基于条件的维护：完整指南

条件-基于维护（CBM） 是一种维护策略，用于监控资产的实时状况以确定需要执行哪些维护。

什么是基于状态的维护？

基于状态的维护 (CBM) 是一种维护策略，可监控资产的实时状态以确定需要执行哪些维护。与使用基于日历的维护或其他方式来确定何时安排和执行维护的预防性维护不同，基于状态的维护规定只有在这些实时指标显示不规则或性能下降迹象时才应进行维护。

基于状态的维护的目标是持续监控资产以发现即将发生的故障，因此可以在故障发生之前主动安排维护。我们的想法是，这种实时监控将为维护团队提供足够的准备时间，以免发生故障或性能低于最佳水平。

使用传感器和现场读数是收集实时数据进行分析的最常见方式。例如，传感器可以安装在旋转设备上以监测其振动。随着时间的推移，随着移动部件退化并开始失去对齐，振动会增加，传感器会检测到这种情况。安装的传感器可以预设为当振动达到确定的极限时提醒维护团队。

虽然基于状态的维护可用于大多数设备，但这些设备必须满足 CBM 有效的某些标准。首先，需要有一个可监控的条件。换句话说，如果机器的性能无法衡量，你怎么知道性能是否有变化？您还需要能够提前足够远地看到性能变化，以便在资产出现故障或生产减少之前进行维护。

资产重要性是您在使用基于状态的维护之前应该考虑的另一个标准。对最关键的资产使用 CBM，您将获得最佳投资回报 (ROI)。在执行基于状态的维护之前，进行关键性分析以对哪些设备最有可能发生故障以及故障对您的运营产生的影响进行排名是至关重要的一步。从最关键的资产开始缩减规模很重要。

最后，基于状态的维护仅与用于分析数据的流程和系统一样有效。维护团队必须能够收集性能数据并对其进行正确分析，以便根据结果做出明智而及时的决策。

状态维护的类型

基于状态维护的最大优势之一是它是非侵入性的，这意味着在机器仍在运行时收集实时数据，而无需调整其操作方式。您可以选择以特定时间间隔或通过传感器、目视检查或预定测试等方式连续收集数据。让我们来看看 CBM 中使用的一些最常见的基于状态的监测技术。

• 振动分析。 振动分析被定义为测量机器的振动水平和频率并使用该信息分析机器及其组件的健康状况的过程。振动分析可以帮助检测不平衡、轴承故障、机械松动、共振、轴弯曲等问题。

  一个简单的例子可能如下所示：假设您有一个工业风扇。您卸下其中一个风扇叶片并启动它。正如您所料，由于风扇叶轮不平衡，风扇开始振动。风扇每转一圈，这种不平衡的力就会发生一次，从而产生增加的振动信号。您也可能有损坏的轴承轨道，导致轴承滚子每次接触剥落时都会产生振动。因此，如果三个轴承滚子每转击中碎片，您会看到风扇运行速度三倍的振动信号。

• 红外热成像。 红外热成像是使用热成像仪检测来自物体的辐射，将其转换为温度并实时显示温度分布图像的过程。通常与基线图像一起使用以进行比较，红外热成像图像可以清晰、轻松地显示资产何时过热。红外热像仪用于监测电机的电气和机械状况，检查轴承和检查耐火绝缘，以及检查气体、液体和污泥水平。

  红外工具包括点红外热像仪，用于测量难以触及的资产或在极端条件下运行的资产的热辐射；红外扫描系统，可扫描传送带上较大的区域或物体；和红外热像仪，可在大面积的多点测量温度并创建二维热成像图像。

• 超声波分析。 超声波分析通过检测高频声音并将其转换为音频和数字数据，使用声音来识别潜在的故障资产。当涉及到超声波时，数据收集方法决定了可检测故障的类型。您可以采用接触（结构传播）或非接触（空中传播）方法。接触方法通常用于机械问题，如轴承故障、润滑问题、齿轮损坏和泵气蚀。所有这些故障都会发出高频噪声。超声波接触方法也有助于检测电机的电气故障，因为松动或断裂的转子条会产生高频、有节奏的模式。最后，发生故障的蒸汽疏水阀可能会不断地从内部密封件泄漏蒸汽，从而引起嘎嘎声，超声波会检测到这种声响。

  超声波测量的非接触式方法（机载）包括压缩气体系统的压力和真空泄漏以及许多电气应用。空气调查使用超声波来检测压缩气体系统中的泄漏。在电气系统中使用机载超声波时，超声波方法可以检测电弧和电晕，而热成像无法检测。

