作者：黄伟,等
出版社：机械工业出版社
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机电设备维护与管理试读：
前言
本教材自出版后，受到广大读者欢迎，被许多高职高专院校选用，也有企业设备管理技术人员选用。根据使用状况，为全面体现专业技术要求、能力，本教材此次出版精简掉不适合的内容，增加设备故障诊断检测、传动设备维护、起重设备电气控制故障排除等实用知识，特别是增加了生产设备的机、电、液的专业综合内容，基本包括通用类设备、特种设备的维护及管理，也介绍了典型设备的维护，比较完整。另外，本教材还增加了典型案例、维修实例，强化了故障分析过程与思路，在每个章节中，灵活增加了课堂练习，巩固学习效果。
作为“十三五”江苏省高等学校重点教材，本教材体现了“产业对接、校企融合、工学结合、理实一体”，将质量管理体系贯穿于设备维护与管理的全过程。设备维护技术与设备管理结合更加紧密，通用设备与特种设备管理维护有效融合。
本教材由黄伟、居玮和王新成编著，其中第1章、第2章、第6章、第8章和第9章由居玮编写，其余由黄伟编写，镇江市宝华车辆半挂件有限公司总工程师王新成提供了许多设备管理及技术资料，江苏磁谷科技股份有限公司漆复兴高级工程师提供了典型设备的技术资料。黄伟对全书进行了总体策划、统稿与整理；江苏磁谷科技股份有限公司总经理徐俊峰担任主审，认真审阅了本书的全部稿件，尤其对设备管理技术及方法提出了许多修改建议与意见；胡春花教授对本书的结构及内容提出了有益建议及意见；高级工程师鲁明帮助整理了图纸及技术资料。
在本教材编写过程中，参阅并应用了相关文献及资料，参考了企业的产品样本，摘录了部分图样，我们在此表示感谢！
尽管主要编者在大型企业技术与设备管理岗位工作20多年，进入教学岗位后继续承担企业专业技术工作10年，积累了一定经验，在教学岗位继续不断学习，但时间仓促、水平有限，书中不妥与错误之处，恳请读者批评指正，具体建议与意见，请发到邮箱zjzhjhr@sina.com。编者
上篇 机电设备维护维修
第1章 设备维修管理基础知识
1.1 设备及设备管理1.1.1 设备及特点设备指可供企业在生产中长期使用、具备一定的功能、单位价值在规定限额以上，并在反复使用中基本保持原有实物形态和功能的物质资料，为生产经营服务的机器、动力装置、仪器仪表等的总称，包括生产设备、动力设备、辅助设备、运输设备等。设备是现代企业进行生产活动的物质技术基础，是企业生产力发展水平与企业现代化程度的主要标志，是企业固定资产的主体。设备涉及企业生产经营活动的全局。提高设备的技术水平是企业技术进步的主要内容。
由于社会生产过程包含了许多领域、行业和专业，除了通用设备外，各种产品生产过程离不开专门的生产设备，如冶炼设备、化工设备、造船设备、煤矿设备、发电设备等，因此，设备种类繁多。随着科学技术的发展，新成果不断应用在设备上，设备的现代化水平发展迅速提高，正在朝大型化、高速化、精密化、电子电气化、自动化等方向发展。
1.大型化
大型化指设备的容量、规模和综合能力越来越大。如我国石油化工工业中合成氨生产装置的规模，20世纪50年代年产只有6万吨，现在建成的大型装置年产可达60万吨。乙烯装置在20世纪50年代年产只有10万吨，2005年投产的中海壳牌乙烯项目年产达到80万吨，实际产能达到100万吨。
冶金工业中，我国沙钢集团的高炉容积为5860立方米，新日铁最大高炉容量为5150立方米，德国蒂深钢厂的最大转炉容量为400立方米；国内的发电设备已能设计制造30万千瓦的水电成套设备，100万千瓦的火电成套设备，三峡电站的装备为68万千瓦的机组。
在其他如造船、机械制造等领域，设备的大型化也十分明显。设备大型化带来了明显的经济效益。
2.高速化
高速化指设备的运转速度、运行效率、控制数字系统的运算速度加快，也包括化学反应速度的加快。如纺织工业中，国产气流纺纱机的转速60000r/min，国外先进的可以达到100000r/min以上。钢厂轧钢工序的轧机速度、高层建筑的电梯运行速度等，运行速度在迅速提高。
3.精密化
设备的精密化决定了零件加工精度和表面质量。如机械制造工业的金属切削加工设备，20世纪50年代精密加工精度为1mm，80年代提高到0.05mm。21世纪初，加工精度又比20世纪80年代提高了4～5倍。现在，主轴回转精度达到0.02～0.05mm，加工零件圆度误差≤0.1mm，表面粗糙度Ra≤0.003mm的精密机床已经在使用。
4.电子电气化
微电子科学与技术、自动控制技术、计算机技术、电气技术、电器元件的快速发展，使新技术在机器设备中集中使用，引起了设备装备的巨大变革。新一代设备如数控机床、加工中心、机器人、柔性制造系统等，广泛应用于生产过程中。机加工生产中可以将车、铣、钻、镗、铰等许多工序工艺集中在一台机床上自动顺序完成，易于快速调整，适用于多品种、小批量的市场需求，可不需要人的直接参与，能够在高压、高温、高真空等环境中，准确完成规定的加工过程，满足工艺要求。
5.自动化
自动化不仅可以自动实现各种生产工序与生产工艺，还能实现对产品的自动控制、整理、包装、设备工作实时状态的检测、监测、报警等处理。如汽车制造厂的锻件、铸件生产自动线，发动机有关零件的加工生产线，家用电器的电路板安装的生产线，冶金工业中的连铸、连轧、型材生产线等。
本书以通用设备为重点，介绍基本管理知识。如图1-1～图1-10所示是常用的车床、铣床、磨床、刨床、钻床、镗床等机加工设备及涉及安全的特种设备，如电梯、起重设备等。图1-1 车床图1-2 立式铣床图1-3 磨床图1-4 刨床图1-5 钻床图1-6 典型机加工车间设备图1-7 起重设备图1-8 手扶电梯图1-9 锅炉图1-10 电焊设备1.1.2 设备管理特点及内容
1.设备管理的总要求
