)略，包括在維護(hù)計(jì)劃中的各種維護(hù)活動(dòng)。維修工作包括從目測(cè)、視情維修到全系統(tǒng)檢修。對(duì)大量化工設(shè)備發(fā)生故障進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，確定設(shè)備的故障率變化呈現(xiàn)“浴盆”狀，如圖3所示。

圖3 化工設(shè)備故障率變化曲線

結(jié)合3 個(gè)時(shí)期，對(duì)化工設(shè)備的修理周期進(jìn)行預(yù)測(cè)，在早期故障時(shí)期，故障的主要原因是設(shè)備設(shè)計(jì)、制造或材料方面的問(wèn)題以及操作人員操作不熟練。大部分新設(shè)備在試車(chē)或老設(shè)備經(jīng)過(guò)大修、技術(shù)改造后都會(huì)出現(xiàn)這樣的狀況。啟動(dòng)裝置故障率較高，故障持續(xù)排除后，故障率立即顯著降低。在偶發(fā)故障階段，設(shè)備功能失效的概率較低，基本能夠控制在同一水平線上并且變化遵循指數(shù)規(guī)律。由于受到不當(dāng)操作、維護(hù)不及時(shí)等問(wèn)題的影響，才會(huì)導(dǎo)致化工設(shè)備故障，因此在該過(guò)程中設(shè)備故障與運(yùn)行時(shí)間之間不存在關(guān)聯(lián)，可以將這一階段看作是設(shè)備的偶發(fā)性失效階段。耗損故障時(shí)期，設(shè)備在長(zhǎng)時(shí)間的使用中，由于老化、腐蝕、磨損以及疲勞等原因，會(huì)出現(xiàn)失效問(wèn)題。設(shè)備故障率隨運(yùn)行時(shí)間延長(zhǎng)而遞增，當(dāng)故障分布接近正太分布時(shí)，應(yīng)采取預(yù)防性維護(hù)措施以減少故障率。

根據(jù)上述分析結(jié)果，構(gòu)建完善的培訓(xùn)體系，培訓(xùn)包括但不限于化工設(shè)備結(jié)構(gòu)、原理、性能、用途、操作、保養(yǎng)、清潔以及潤(rùn)滑等，系統(tǒng)提升生產(chǎn)人員對(duì)自主維護(hù)內(nèi)容的掌握程度，通過(guò)“傳、幫、帶”，整體提高所有生產(chǎn)人員的技術(shù)能力并且生產(chǎn)人員參與化工設(shè)備檢修，與檢修人員進(jìn)行團(tuán)隊(duì)合作，制定點(diǎn)檢表，標(biāo)準(zhǔn)化化工設(shè)備維修管理，通過(guò)該步驟，工作人員可以自主處理化工設(shè)備簡(jiǎn)單故障，減少維修時(shí)間，提高化工設(shè)備工作效率。

4 對(duì)比試驗(yàn)

為進(jìn)一步驗(yàn)證該技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用效果，將基于該技術(shù)的新管理方法作為試驗(yàn)組，將基于大數(shù)據(jù)的管理方法和基于區(qū)塊鏈技術(shù)的管理方法分別作為對(duì)照A 組和對(duì)照B 組。為了對(duì)3 種管理方法管理效果進(jìn)行量化，在管理過(guò)程中，為設(shè)備設(shè)置不可靠度（累計(jì)故障率）、無(wú)故障密度和平均壽命3 個(gè)指標(biāo)。分別記錄采用不同的管理方法得到的多臺(tái)化工設(shè)備的各項(xiàng)指標(biāo)。為了保證試驗(yàn)結(jié)果客觀，在試驗(yàn)過(guò)程中，所選擇的化工設(shè)備包括多種類(lèi)型，其基本信息記錄見(jiàn)表1。

表1 化工設(shè)備類(lèi)型與基本信息

對(duì)表1 中5 種不同類(lèi)型的化工設(shè)備進(jìn)行管理，并通過(guò)計(jì)算或直接測(cè)定的方式得到上述指標(biāo)。其中，不可靠度（累計(jì)故障率）可通過(guò)公式（3）計(jì)算得出。

式中：F（t）為設(shè)備的不可靠度；R1為固有可靠度；R2為對(duì)固有可靠性R1造成干擾的概率；R0為化工設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中的可靠度，可以通過(guò)固有可靠度與對(duì)固有可靠度造成干擾概率的乘積得出。無(wú)故障密度如公式（4）所示。

式中：R（t）為化工設(shè)備無(wú)故障密度；t為時(shí)間；f（t）為某一時(shí)刻設(shè)備發(fā)生故障的概率。R（t）的取值范圍在0~1，R（t）值越接近1，就說(shuō)明設(shè)備在某一時(shí)刻出現(xiàn)故障的概率越低；反之，R（t）值越接近0，就說(shuō)明設(shè)備在某一時(shí)刻出現(xiàn)故障的概率越高。

根據(jù)上述公式，可以對(duì)設(shè)備不可靠度和設(shè)備無(wú)故障密度進(jìn)行計(jì)算。針對(duì)設(shè)備的平均壽命就可以通過(guò)測(cè)定無(wú)故障的時(shí)間或在設(shè)備功能作用失效前的時(shí)間，將具體數(shù)值作為平均壽命。根據(jù)上文，將5 種不同類(lèi)型的設(shè)備3 種管理方法的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，并得到表2~表4 的結(jié)果。

表2 3 種管理方法中設(shè)備故障不可靠度對(duì)比表

表3 三種管理方法設(shè)備無(wú)故障密度對(duì)比表

表4 三種管理方法設(shè)備平均壽命對(duì)比表

從上述3 組試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果可以看出，在應(yīng)用試驗(yàn)組管理方法的過(guò)程中，設(shè)備的不可靠度最低、無(wú)故障密度最高、平均壽命最長(zhǎng)。因此，將試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比可知，該文提出的新的管理方法在實(shí)際應(yīng)用中可以提升設(shè)備可靠性，并降低化工設(shè)備的故障密度，從而延長(zhǎng)設(shè)備的運(yùn)行和使用壽命。對(duì)化工企業(yè)來(lái)說(shuō)，在其實(shí)際生產(chǎn)工作中如果采用基于現(xiàn)代化管理技術(shù)的管理方法，就能夠提升設(shè)備管理水平，具有十分顯著的應(yīng)用價(jià)值。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述研究，將現(xiàn)代化管理技術(shù)應(yīng)用到對(duì)化工設(shè)備的管理中，并提出一種新的管理方法。將新的管理方法與現(xiàn)有的2 種管理方法進(jìn)行對(duì)比，新的管理方法的應(yīng)用可以提高設(shè)備管理水平，無(wú)論是保障設(shè)備安全使用和提升生產(chǎn)效率都具備更高的優(yōu)勢(shì)。在今后的研究中，還將針對(duì)新管理方法對(duì)其他多種不同類(lèi)型化工設(shè)備的管理實(shí)踐應(yīng)用效果進(jìn)行分析，從而在實(shí)踐中找出不足之處并加以改進(jìn)，提高管理方法的應(yīng)用可行性。