• 油品分析。 油液分析是分析油液健康状况、污染和机器磨损的常规活动。油液分析程序有助于验证润滑机器是否正常运行。油液分析检查油液的流体特性，回答诸如正确的添加剂是否有效等问题。添加剂用完了吗？粘度是否在需要的位置？油品分析还会查看油品中是否存在破坏性污染物，如果有，有助于缩小可能的来源。最后，通过油液分析，您可以分析是否存在因机械磨损、腐蚀或其他机器表面退化而产生的颗粒。
• 电气分析。 电气分析用于使用钳式电流表的电机电流读数来检查资产的输入电能质量，以测量电路中的电流。这使维护人员可以更轻松地看到资产何时获得异常电量。
• 压力分析。 保持设备内的正确压力以让流体、气体或空气正确通过管道或液压软管至关重要。压力分析可以持续实时监控压力水平并在突然下降或峰值时发出警报，让维护人员能够在更严重的事故发生之前做出响应并解决问题。

实施基于状态的维护之前应采取的步骤

如前所述，您可以采取一些措施来充分利用基于状态的维护计划。

1. 确保打下坚实的基础。 基于状态的维护与以可靠性为中心的维护 (RCM) 齐头并进，因为 RCM 可帮助您识别资产的潜在问题，并确定您应该采取哪些措施来确保这些资产继续以最大容量生产。扎实掌握 RCM 流程有助于将基于状态的维护工作集中在需要的地方。事实上，可靠性专家一致认为，采用基于状态的维护计划的最大问题之一是缺乏对 RCM 原则的理解。
2. 包括受影响的人员。 一旦确定所有维护人员都具备必要的技能，就将他们包括在关键性分析中。纳入他们的意见使他们成为积极的参与者，并让他们有机会有效地使用他们的 RCM 基础，同时为基于条件的维护实施做出贡献。它还将帮助他们识别、减轻和消除故障模式。
3. 进行关键性分析。 如前所述，关键性评估可确保您的基于状态的维护计划有效。准确地将资产识别为关键、半关键和非关键可以减少不必要的基于路线的维护。换句话说，维护人员将知道哪些资产最关键，并且可以首先或比非关键资产更频繁地检查这些资产，而无需在整个工厂进行不必要的路线检查。

   关键性分析还有助于确定哪些资产将从基于状态的监控技术中受益最大，例如远程振动或声学传感器，这些技术可生成可从其他位置进行分析的实时数据。这些更关键的资产被称为“坏演员”或资产阵容中的惯犯。这些不良行为者从持续监控中获益更多，因为他们往往会经常出现问题。请记住，一旦您完成了关键性分析，通常会发现您曾经认为关键的资产并不像您之前认为的那么关键。

4. 跟进。 完成关键性评估后，最好实施故障报告、分析和纠正措施系统 (FRACAS)，以确保您的分析是正确的，并且最关键的资产从您的基于状态的维护计划中获益最多。

实施基于状态的维护：IAEA 示例

2007 年 5 月，国际原子能机构 (IAEA) 认识到需要开始将核电厂从预防性（基于时间的）维护计划转变为依赖于工厂和组件状况的基于条件的维护计划。认识到这一需求后，该机构在题为核电厂状态维护的实施策略的出版物中制定并标准化了如何实施 CBM 计划 .概述的策略使用各种在线和离线状态监测技术来定义如何选择用于监测的组件和参数、应采用哪些监测和诊断技术、如何纳入验收标准等。

IAEA 这种基于状态的维护战略的主要目标包括通过减少强制停电来提高可用性；通过减少频繁重建造成的磨损来延长设备寿命；发现问题发生时；尽量减少拆卸和重新组装时出现问题的可能性；并通过减少维修成本、加班时间和库存零件来节省维护成本。

IAEA 的基于状态的维护战略包括对压力边界部件、安全壳结构、主涡轮发电机和反应堆冷却剂泵等事物的目视检查和连续监测技术的组合。例如，这可能涉及用于涡轮发电机推力轴承磨损监测的在线诊断。建议的基于状态的维护技术包括振动监测、声学分析、电机分析、电动阀门测试、热成像、摩擦学和过程参数监测，所有这些都与目视检查相结合。

IAEA 发现，转向基于状态的维护计划的挑战不是缺乏对先进技术方法的了解，而是集中在改变文化和管理以使他们参与其中的意愿。了解这一挑战后，它的 CBM 实施流程围绕四个要素：

• 承诺 - 维护人员必须致力于该过程及其新技术。它必须信任培训和技术，而管理层需要承诺为所有员工采购足够的设备和培训。
• 参与 - 为了取得成功，所有团体都需要 100% 参与 CBM 计划。管理层必须加强这种期望。
• 整体方法 - 这适用于整个工厂的所有系统，无一例外。
• 可持续性 - CBM 计划、人员和设备必须随着时间的推移得到维护才能获得长期收益。随着人员从组织中来来去去，需要提供适当的培训和资源。