设备管理是围绕设备开展的一系列工作的总称。它以设备为研究对象，追求设备综合效率与寿命周期费用的经济性，应用相应的理论、方法，通过技术、经济、组织措施，对设备的物质运动和价值运动进行全过程的科学管理。
设备管理要围绕提高经济效益中心，以获取良好的设备投资效益为目的，依靠技术进步、保证设备正常安全运行，坚持预防为主的管理思路、坚持维护保养与计划检修相结合、坚持修理制造与更新改造相结合、坚持专业人员管理与全员管理相结合、坚持技术管理与经济管理相结合的原则，实现设备的全过程综合管理。
设备有实物形态和价值形态，设备管理包括实物形态管理和设备价值形态管理。前者从规划设置直至报废的全过程即为设备实物形态运动过程；后者在整个设备寿命周期内包含的最初投资、使用费用、维修费用的支出，折旧、技术改造、更新资金的筹措与支出等，构成了设备价值形态运动过程。
2.设备管理的特点（1）系统理论的应用
设备管理因素多，涉及面广，是一项系统工程。现代设备管理已经成为多学科交叉，包括运筹学、后勤工程学、系统科学、可靠性工程、管理科学、工程经济学、机械电子电气液压仪表等工程技术、人机工程学等。设备管理的系统化就要求在企业内部许多部门的配合、企业之间、行业之间的密切合作。（2）设备管理进入到全员维修阶段
传统的设备管理，是企业设备部门狭义的维护维修，现代设备管理已经发展到全员维修阶段。（3）维修专业化与协作化
设备维修是设备管理的一个部分。社会发展，使专业化分工更细，协作需求更明显。相互协作才能专业化生产品种专业、批量大的产品，降低成本，提高效益。组织专业化设备修理是现代管理的发展趋势。设备维修专业化具有维修效率高、修理质量好、成本低、周期短的特点，实行维修专业化，可以减少许多重复的工序或者是维修车间、修理工厂，节省大量的设备，提高设备的利用率，减少固定资产的占用额，合理分配人力资源。（4）设备管理的信息化
信息管理发展迅速，提高了企业管理的水平与效率，设备管理是企业管理的重要部分。信息系统与管理可以对设备的运行状态、设备故障、故障特点、停机工时、修理时间与费用、备件库存，以及设备改造与折旧、报废进行综合管理。（5）设备的可靠性、维修性管理
设备可靠性、维修性指标是设备管理的重要内容。设备在使用过程中，不能频繁出现故障，在满足工艺、符合产品质量的前提下，要追求高效率、高效益。（6）加快设备更新改造
生产设备为生产经营服务，设备管理的一个重要内容就是合理的设备配置、合理的设备选购、自行设计与制造、合理的折旧、技术改造与更新改造等。（7）节能、环保、职业安全卫生成为重要环节
设备投入不再是简单的购买设备，使用过程涉及的因素很多，必须要综合考虑。如首先要考虑环境保护问题，降低废物排放；节能节约是设备使用的重要技术指标；设备使用中的职业安全卫生也要考虑等。（8）设备管理的具体性
①技术性。设备是企业的生产手段，是物化的科学技术，是现代科技的物质载体。
②综合性。现代设备是多门科学技术的综合应用，设备管理是工程技术、经济财务、组织管理的综合；为获得设备的最佳经济效益，必须实行全过程管理，是对设备生命周期各阶段管理的综合；设备管理涉及物资准备、设计制造、计划调度、劳动组织、质量控制、经济核算等许多方面的业务，汇集了企业多项专业管理的内容。
③随机性。许多设备故障具有随机性，使得设备维修及其管理也带有随机性质。
④全员性。现代企业管理强调科学调动广大职工参与管理的积极性，实行以人为中心的管理。
3.设备管理的内容
设备管理包括从设备规划调研、可行性研究决策、设计制造或选型采购、安装调试、试运行、使用中维护维修、更新改造到报废的全过程，是整个生命周期的管理，因此，广义的设备管理包含设备维修与狭义的设备管理。
①设备的添置调研。调研生产过程与设备之间的关系、设备与技术之间的关系、设备与工艺之间的关系、设备投资与经济能力及经济效益之间的关系，还有设备与使用维护维修、设备使用与职业安全卫生及环境保护等关系。
②设备选择和评价。依据技术上先进、经济上合理、生产及工艺上可行的原则，正确合理选择设备，综合进行技术、经济的论证，确定最佳方案。
③设备的使用。针对设备特点，合理协调安排生产任务，产品生产必须符合设备的性能要求，制定企业设备管理制度，正确使用设备。设备安全是设备使用中的重要内容。
④设备保养与维修。此过程在企业设备管理中内容多，任务重，具体有设备的定期检查、维护保养、修理计划制定；组织或指导日常维护维修，设备使用备件备品库存及供应商的管理。1.1.3 设备管理的地位
1.设备管理是有序生产的条件
设备在工业企业资产中总值超过60%。企业经济效益、劳动生产率取决于人员的技术水平与管理水平，取决于设备的技术状态及设备管理制度。设备维护与管理贯穿于企业管理的全过程，如不重视设备维护与设备管理，短时期可能使设备的效率降低、故障增加，长期失修可能造成设备事故、设备提前报废，生产失去连续性、均衡性。特别是现代企业，生产的连续性、自动化程度高，一台设备或一条生产线因故障停产，可能给企业的生产造成重大影响，必须重视设备维护与管理。
2.设备管理是提高经济效益的重要保证
生产现代化，要求企业设备投入加大，如购置费、维修维护保养费、保险费、能源消耗等，费用越来越大，提高设备管理水平，就是要提高设备技术水平和利用率，减少故障，降低使用成本，提高经济效益。
3.设备管理是保证产品质量的前提
产品质量是一个体系，属于质量管理体系范畴。产品质量是生产出来的，直接与设备精度、性能、可靠性有关，高质量的产品必须有高性能高质量的设备做保证。在某些情况下，高水平操作者可以在一般设备上生产出符合质量要求的产品，但不能保证质量稳定。良好设备管理才能保证设备稳定，生产出质量好的产品。随着对设备技术改造的重视、技术的发展、设备性能的提高，直接参加操作设备的人在减少，产品质量有了保证，而从事设备维护维修的人员在增加。
4.设备管理对技术进步有促进作用
