设备的健康管理和靠前维护

 　　（1）设备健康管理

　　传统设备管理从事后维修（故障维修），进步到预防维修，但考虑到盲目的预防可能造成维修不足或者维修过剩，又产生预知--状态维修概念。状态维修是在设备劣化P-F间隔期的维修，这时候设备已经进入劣化状态，如果不进行维修就可能发生故障。传统维修管理一般会认为，过早对设备的维修--维护活动是不经济的，甚至会导致设备的损坏。如果我们换一个角度思考，如果设备早期的维护活动设计合理，是否可能做到无损害，同时是最经济的状况？答案是肯定的。这样我们将设备状态管理延伸到设备早期，类似于人类，称之为健康管理。

　　就像人类身体状况存在着"健康--亚健康--疾病--死亡"一样，设备全寿命健康状况也可以类似划分为"健康--亚健康--故障--报废"四个阶段。

　　有数据统计，按照现行设计标准，目前新生产的机械、交通设备，处于健康状态的约占50%，亚健康状态的约占45%，故障状态的约占5%；而在用的设备，处于健康状态的约占20%，亚健康状态的约占60%，故障状态的约占20%。

　　传统管理模式往往忽略在"健康--亚健康"状态的设备形态和性能变化，对机、电、仪、油、水、气、汽、介质等系统的平衡紊乱缺乏相应的技术对策和调控方案。进而造成设备机械损伤加速、工作性能下降、材料浪费超标、能源消耗增高、环境污染严重等问题。这些过程损失和未来后果损失之和往往会大于早期健康维护所付出的成本。

　　设备的健康管理突破了设备"无故障"就是"完好"这个二值逻辑的思维，将健康状况看成是[0，1]区间的连续值。也就是说，设备状况是由健康向亚健康，向故障逐渐演变的。这就像设备劣化曲线和P-F间隔所描述的那样。不同的是，传统预防维修的概念是在P-F间隔的后期进行的。而健康维护要提前到P-F间隔的前期，甚至在P-F间隔之前进行。

　　如果我们将设备亚健康状况再详细划分为三个阶段，即"微缺陷"、"中缺陷"和"大缺陷"，在微缺陷阶段，不会发生设备停机，也不会影响设备功能，只是略有异常或者失调的迹象；到中缺陷则会产生小停机，设备功能劣化已经出现，但并不明显；到大缺陷阶段，发展到故障边缘，设备功能明显劣化，故障表征突出，如振动噪音、发热、冒黑烟、泄露、突然的停机等等。我们在"微缺陷"和"中缺陷"采取的策略就是健康管理，维修模式主要是主动维护和靠前维护；依次类推，在"中缺陷"和"大缺陷"阶段采取的策略是劣化管理，维修模式主要是预防维修和状态维修；"大缺陷"和"故障"阶段采取的策略是故障管理，维修模式主要是纠正维修和事后维修。

　　（2）建立设备健康监测体系

　　设备健康检测，是实现设备健康追踪、亚健康调整转化、故障分析诊断、维修保养方案制定、维修保养质量检验、健康计划选择的必要手段。健康监测有四个方面的特点：

　　1）以健康保障是监测目的

　　传统维修检测追踪的是故障指标，为制定修理方案提供依据；设备健康监测追踪的是健康指标，为设备健康状态的动态保健方案提供依据，为亚健康状态的调整转化和动态康复方案提供依据。因此，设备健康监测对检测的项目内容、时间频次、参数分析、诊断结果等进行了科学的设计，确定了动力性、经济性、净化性、安全性四大类健康指标，完善了机、电、、仪、油、水、气、汽、介质等相关检测项目，以便更及时、全面的掌握设备的状态，为维修保养方案提供准确的选择依据和有效的指导，避免保养简单化、维修扩大化。