为确保向维修人员正确描述 CBM 的实施，原子能机构认识到需要进行有效的沟通和培训。它概述了以下用于教育核电厂和解释 CBM 过程基础的思考过程：分析的条件、选择的方法、实施的方法和项目评估。每一个都可以通过询问“什么”、“为什么”、“如何”和谁来分解。

• 条件分析： 这包括关键性分析。
  • 什么？ – 确保管理层承诺、确定需求、审视雄心和期望、确定可用资源等。
  • 为什么？ – 全面了解所需内容。
  • 如何？ – 实地考察、公司绩效评估。
  • 谁？ – 专家和权威人物/所有者。
• 选择的方法： 这就是决定 CBM 方法和角色的地方。
  • 什么？ – 选择 CBM 团队的角色和需求；识别和选择方法。
  • 为什么？ – 选择满足初始分析中发现的所有需求的方法。
  • 如何？ – 领导者和维护团队的共识。
  • 谁？ – 任何受 CBM 实施影响的人。
• 实现的方法： 这就是讨论付诸行动的地方。
  • 什么？ – 角色得到发展。通过进行培训、获得 IT 支持等方式，确保所有计划和项目都得到沟通和理解。创建基准。
  • 为什么？ – 尽快改善维护和可靠性。
  • 如何？ – 在职培训、辅导项目会议和跟进。
  • 谁？ – 项目经理、维护团队和任何其他受影响的人。
• 项目评估： 这包括对新实施的 CBM 流程的分析，以确保一切按计划进行。
  • 什么？ – 跟进 CBM 计划的目标，讨论经验，并制定管理和发展计划。
  • 为什么？ – 确保 CBM 按预期工作。
  • 如何？ – 审计和会议以进行跟进和规划。
  • 谁？ – 流程负责人、管理层和领导。

状态维护的挑战

那么，有什么收获呢？与任何流程变更或新流程实施一样，基于状态的维护也会带来一些挑战。

• 巨大的初始成本。 当您执行关键性分析并确定需要放置传感器的位置时，与 CBM 相关的前期成本往往会增加。如果您必须在旧资产上对其进行改造，这可能会更加昂贵。这就是您的关键性分析如此重要的部分原因，因为它决定了哪些设备将提供最高的投资回报率。较新或较小的工厂可能没有执行此类分析的现场专业知识，因此聘请专家进行故障模式和影响分析 (FMEA) 和 RCM 分析是明智之举，这将是额外费用。

  此外，选择合适的传感器至关重要。考虑操作条件等因素，因为专为承受恶劣操作环境而设计的传感器通常成本更高。

• 培训。 既然您拥有传感器来提供实时数据并深入了解设备状况，您就必须拥有能够正确快速地分析这些数据的人员。对于传感器产生的每个故障检测或警报，都会出现多个问题。是否需要更换零件？零件有货吗？在资产失效之前我们还有多久？我们需要供应商进行更换吗？

  请记住，培训是另一项费用，涉及将操作员和其他维护人员从他们的正常操作职责中拉出来。培训还包括让每个人都参与到变革中并有效地管理变革。从 IAEA 那里了解到，这是实施基于状态的维护计划最困难的部分之一。

• 运行条件。 传感器的精度和性能部分取决于它们运行的​​环境。恶劣的操作条件会导致传感器出现故障或损坏。例如，高温和高湿会影响电子设备，而腐蚀性化学物质会损坏传感器并导致读数不准确。
• 不可预测性。 与定期维护不同，基于状态监控程序的维护工作是不可预测的。例如，当传感器提醒您时，您可以执行维护。这可能会导致费用在预算中的显示方式不规则。例如，如果少数资产同时需要维护，您的维护团队必须能够快速管理维修。
• 软件要求。 每个安装的传感器都会持续收集大量数据，因此拥有现代计算机化维护管理系统 (CMMS) 或其他可以组织、跟踪、收集和分析这些数据的软件非常重要。除了拥有合适的软件外，您还需要考虑聘请第三方来帮助分析结果，直到您的员工接受全面培训。

  此外，请确保您的 Wi-Fi 连接可以处理正在使用的数据量，并且您的云存储计划足够大以容纳存储的数据。

状态监测的好处

考虑到实施基于状态的维护计划带来的所有挑战，您可能想知道它是否值得。虽然 CBM 程序最初并不便宜，并且可能需要一些时间来启动和运行，但您最终可以从中获得很多价值。一旦正确实施并由训练有素的员工运行，它可以带来许多好处，例如：

• 提高了系统可靠性，
• 提高生产力，
• 降低维护成本，
• 减少停机时间，
• 更快地诊断问题，以及
• 减少维护之间的时间。

CBM 计划潜在的高投资回报率吸引了许多组织，因为它可以帮助他们保持竞争力并尽可能精简运营。