科学技术的新成果、各种新的零件、部件、器件迅速运用在设备上，从某种程度上讲，设备是科学技术发展的结晶。另外，设备性能的提高，也促进技术的发展，新工艺、新材料的应用，新产品的实现全部靠设备来保证。可见，提高设备管理的科学性，加强对使用中的设备技术改造与更新，在每次修理中都有不同程度的技术改进，促进技术进步。1.1.4 设备管理的涉及面、职责
1.涉及面
1）技术方面。设备是由机、电、液、仪表、传感、控制等构成的满足一定功能的整体，设备管理必然涉及技术方面，包括设计与制造技术，设备故障诊断技术与状态检测维修技术，设备的维护保养、中修、大修、改造技术。技术方面应围绕提高设备运行的可靠性，如采用维修性设计、改善性维修，达到无维修设计的境界。
2）经济方面。对设备运行价值的量化考核，是设备使用成本与效益的控制，主要涉及设备规划、调研、决策、购置过程。设备使用成本包括能源消耗、人工劳动成本、日常维护保养成本等评价，设备的中修、大修、改造、更新的经济性评价，设备折旧比例的合理确定。经济方面的要点是建立设备周期寿命的经济费用成本评价。
3）管理方面。采取有效的管理措施，制定管理制度，主要包括设备运行过程各种状态的信息管理系统，设备日常维护维修保养管理系统，设备模具夹具等易损件及备件消耗管理系统，设备报废、规划投资与采购管理系统。管理方面的要点就是建立设备一生的管理信息系统，为企业管理服务。
2.设备管理的职责
1）负责设备资产管理，保持设备安全、稳定、正常、高效的运转，以保证生产的需要；负责动力等公用系统的运转，保证生产的电力供应、循环用水、压缩空气等能源的需要。
2）制定正确使用设备、安全使用设备的基本管理制度。
3）制定设备维修和技术改造更新计划，确定设备资产的管理制度。
4）负责企业生产设备的维护、检查、监测、分析、维修工作，合理控制维修费用，保持设备的可靠性，充分发挥其技术效能，产生经济效益。1.1.5 设备维修
设备维修是设备管理中的一个部分，传统的狭义的设备管理是指设备维修，尽管目前设备管理的含义在进步，但设备维修在设备管理中的重要程度依旧。加强设备维修工作，设备才能得到合理的使用，正确而适时地维护与保养，有计划的修理、更新、改造，企业可以提高效益。
提高设备完好率，保持并恢复设备精度，延长设备的使用寿命；降低设备的故障率，提高设备利用率，充分发挥设备的有效能力；降低维修成本，减少停工损失和维修费用；降低能源消耗，提高劳动生产率；提高产品加工的质量，减少废品损失；符合环境保护和职业安全卫生的要求。1.2 设备管理发展历史及国外典型维修管理方式1.2.1 设备维修管理发展过程
1.事后维修阶段
19世纪初，工业生产应用了许多机器设备，如蒸汽机、皮带车床等，开始产生了设备维修问题。初始阶段，设备维修由操作人员兼任维修人员，修理成本低。随着工业生产的发展，设备维修逐步专业化，维修与生产人员分开，形成了专业独立的维修团队。这个过程的形成比较长，一直到20世纪初，设备维修技术才作为专业技术。
由于是简单、独立的单台设备，没有复杂的生产线，设备维修基本是事后维修，也就是不坏不修，坏了再修，停机时间长，干扰了生产的计划性。
2.预防维修和计划维修阶段
随着工业生产技术的发展，出现了生产线，为保证生产的连续，提出了以预防为主的维修方针，也就是预防维修。20世纪40年代，美国研究人员发现预防维修成本低，可以节约费用和时间，并能够保证合理安排连续生产，因此得到重视。1961年，瑞典建立了完整的预防维修管理系统，包括以检查、计划修理、验收、成本核算为主的整套工作制度和方法。
1923年，苏联改变了事后维修制度，提出设备定期修理办法，建立了一套计划预修的理论与制度，开始逐步在机械工业和化学工业企业推行。1967年，苏联在全国形成了统一的计划预修制度。
3.设备综合管理阶段
20世纪60年代后期，有些国家提出了对设备一生的综合管理概念，设备管理进入了新阶段。在使用过程中，设备的大型化、智能化，产生高效益、高效率，但也产生了严重后果，设备故障损失巨大，环境保护、职业安全卫生问题复杂，设备磨损加快，资金消耗大；设备技术密集，技术更新换代迅速，企业投入大，设备使用中减少停机时间，能够计划连续生产，尽快产生效益；现代化设备的社会化程度高，从调研论证、设计、制造、安装、调试、使用、维护维修直至报废，涉及的环节、专业很多，要求设备综合管理。1.2.2 国内发展过程
1.初级阶段（1949～1958年）
新中国成立后，执行“一五”计划期间，在苏联援建下，重点工程相继建设，设备管理水平得到提高。1956年，设备管理引进了苏联的计划预修制度，适应当时我国的基本状况。经过实践运用，培养出大量的设备管理工程师和维修技术工人，建立健全了设备管理组织，为我国设备管理工作建立了基础。
2.曲折阶段（1958～1976年）
大跃进时期及文化大革命时期，设备和设备管理被破坏，设备质量下降，设备配套能力下降。三年调整时期，国民经济逐步提高，企业的设备管理工作在原基础上，有所创新。
主要创新有：设备管理的方针和原则是“以预防为主，防护与计划检修并重”“专业维修与群众管理结合”等；创立了“三级保养大修制”“三好四会”“润滑五定”“对事故三不放过”等制度；建立了专业维修工厂；开展行业专业性、地区性的设备管理活动，经常性举行设备管理研讨与交流，提高了设备管理经验。1963年，制定了实用性很强的《机修手册》。
3.振兴阶段
改革开放以后，设备管理工作发展迅速，开始学习国外先进的设备管理理论与方法，陆续引进了“设备综合工程学”“全员生产维修”“后勤学”等设备管理科学。1987年7月国务院发布了《设备管理条例》，明确规定设备管理的基本方针、政策、主要任务和要求。《设备管理条例》适应我国企业管理现代化的要求，将现代设备管理的理论和方法与我国具体实践相结合；针对我国设备管理的共性问题，作了原则性规定，具体管理办法则由行业、企业自行决定；改变了过去以修理为主的模式，确定了修理与改造、更新相结合的做法；企业开始重视设备的更新改造投入；初步建立了设备预防维修制度；设备管理要坚持“依靠技术进步”，贯彻“促进生产发展”的方针；确立了设计、制造与使用相结合的原则，维护与计划检修相结合的原则，修理、改造与更新相结合的原则，专业管理与群众管理相结合的原则，技术管理与经济管理相结合的原则。1.2.3 传统设备管理的局限性