　　2）状态追踪是监测的特点

　　机械设备零部件的失效、各系统配合平衡的紊乱、技术工况的下降是一个由量变到质变的过程，这个过程一定会以状态参量的变化表现出来。健康监测要求尽可能的追踪状态参数的变化，特别是"亚健康状态"的变化动向，增加监测的频度和内容，例如，把在工厂车间二级保养的机、电、油、水、气等检测项目提前到作业现场的一级保养中执行，把每次一级保养变成一次设备查体和健康恢复，有效控制机械设备损伤的量变，预防故障的生成。

　　3）检测仪器是必备的手段

　　我国目前远没有实现检测管理"制度化"，检测作业"现场化"，检测指标"标准化"，检测技术"智能化"。大部分维修企业缺乏现代化的检测设备，绝大多数机械、车辆、设备的应用单位没有检测设备。以经验代替仪器检测和数据分析、不出故障不检测、应付检查虚检测的现象十分普遍。

　　发展设备检测技术，从作业现场到维修工厂全面配置必要的现代化检测仪器设备，把对设备状态参数信息的采集、分析、诊断和维修保养延伸到生产作业的第一线，是提高设备健康监控水平，保障健康运用的必要手段；是提高维修保养效率和质量，促进维修保养模式变革的迫切需要。是实现国家、企业可持续发展战略和节能环保、减修增效的有效捷径。

　　4）网络化管理是发展的趋势

　　实施设备健康的网络化管理势在必行。充分整合与发挥政府主管部门、行业学协会、生产厂家、销售企业、维修企业、科研教学单位等的资源优势，建立设备健康技术服务体系，推行设备的生产质量-销售服务-管理应用-保养维修的全方位、全程性、一条龙式的设备健康管理和监控服务。大力开展设备健康大普查、专家诊断系统研发、诊断和治疗的远程技术支援、健康信息交流、产品质量追踪、维修服务分析、应用管理评估等活动，使设备健康真正成为资源节约和环境保护的基石。

　　（3）健康管理中的维护策略

　　设备健康管理和动态维护技术是"21世纪绿色再制造工程"和"绿色技术"的表面工程技术、医学技术、仿生学技术与传统维修技术的整合与优化。

　　它以节能、节材、环保、优质、高效为目标，根据机械零部件的损伤失效机理，应用各种新技术和新材料，改变机械设备机件表面的形态、化学成分、组织结构和应力状态，使零部件具有了优越的耐高温、耐疲劳、抗磨损、抗老化、自润滑、防腐蚀等特性，使机械设备具有了自修复、自养护、自补偿、自适应等全新功能。

　　动态维护技术是利用机械设备运行时特有的机械、物理、化学等条件，直接针对机械损伤的规律和特点，选择性运用动态原位性修复技术、自清洗技术、材料改性强化技术、材料弹性自恢复技术、机械内环境自稳定技术、功能增益技术等多种高新技术。使机械设备的机、电、油、水、气获得全面的保健和优化，有效保障了机械设备形态、功能、系统平衡的长期稳定性；极大延长了机械设备的技术寿命、经济寿命和使用寿命。

　　动态维护技术的特点和意义归纳如下：

　　1）实用性

　　实行健康管理和动态维护技术的设备可以始终保持设计或超越设计水平的健康状况，不仅实现了设备的高出勤率、高利用率、高生产效率及低能耗、低排放、低故障、低维修成本的应用，为企业创造良好的经济效益，而且是资源节约和环境保护的最有力保障。

　　2）方便性

　　人为的健康监测，受检测设备仪器精度和可检测项目的局限，无法掌握机械动态损伤的类型和程度，只有当损伤由量变发展到质变即表现为故障时才可能被发现，但此时损伤已经严重，工况已经劣化，物料已经浪费，污染已经排放，故障已经形成。

　　运用动态维护技术，实现人-机结合的健康综合监控和治理。机械设备能够自行养护、自动修复，有效阻止损伤的量变过程和质变发生；也可适用于鉴别诊断，动态维护技术无法恢复的异常，可明确诊断为不可逆损伤，再行解体修理，避免不必要的人、财、物的浪费。