1.传统设备管理主要集中在设备维修阶段
设备维修固然重要，但维修的本质是事后的救护，设计制造过程中的问题，维修中无法解决。具体的维修过程还会产生过剩维修或维修不足问题。设备管理是设备的一生管理，而维修仅仅是上述过程的一个部分。
2.传统的设备管理信息交流不够
传统的设备管理中的设计制造和维修管理互相独立，信息交流少。设备在使用过程中出现的问题不能及时反馈给设计环节，在以后设备改进设计中得到改善。技术、质量、能耗、环保、职业安全卫生、成本等，也是设备管理因素。现在更加强调循环经济。
3.传统的设备管理没有与经济管理结合
传统的设备管理将设备的技术管理与经济管理分割开，偏重设备的技术管理，忽视设备运行中的经济管理。设备管理是企业管理的部分，设备管理不仅仅是为生产服务，还为生产经营服务。
4.传统的设备管理没有体现一生管理
传统的设备管理偏重技术管理，忽视经济管理。传统的设备管理仅仅是围绕具体的设备运行开展活动，现代的设备管理不仅管理设备的一生，还要涉及技术、安全、职业安全卫生、节约节能和节约资源等范畴。因此，设备管理的要求将越来越高。
传统的设备管理局限于维修部门，工作专业。现代的设备管理正在体现“全员性”，与设备相关的员工，均要参与企业的设备管理。1.2.4 国外典型维修管理方式
1.英国设备综合工程学
设备综合工程学是新兴的设备管理学科。1971年由英国设备综合工程中心Dennis Parkes提出。1974年，英国工商部定义，为追求经济的寿命周期费用，对有形资产的有关工程技术、管理、财务及业务工作进行综合研究的学科。具体讲，就是关于设备、机器、装备、建筑物、构筑物的规划和设计可靠性和维修性。该定义包含了5个特点。（1）以寿命周期费用量化评价设备管理
以寿命周期费用作为评价设备管理的重要经济指标，并追求寿命周期费用最经济。寿命周期费用是从调研、设计、制造、安装调试、使用、保养、维修、更新改造整个过程的全部费用，达到最经济。（2）针对工程与管理的研究
综合工程学是对工程技术、工程经济学、工程管理的综合管理和研究。现代设备是机械、控制、液压等系统的高度集中，高精度、高效率，综合了多专业技术的成果。要管好、用好、修好这类设备，必须涉及工程技术的许多专业。
其次，设备管理还要工程经济学，符合经济规律，降低成本提高经济效益。设备添置时进行技术经济分析、正确决策，设备使用时合理的使用维护，设备更新改造时，进行正确的技术方案与经济可行性分析等。（3）对设备可靠性和维修性设计的研究
在设备工程中，可靠性是指“无故障”，即设备在使用时无故障地执行规定的性能；维修性指“易修性”，即设备维修难易程度的特性。可靠性和维修性影响设备的利用率和维修费用。可靠性和维修性的极限是“无维修设计”，是综合工程学追求的理想目标。（4）将设备管理的范围扩展到设备的一生
即对设备进行全过程管理，并系统改善每一个环节的机能。从设备的研究、设计、制造、安装，一直到运行维修的全过程。综合工程学运用系统工程的观点和方法进行研究与管理，将设备的整个寿命周期作为研究与管理对象，系统地改善各个环节的机能。（5）注重信息沟通
综合工程学包含了设备工作循环的反馈管理，从设计、使用、成本信息反馈的管理。设备的添置包括自行设计制造与采购，大部分企业设备的添置，一般从专业厂家采购，使用企业应当与设备制造单位就设备的使用、性能、维护维修性等进行信息的沟通与反馈。无论哪种添置设备，综合工程学都强调了信息反馈管理。
在英国，设备综合工程学的推广，带来了经济效益，设备维修成本下降了50%。目前，设备综合工程学在欧洲、南亚等国家普及。
2.美国的后勤学（1）后勤学概述
20世纪50年代，美国进入发展阶段，企业生产任务繁重，设备负荷大大增加，设备故障上升1/3。为保证高的生产效率，在生产线关键工段配备了相应的熟练维修技术工人。随着技术发展，生产线机械化、自动化水平不断提高，设备更加复杂，维修专业性要求逐步提高，维修成本及人员成本在不断提高。
设备故障造成停机损失、生产设备废品率上升，因此，在某些汽车厂的装配线，同时配两个维修队，以便迅速排除故障。这促使美国企业必须考虑如何完善设备维修维护的有效组织，促使美国提出设备预防维修。之后，美国还对设备预防维修存在的过剩维修和维修不足等问题，进行了改革，发展成为生产维修。
生产维修除了日常保养外，还有事后维修、预防维修、改善维修和维修预防。针对不同设备，采取相应的维修方式，如对重点设备，实行预防维修，一般设备实行事后维修。
20世纪60年代，美国航天工业和军事的庞大开支，促使进行设备寿命周期研究，1966年7月后勤学学会成立。后勤学确定了维修原则和维修方法。后勤学认为，一个系统应包括基本设备和相应的后勤支援，后勤支援主要有测试、辅助设备、备件、人员培训、器材储备运输、技术资料等，基本设备和后勤支援综合有效的配合，建立优化平衡，才能生成出经济效果好的产品。（2）后勤学的基本内容
后勤学是系统或设备的规划、设计、试验和评价、制造和评价、用户使用和评价、退役更新等各个阶段加以研究和实施的后勤保障。各个阶段基本内容见表1-1。表1-1 后勤学的基本内容（3）后勤保障管理
后勤保障管理是设备所有功能和活动计划、组织、管理、协调及控制。主要包括后勤计划、后勤保障组织、后勤保障控制等，为使设备或系统达到目标任务，各阶段内部应有正确合理的后勤保障计划；设备设计制造中，各项后勤保障能力有机结合；保证主要设备运行和维修中，及时得到有效的后勤保障；不断评价设备全寿命周期总效果，并提出修改方案，即后勤保障分析。
3.日本的全员生产维修（1）全员生产维修概述
全员生产维修简称TPM，日本工业迅速发展时期，在先后引进美国的预防维修和生产维修的基础上，吸取了英国了综合工程学的原理，结合日本实际，发展成为全员生产维修体制，取得了很好的效果。
20世纪50年代，日本以预防为中心的维修保养职能确立，主要的管理技术有预防维修、生产维修和改善维修。20世纪60年代，确立了设备设计中的可靠性、维修性和经济性的重要性，主要管理技术有维修预防、可靠性工程、维修性工程和工程经济。20世纪70年代，全员全系统生产维修综合效率时代，主要的管理技术有行为科学、系统工程、生态学和设备综合工程学。20世纪80年代以后，以状态为基础的全员生产维修时代，主要的管理技术有设备诊断专家系统、质量维修、FA时代的自主维修、提高设备综合效率。（2）全员生产维修的要点
全员生产维修追求的目标是设备的“全”效率化、建立设备一生“全”系统、从管理人员到一线工人的“全”体人员参加，称“三全”。全效率是将设备综合维修效率提高到最高；全系统是建立起从设备调研、规划、设计制造或采购、安装调试、使用维护、维修与改造、技术更新直至报废的设备一生全过程的预防维修管理系统；全员是凡是涉及设备一生全过程的相关部门及人员，都要参加到全员生产维修的管理系统。即以提高设备的综合效率为目标；建立以设备一生为对象的生产维修系统，确保寿命周期内无公害、无污染、安全生产；涉及设备的规则、生产经营使用和维修等所有部门；从企业管理人员到第一线操作成员参加；加强生产维修的全程培训。
全员生产维修效果显著，据文献介绍，自全员生产维修推广以来，发展迅速，取得了明显经济效果。在日本，全员生产维修普及率大致达到65%，很多企业的设备维修费用降低约50%，设备开工率提高约50%，许多国家研究TPM管理制度，进行应用推广。（3）全员生产维修发展现状
1）更加重视操作人员的自主维修。全员生产维修的目标是通过“改善人和设备的素质改善企业素质”来实现。工厂自动化主要体现在设备的自动化、柔性化等，必须培训适应工厂自动化时代要求的关键人员。
全员生产维修应当做到以下几个方面：操作人员要学会自主维修的本领；维修人员应当提高维修机械、电子电气、液压传动、控制等设备的本领，掌握专业维修理论及技术；设计、制造人员应使自动化设备不断接近“无维修设计”，提高设备的可靠性。
2）提高设备综合利用率。日本就设备现场管理提出了提高设备综合利用率的概念，即如何从时间和质量方面掌握设备的工作状态，增加创造价值的时间和提高产品的产量。主要手段有：从时间上增加设备的运行时间；从质量上增加单位时间内的产量，减少废品次品、增加合格产品的数量。
高设备综合利用率的理想目标，就是如何充分发挥和保持设备的固有能力，维持人与设备的最佳状态，达到使“设备故障为零、次品为零”的极限。影响设备综合效率提高的6个因素见表1-2。表1-2 影响设备综合效率提高的因素
课堂练习（1）请叙述我国设备管理发展的几个阶段及特点。（2）请叙述国外典型的设备管理方式及特点。（3）请叙述日本设备管理的特点，结合我国的实际，查阅资料或到企业调研，谈谈企业中设备管理的具体方式。1.3 设备维修管理的发展状况及基本内容1.3.1 全员生产维修的发展
目前，国外设备管理的典型代表是日本的全员生产维修和欧洲维修团体联盟的设备综合工程学，而日本的全员生产维修方式对我国设备管理影响较大，我们吸收了许多内容并结合实际在国内推广。
TPM已经在全世界范围内产生了较大影响，这不仅是某种做法，而且已经形成了企业文化。
①建立赢利的企业文化。推行TPM的企业应通过减少16项损失，优化质量、成本和交货期，满足客户要求。
②推进预防哲学。从预防维修到改进维修，按照“现场—实物”的原则防止损失，达到损失为零。
③全员参与。各级员工成立小组，参与设备维修与管理，注重个人价值，满足个人成长。
④现场与实物。落实个人的检查方式，创造良好的工作环境。
⑤实现4S管理。GS—原来的5S内容，CS—客户满意，ES—雇员满意，SS—社会满意。1.3.2 设备维修管理的基本内容
设备维修管理，是围绕设备开展一系列组织工作的总和，以提高经济效益为中心，以争取良好的设备投资与设备运行使用为目的，依靠技术进步、先进的管理方法，促进生产发展。
设备一生的全过程管理，就是运用现代科学技术，管理理论和方法，对包括从规划、设计、制造、购置、安装调试、使用、维护保养、修理、改造到更新/报废设备寿命周期的全过程，在技术、经济、经营管理等方面进行综合研究和管理。它以提高设备综合效率和追求寿命周期费用的经济性为目标，是对传统设备管理的挑战，突出质量、突出可靠性、经济性、环保性和职业安全卫生等，因此，也称为设备的综合管理。其特点可以表述为一生管理、两个目标和五个结合。
1.一生管理
设备从规划、设计、制造、安装，称为设备管理的前半生；使用、修理、改造、更新、报废，称为设备管理的后半生。全过程的寿命周期管理为区别于传统设备管理的重要标志，传统设备管理只管理维修一段。
2.两个目标
两个目标包括提高设备综合效率和追求寿命周期费用的经济性。
3.五个结合
五个结合包括设计、制造与使用相结合；维护与检修相结合；修理、改造与更新相结合；专业管理与全员参加相结合；技术管理与经济管理相结合。具体内容见设备管理部分。
课堂练习（1）叙述维修管理的发展状况。（2）查阅资料或组织参观调研企业，了解设备管理的五个基本内容。第2章 设备的故障诊断技术及计划维修2.1 设备的可靠性及维修性2.1.1 可靠性及特征量
1.可靠性
所谓可靠性，是系统、设备或零部件在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力。规定条件指设备所处的环境条件、使用条件和维护条件等，规定功能指该设备或系统不可超越此规定的功能。