　　动态维护技术只需进行必需的检测仪器、相关产品配置、人员培训和维修保养制度及工艺流程调整即可实施，不受场合、条件的限制，具有极大的方便性。

　　3）有效性

　　全过程有效：设备运用过程的任何阶段应用，只要满足工艺条件，均可获得良好效果。

　　见效快：实施动态维护技术后，设备有关技术参数和工况在数小时内即发生明显改善或恢复新机状态。

　　效果好：新技术和新材料的应用，使设备具有更好的特性和功能，可保持持久稳定的节能环保效应。

　　4）健康-节能环保性

　　产能--是以燃料燃烧为中心的能量产生和转化的过程，是设备的机、电、油、水、气各系统平衡配合工作的复杂过程。

　　以汽车为例，影响燃烧的燃油因素包括：性能、品质（十六烷值的高低、黏度的大小），燃烧前的物理准备质量（喷油、雾化、汽化、扩散、与空气混合的状态、比例），燃烧前的化学准备质量（燃油重分子的裂化、低温氧化的状态、与氧气混合的比例）等。

　　影响燃烧的机械因素包括：气缸和气门的密封性，燃油供给系的喷油泵、输油管、滤清器、喷油器，喷油正时，空燃比控制器，涡轮增压器，空气滤清器，节气门；电控系，点火系，冷却系等各系统的质量性能和工作状态等。

　　影响燃烧的空气因素包括：大气温度、压力、含氧量、通气效率、充气量等。

　　动态维护技术中的健康-节能环保性从三个途径促进产能的"开源"。

　　一是实施燃油的多功能化，利用燃油作为载体，加入具有清洁、微爆助燃、乳化、降粘等多种特性的高科技产品，改良燃油品质，提高物理活性，克服机械设计缺陷，如雾化汽化质量、燃烧周期性差异、淬冷层、辛烷值要求等对燃料燃烧过程的影响，促进燃烧产能完全化。

　　二是实施设备的仿生机能化：利用润滑油作为载体，采用高新科技产品组合，建立"自我预防保健和损伤康复"的仿生学机能，始终保持机械设备结构性能的动态稳定。从而避免工况失常导致的燃烧条件劣化，实现燃烧产能稳定化。

　　三是空燃比制备合理化，在改良燃油品质，提高其物理活性的同时，配置高通透性空气滤芯，加大充气量，实现空气燃料配比最佳化。

　　通过上述技术途径，使燃料燃烧的条件和效率超越原有的设计水平，实现产能最大化。同时也实现了尾气排放的"机内治理"。

　　耗能--是以能量传输和运用为中心的能量消耗过程。

　　燃料燃烧产生的能量中，有62%以热能形式从冷却系统和尾气中排出，只有38%转化为机械能，而其中2/5要用于克服机械各运动部件的摩擦阻力。因此，降低摩擦阻力是节能降耗并保证燃料能源有效合理利用的主要途径。动态维护技术的健康-节能环保性从二个途径"节流"。

　　一是改质减摩。动态维护技术使用的高科技产品中的金属自修复材料和液态陶瓷材料具有双向作用，在修复摩擦副损伤的同时使机件金属表面改质，极大的提高了耐磨强度，降低了摩擦系数和功率消耗。

　　二是改性减摩。以润滑油作为载体，加入纳米或微米"滚珠"，在机件摩擦副表面形成牢固的多层的"滚珠轴承结构层"，将机械传统的滑动摩擦改变为滚动摩擦，大大降低摩擦系数和摩擦功耗。

　　通过上述技术途径，使能量传输和利用的条件及效率超越原有的设计水平，实现了能量运用的合理化。

　　机械设备是"产能和耗能"的基础，能耗高低是机械设备健康与否的最重要的经济性指标。机械设备是"产污和排污"的基础，排污多少是机械设备健康与否的最重要的净化性性指标。

　　现代设备结构复杂，自动化程度高，价格昂贵，应用和维护成本高。一旦健康失衡，将造成能源浪费、环境污染及安全、生产、维修等方面的经济损失。机械设备的健康是节能环保的基础，锁定机械设备的健康管理，狠抓全程健康，保持长期稳定的良好性能状态，是从根本上解决节能环保问题的捷径，对国家节能及环保战略目标的实现，对企业的经济效益的稳定和提升，都具有十分重要的现实意义。