一般讲，设备技术性能指标通过各种仪表检测，状态性能直观，但可靠性指标不能采用仪表直接测量，必须通过可靠性研究、试验和分析，才能作出正确估计和评定。（1）可靠性与规定条件分不开
同样的设备在实验室、生产车间或恶劣环境中使用，可靠性不相同；即使同在生产车间使用，车间环境是否有冲击振动、电磁辐射等，可靠性也不相同。条件恶劣，可靠性下降。还要考虑设备的维护条件，维护条件好，可靠性高。设备的使用必须要符合规定条件。（2）可靠性与规定时间有关
规定时间是根据实际工况使用的时间，设备工作时间越长，可靠性越差。设备可靠性强调了时间因素，在规定时间对设备评价，是与设备的其他技术性能指标的根本区别。（3）可靠性与规定功能有关
规定功能即设备具备的主要性能指标。每种规格的设备规定了具体的性能指标，不能超越技术指标使用设备。规定功能是设备的预期功能。
2.可靠性的特征量
可靠性定义抽象，是一种定性概念，没有量化。能够对设备可靠性的相应能力作数量表示的量，称可靠性特征量，主要有可靠度、失效率、故障率、平均无故障时间和失效前平均时间等。（1）可靠度与不可靠度
可靠度用R（t）表示，是时间的函数，系统设备或零件在规定条件下和规定时间t内完成规定功能的概率。与此相反，系统设备或零件在规定条件下和规定时间t内发生故障的概率是不可靠度。用F（t）表示。因此，函数R（t）与函数F（t）的和等于1。
可见可靠度的取值范围为：0≤R（t）≤1。故R（t=0）=1，R（t→∞）=0。
对设备而言，可靠度包括固有可靠度、制造可靠度、安装可靠度、使用可靠度和维修可靠度。
固有可靠度，也称设计可靠度，取决于设计方面的可靠度，通常称狭义可靠度。设备是按一定技术要求设计，达到相应功能，设计制造完成后，可靠度成为设备的固有可靠度。故障的发生表示设计本身有问题，如夹具与零件的形状不匹配、结构本身存在问题、零件选择存在问题、电器元件参数设计不符合要求、寿命短等。
制造可靠度，由零件加工和装配方面决定，如零件尺寸精度存在问题，零件形状、装配没有符合工艺要求等。
安装可靠度，取决于设备安装过程，包括安装不良造成振动，水平度不符合要求，安装过程中的管路、电器配线不规范等。
使用操作可靠度，取决于操作方面，故障发生因操作造成，如操作失误、工装模具更换调整失误、使用条件不符合要求、没有按规程操作、违章操作等。
维修可靠度，取决于设备维修质量方面，如零件更换不当、维修后精度不符合要求、电器系统维修不恰当等。
设备固有可靠度对其他可靠度均有影响，是最基本、最重要的，设计过程中应当研究“可靠性设计”，然后考虑制造、安装、使用操作、维修等整个周期的“可靠性管理”。各环节可靠度的乘积，就是设备或系统的可靠度。因此，发生故障时或在出现产品废品时，应当研究分析是何种原因，属于何种可靠度的问题。（2）平均寿命
对可修复的系统、设备，平均无故障时间是设备的平均寿命；对不可修复系统、设备，失效前平均时间是平均寿命。
平均无故障时间，用MTBF表示，又称平均故障间隔期，指相邻两故障间正常工作的平均值。平均故障间隔期长，设备可靠性高。MTBF是直接利用时间表示可靠性的特征量，在可修复系统中被广泛作为可靠性的量化指标。
对不可修复系统、设备，可用失效前平均时间MTTF作为可靠性的量化指标。一般情况下，系统的MTTF通过试验得到。特殊情况下，如不可修复系统、设备的可靠度函数为指数分布时，系统的MTTF可用积分计算得到。（3）失效率
失效率用λ（t）表示，是时间的函数，指工作到某时刻尚未失效的系统在该时刻以后时间内发生失效的概率。失效率描述了系统在某时刻发生失效（故障）可能性大小，是设备工程的重要指标，对可修复系统通常把失效率称为故障率。各种可靠性特征量示例见表2-1。表2-1 各种可靠性特征量描述（4）可靠性模型
当设备与系统由多个子零件或子系统构成时，根据零部件的连接方式，设备或系统的可靠性模型常用的有串联模型、并联模型、串并联模型和备用模型。
3.故障分布函数
设备可靠性各种特征量与该设备的故障分布有关，如已知设备的故障分布函数，可通过数学方法求出设备可靠度、故障率等，即使不知道故障分布函数，也可通过分布估算得到可靠度估计值。可靠度是设备使用到某个时间无故障的概率，可用时间t为变量的分布函数R（t）表示，即
式中，F（t）为不可靠度函数或故障分布函数；f（t）为故障密度函数；R（t）为可靠度函数。
可知，F（t）与R（t）之间的关系是对立的。F（t）、R（t）与f（t）的相互关系如图2-1所示。典型故障分布函数有指数分布、正态分布和威布尔分布等。
故障函数Z（t）就是正常运行的设备在t时间尚未发生故障，而在随后的dt时间内可能发生故障的条件概率函数。故障函数Z（t）和设备平均寿命θ服从下列公式图2-1 F（t）、R（t）与f（t）的相互关系图（1）指数分布
指数分布是设备可靠性中最广泛的分布，是连续分布函数，可靠度函数为-λt
R（t）=e
式中，λ为失效率，是指数分布的分布参数。
指数分布故障分布函数F（t）、失效率函数λ（t）和平均无故障时间MTBF服从下列各公式-λt
F（t）=λe
λ（t）=λ（常数）
注意，当故障发生遵从指数分布时，失效率λ（t）对时间是一个常数。此时的平均寿命就是其分布函数的倒数，且与平均无故障时间MTBF相等。如图2-2所示是指数函数分布图形，当时间t=平均寿命θ时，可靠度为
R（θ）=R（t）=1/e=0.368
编制预防维修计划时，可参考在可靠度下降0.368之前修理，将平均寿命定为修理周期，则大约还有63%的设备在达到修理周期之前可能发生故障。
指数函数分布中，如果设t=θ/2，则R（θ/2）=0.606，可见，将修理周期规定为θ/2，则可靠度大大提高，但因为修理周期太短，修理成本会增加，因此，必须进行可靠性费用分析而实施具体的设备维修综合评定。（2）正态分布函数
正态分布是数理统计中的典型分布，是双参数连续分布。以下是正态分布函数表示的故障分布密度的可靠度函数。函数的曲线如图2-3所示。图2-2 指数函数图2-3 正态分布曲线和正态分布型可靠度函数
显然，如某批设备故障发生服从正态分布函数，当时间t=（t+t+t+……..t）/n时，相应可靠度为50%，如将此时设为设备123n的修理周期，大约还有50%的设备在达到修理周期之前可能发生故障。
4.设备的典型故障曲线
任何一台设备磨损失效随使用时间而变化，设备的典型故障曲线如图2-4所示，定性地表示出设备故障率与时间对应的关系。该曲线像盆浴断面轮廓线，也称为“盆浴曲线”。研究设备典型故障曲线，可将设备故障发生形态大致分为三个阶段。图2-4 设备的典型故障曲线（1）早期故障期
早期故障期也称跑合阶段。该阶段属试运行期或使用初期，故障较多，相当于常说的跑合阶段，通过跑合阶段运行并不断排除故障，故障率将不断下降，并趋向稳定。此阶段故障易查找，造成故障的原因是元器件未经筛选、制造工艺或包装运输损伤、误操作，设计质量有问题等。此阶段的时间长短与产品、系统的设计制造质量密切相关。
早期故障是影响设备可靠性的重要因素，使设备平均无故障时间减少，从设备使用总龄看，此阶段时间不长，但必须认真对待。对定型产品、批量产品，早期故障时间较短。对新设备，此阶段故障形态主要由初期故障率、持续时间和末期故障率决定。此阶段可靠度的分布密度函数，基本服从指数分布。（2）偶发故障期
偶发故障期也称稳定阶段。此阶段是设备正常运行工作期，故障率较低，大致处于一个定值。此时间内，故障发生与时间无关，随机突发，如机械零件、电子电器元件的损坏等。设备故障是偶然因素造成，故障发生随机，与设计、制造质量等因素有关，但与操作、保养有更直接的关系。
此阶段即为设备的有效寿命，一般持续相当长的时间，可能占设备使用期的一半以上。如持续时间达不到要求，说明设备将不能达到预期经济效果。
对偶发故障的故障特点、类型统计分析，可基本掌握故障特点与位置。必须健全设备运行、故障动态和维修保养记录，连续运行的设备，做好交接班状态台账，精度检查记录，建立设备检查和生产日志等。此阶段故障少，但诊断困难。为提高设备运行效率，提高生产效益，应建立完善有效的设备管理制度。（3）损耗故障期
损耗故障期也称磨损阶段。经过相当长的偶发故障期后，设备元件老化、部件磨损、结构强度疲劳等，故障率迅速上升，设备进入损耗故障期。对定期报废的设备或机构，此时故障率上升很快，设备使用率迅速下降，影响企业效益。
设备有形磨损和无形磨损是自然规律，要延长设备的寿命，阻止故障率上升，必须通过大修、改造、更换，才能降低故障率。
此阶段故障形态的主要参数为故障上升速度，属故障率上升型。实际上，设备使用周期中包含多个盆浴曲线，多个盆浴曲线就是多个大修理周期，直到设备寿命结束。
设备、系统故障率曲线的变化，像人的生命过程。历次大修理后设备的质量和可靠性，难以恢复到新设备出厂水平，主要是大修没有改变设备的原有设计结构，设备固有可靠度没有提高；大修只是将磨损精度下降的部分更新，没有将磨损零件全部更新；某些设备，使用单位大修技术远不如制造厂的水平，还可能缺少专业或专用装备，因此大修后可靠度有所下降。2.1.2 维修性及特征量
1.维修性
所谓维修性，是在规定条件下使用的设备，在规定时间内，按规定程序和方法维修时，保持或恢复到能完成规定功能的能力。
维修性是设备设计与装配的特性。此特性使设备进行计划维修或事后维修，以最少的人力、技术、测试装置、工具、备件和材料等消耗，在最短时间内完成维修任务。因此，维修性与设计、装配密切有关，还与时间、成本、维修方式、操作技术、维修手段及环境等有关。
从维修性含义中可看出可靠性与维修性的关系，可靠性与系统的维修效果有关。从系统效能出发，可靠性与维修性结合，能保证系统的有效度，提高可靠性，直接有助于延长系统的使用时间，提高维修性，有助于减少停机时间；从经济性出发，采用有效的设计方法，保证可靠性与维修性，能减少维修费用。在规定条件下，设备的可靠性与维修性都应相当稳定。
2.维修性的特征量（1）维修度
维修度用M（t）表示，使用的设备在规定条件、规定时间内按规定程序和方法维修时，保持和恢复到能完成规定功能状态的概率。
根据设备管理工作经验，所谓规定程序和方法包括：根据设备在单位的重要性，确定采用设备预防维修还是事后维修方式；故障检测方式及装置的选定；维修方案、标准的确定及技术资料的准备；维修零部件、工具、材料的准备；维修环境准备，包括场所、起重转运设备、维修用场所的电源、工作安全及措施等；维修操作规则的规定；维修工艺的制定；维修人员技术等级要求及配置、部门配合协调；维修资金落实与维修资金计划；外协外购件的订货与验收标准，维修结束的验收大纲。（2）修复率
修复率用（t）表示，修理时间已达到某个时刻但尚未修复设备，μ在该时刻后的单位时间内完成修理的概率，即发生故障后修复的概率。（3）平均修复时间
平均修复时间（MTTR）包括故障诊断时间、修理准备时间和修理实施时间。故障诊断时间，包括故障发生的系统、部位，诊断、查找、拆卸、清洗等，确定故障发生原因所需的时间；修理准备时间，包括备件、材料准备、场所准备、工具和实验装置准备、技术资料准备，修理人员的配备、协作部门协调等需要的时间；修理实施时间，包括解体、修理、拆卸、更换零件、换油、清洗、调整、校正、验收和清理需要的时间。
实际维修中，为减少总修理时间，故障诊断时间和修理准备时间根据具体情况交叉进行。这不仅是预防维修的过程，更适合于设备发生故障后的维修。
课堂练习（1）可靠性的概念是什么？可靠性与哪些因素有关？（2）“盆浴曲线”能够反映设备一生的故障特点，其中三个阶段的特点是什么？在设备管理中，三个阶段应当采取哪些相应的措施？（3）设备的维修度是什么？结合设备维修过程，规定程序和方法包括哪些内容？2.2 设备的故障分类及修理方案2.2.1 故障及分类