　　（4）养护维修方案

　　根据设备不同的运用阶段，不同的损伤特点，不同的健康状态，我们可以辨证选择四种不同类型的养护维修方案。

　　1）设备工作条件优化型维护

　　设备工作条件优化就是通过对设备故障产生机理和外部条件的研究，找出引起设备故障的主要工作条件因素，然后采取经济可行的措施来优化这些条件，使设备的劣化达到有效的控制和减缓，延长设备有效使用周期和工作寿命。设备工作条件优化的内容包括：

　　设备使用的能源优化：设备燃用的汽油、煤油、柴油、煤炭质量标准，预先的过滤、筛选处理，设备用电电压、电流的稳定性处理等；

　　设备的润滑介质优化：设备恰当润滑介质的选择，严格科学的润滑管理体系，润滑介质的三级过滤管理，五定管理，填加剂的使用等；

　　设备周围空气环境优化：设备周围空气尘埃控制、空气过滤，空气酸碱度控制，湿度控制，某些化学离子控制以及真空状态的控制；

　　设备冷却条件优化：设备冷却液的过滤，风冷空气过滤，冷却介质化学特性控制；

　　设备固定稳定条件优化：设备周围地基稳定、振动值控制，周边设备布局总体策划等。

　　天津港某企业对某进口发动机等设备实行"四清"活动。"四清"是指对空气过滤--空气清；对冷却水进行处理--冷却水清；对燃油过滤及燃油的选择--燃油清；对润滑油三过滤，回收处理--润滑油清。使得这类发动机无故障运行时间由原来的300h提高到标准的3000h，最后达到100000h，连原发动机生产商都十分惊叹他们创造了如此好的使用寿命记录。

　　2）强化型维护

　　强化型维护是弥补机械零部件材料普遍性固有缺陷，使设备超越设计质量，达到健康水平的养护维修方案。该方案的最佳选择期，是设备的健康和亚健康期，如新机强保期和大修以后的磨合期，以及设备应用的早期，尤其适用于工作强度大，作业时间长，环境较恶劣，破坏性因素集中的设备。由此奠定机械一生健康应用的基础。

　　在技术措施上，如使用金属强化修复材料系列，大大加强机件摩擦副表面强度（达到几十万公里零磨损）；使用电器防护剂，使电器设备的稳定使用时间延长数十倍。

　　北京铁路局机车发动机金属表面陶瓷化技术，可以使机车发动机30万公里零磨损，寿命提高数十倍，效益十分明显。

　　3）保健型维护

　　保健型维护是使机械设备保持健康的维护方案，适用于机械设备各项检测的技术参数均在健康标准范围内。可以选用预防性自动微修微调的技术措施，保持零部件的设计形态、良好配合及技术性能，保持各系统的配合平衡，保持长期稳定的健康应用。

　　在技术措施上，如使用金属自动修复材料，使摩擦副表面维持"修复与损伤"的动态平衡；使用养护和增益添加剂，借助润滑油和燃油的载体作用，保持设备稳定的内环境和超越设计水平的最佳的运用状态。

　　例如在润滑油内加入金属自修复材料，使机械具有损伤自愈功能。

　　4）康复型维护

　　康复型维护是使设备恢复健康的维护方案，适用于亚健康至已近修理的机械设备。如机械设备在检测中显示已存在程度不同的磨损、疲劳、失弹、老化指征时，采取自动修复、改质强化、弹性恢复、系统调整等技术措施，使用金属自动修复剂系列，自行修复机件的磨损、拉伤、腐蚀、裂纹等，原位重造金属表面，恢复机件的形态、功能。

　　四种类型养护维修方案的选择，要依据设备检测、数据分析、辨证诊断，同时结合机件的使用寿命、运行时间、作业环境等具体情况进行综合判断，对症选择。机械设备的状况是复杂多变的，各机件各系统的问题会交织出现，在方案、技术的选择和产品组合上，也必须坚持"辨证施治，对症下药"的原则。