1.故障
设备失去正常工作能力，即丧失规定的机能或降低效率的现象称故障。发生故障后，经济技术指标部分或全部下降，如功率下降、功耗上升、效率降低、精度下降、加工表面粗糙度达不到要求，最严重的是设备不能运行。
故障发生前的征兆，称为异常。监视异常的征兆状态可以收集到征兆数据，利用征兆数据，可以诊断、预测故障。设备故障分自然故障、人为故障或事故性故障；自然故障包括磨损、变形、老化；人为故障包括使用不当、维修不当和违反操作规程等。
设备故障从外部现象看有突发性故障和偶发故障，突发性故障无明显先兆，偶发故障有明显先兆。突发性故障发生后，故障一般容易排除，偶发故障尽管有明显先兆，但故障难排除。因此，诊断设备故障很重要。
故障理论作为新兴学科，包括故障统计分析和故障物理分析。故障、异常、缺陷等反映设备运行状态，实际工作中难以区别。这种状态只有在设备运行时才显现出来，如设备一直没有开机，则无法发现。如一台电力设备的接地保护装置已经损坏，但并没有影响供电，只有当设备的绝缘被破坏时，才能暴露接地装置已经失效。可见，这不仅是设备状态问题，而且对设备故障的认识程度有关。判断设备是否处于故障状态，必须有具体的判断标准，明确设备应保持规定性能的具体内容，或者是设备性能丧失到何种程度、具体技术指标才认定为故障，设备的故障、异常、缺陷比较容易识别。一般讲，异常、缺陷是尚未发生故障，但已经越出正常状态，不久可能发展为故障。
设备故障一般包含两层含义，一是机电系统偏离了正常功能，机电设备的工作条件不正常，可通过参数调节或零件修复消除，设备就恢复正常功能；二是功能失效，设备连续偏离正常功能，并且偏离程度不断增加，使机电设备基本功能不能保证，称为失效。一般零件失效可以更换，但关键零件失效，可能造成整机功能丧失。
设备维护与管理中，设备故障常用的术语有停机故障、设备事故、异常和劣化。
①停机故障，设备性能降低到不能满足生产要求造成强迫停机，包括事故停机。
②设备事故，意外原因引起设备损坏，包括精度、性能、功率下降或停产、主要结构件的永久缺陷或内部损伤；意外原因包括设备设计、制造、运输、安装、操作、检修、安全管理等人为因素；还有可能是风、水、电、雷、雪等自然因素，是特殊性质的故障。
③异常，设备在使用中各种信息参数如温度、振动、噪声、压力等，或特征值相对于标准值状态的变化，这种异常可能影响设备的功能，多数情况下，异常是故障的先兆，应及时发现异常，采取措施，排除可能的故障。
④劣化，设备使用中，零件磨损、疲劳或环境造成变形、腐蚀、老化等使性能下降，劣化是反映正常磨损到急剧磨损的临界过程，是设备管理中严格控制的现象。
2.设备故障分类（1）工程复杂性分类
间歇性故障。设备在很短时间内发生故障，设备局部丧失某些功能，发生后又恢复到正常状态。多半由机电设备外部原因（如人工误操作、环境设施等因素）引起，外部干扰消失后，没有造成致命损伤，功能可恢复正常。
永久性故障。设备丧失某些功能，直到故障或系统（如液压、控制等）更换或修复，功能才恢复。永久性故障可分完全性故障、部分性故障，一般由于某些零部件损坏造成。（2）突发性分类
突发性故障。不能预测的故障，是各种不利因素与偶然的外界影响共同作用的结果，这种作用已超过设备性能限度，具有偶然性与突发性，一般与使用时间无关，故障发生前没有明显前兆，早期试验或测试很难预测，一般是工艺系统本身不利因素或偶然的外界因素造成。
渐发性故障。机电设备有效寿命的后期渐发出现，发生概率与使用时间无关，可通过测试早期预测的故障，设备零部件的腐蚀、磨损、疲劳及初始参数劣化的老化过程而发现。
功能故障与参数故障。前者是设备使用中丧失某些功能，不影响整体使用效果，设备可继续使用；后者分设备技术参数设计暴露的故障及在操作过程中参数调整错误故障。
允许故障与不允许故障。如出现故障，并没有造成设备性能实质性下降，或不影响设备使用功能、继续满足产品工艺条件的故障，称允许故障，设备能继续运行，属带病工作。故障超过一定限度，设备功能下降、效率降低、不能继续满足产品工艺条件的故障，称不允许故障，必须要进行维修。
另外，设备故障还有实际故障与潜在故障等。（3）功能丧失程度分类
致命故障。也称完全性故障，危及或导致人身伤亡、引起设备报废或造成重大经济损失的故障，如机身断离、车轮脱落、发动机总成报废、控制系统无法工作、供电电源爆炸等。
严重故障。也称部分性故障，严重影响机电设备正常使用，在较短时间内无法排除的故障，如箱体裂纹、齿轮损坏、复杂的控制系统、液压系统故障等。
一般故障。即影响设备的正常使用，但能在短时间内排除的故障，如传动带断裂、操纵手柄损坏、电气开关损坏、控制元件失去功能等。（4）故障原因分类
磨损性故障。因设计时已经预料到的正常磨损造成。
错用性故障。未按照规范使用设备超过额定范围造成，或设备部分改造后，操作者不习惯，造成误操作或错用，导致发生故障。
固有的薄弱性故障。使用时参数值尽管没有超过额定值，但已不能适应而导致发生故障。
自然故障。设备在使用区内因收到外部原因或设备内部多种自然因素引起的故障，如磨损、断裂、变形、元部件老化等。（5）安全性分类
危险性故障。保护系统需要动作时发生故障，丧失保护功能，如设备过载保护装置损坏引起的故障。
安全性故障。不需保护系统动作时，保护系统发生动作造成的故障，即保护系统或环节动作了，使能够正常工作的设备发生故障。2.2.2 故障原因及状态检测
1.故障原因
无论何种设备或零件，分析故障原因时，都要根据具体情况，划分单元与系统，各专业相互协作配合，并结合本单位特点、技术人员的能力等。表2-2是某厂对设备的故障原因分析。表2-2 某厂对设备的故障原因分析
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