故障后果与故障模型

　　故障预防的总目标不仅限于预防故障本身，而在于预防故障后果，从这种意义上说，故障后果远比其技术特性本身更重要。如果预防工作可以避免或者降低故障后果，这比预防故障本身有意义，也是值得的。

　　故障后果可以划分为两大类，即隐蔽性后果和明显性后果。而明显性后果又可以分为三类，即安全性和环境性后果、使用性后果及非使用性后果。为了讨论方便，今后统称为四类故障后果。下面加以详细的分析和描述。

　　A隐蔽性后果

　　所谓隐蔽性后果是在正常情况下对操作人员是不明显的故障。例如用一台工作泵和一台备用泵给水箱供水，备用泵发生故障，但因为工作泵在正常工作，对操作人员来说，备用泵的故障是隐蔽故障，这个故障产生的后果为隐蔽性后果。

　　隐蔽性故障本身并没有直接后果，但它增加了多重故障的间接后果或者风险度。对隐蔽性故障的预防维修强度取决于多重故障的风险大小，即多重故障的后果是否严重。

　　隐蔽性故障一般分为两种形式：

　　a)某装置在正常情况下应该是工作的，但发生故障，没有另外故障发生，这一故障不容易暴露，后果也不会显现。例如某设备旁边安装的烟火传感自动断电停机装置。平时应该始终处于工作状态，当正常情况下，被保护的设备没有发生烟火时，我们不知道传感器是否失灵，一旦发生烟火，需要烟火传感自动跳闸时，才发现装置功能失效。

　　b)某装置在正常情况下是不工作的，但发生故障，没有另外故障发生，这一故障不容易暴露，后果也不会显现。例如与某设备相连接的自动水冷却装置，当设备出现高温超标时会自动喷淋降温。设备正常未发生高温现象，始终不知道自动喷淋是否正常。当设备出现异常高温需要自动喷淋时才发现喷淋装置故障不能工作，造成严重后果。蓄水装置里的备用水泵故障对于工作水泵而言，也属于这类隐蔽性故障。

　　无论属于哪一类型，只要是隐蔽性故障，总是表现出带有保护功能以及多重故障才显现出后果的特性。

　　保护功能表现在以下几个方面：

　　a)报警、提示操作者注意异常：事故警报器，烟火报警器等；

　　b)万一发生故障，设备自动停机：电路短路自动跳闸保护，跑水、跑汽自动停机等；

　　c)消除、减缓故障损害装置：如高温自动喷淋降温装置；

　　d)替代已丧失的功能：如备用水泵、备用制动系统等；

　　e)防止危险情况发生：设备旁边的自动灭火装置。

　　一般，只有当被保护装置或环境出现异常时，当保护装置也处于故障状态，才显现出多重故障及其后果。除了以上的实例，类似的保护装置还有振动防护开关、极限限位开关、超载、超速保护报警、不间断电源等。

　　降低多重故障的风险应该从两个方面着手：一是降低被保护设备的故障概率，通过预防维修、改变设计等措施来实现；另一方面是提高保护装置可用度，也就是降低保护装置故障概率，通过对保护装置的预防维修、定期检查或改进设计来实现。

　　关于隐蔽性故障的维修策略研究概括如图1-8所示。

　　B安全性和环境性后果

　　所谓安全性后果是设备故障造成人员伤亡。环境性后果是设备故障引起环境破坏，违反环境法规。安全与环境性后果常常被排在最重要地位，因为对企业、社会而言，人员伤亡、环境破坏是完全不能接受的！

　　尽管我们强调对安全生产和环境保护的诉求，但也应该认识到任何生产过程都存在一定风险。风险包含以下因素：

　　a)发生什么样的事件？

　　b)有多大可能性发生？

　　c)这种风险程度可否接受？

　　所谓发生什么事件，就是故障的实况和造成的人员伤亡。不一定每次故障都会有人员伤亡，重要的是是否有可能产生这种伤亡后果。我们往往从最坏的可能性考虑故障的影响。

　　所谓的可能性大小是指故障发生的概率。

　　故障概率与故障造成伤亡概率的共同作用就是风险度。风险度是否可以接受是比较复杂的问题，因人而异，也因部门而异。取决于个人心理承受能力、行业准则、个人或组织对风险的可控能力、故障后果对当事人及其后代的影响以及人们的知识等等。因为以上的差异性，所以给风险评估带来不确定性。为了使风险评估尽可能客观，建议由一个了解故障机理、故障影响、故障发生可能性及采取何种来措施预测、预防故障的成员组成的专家小组来评价故障风险度。

　　对于安全性或环境性后果的故障模式，如果可以把故障后果的风险度降低到一个可以接受的水平，预防性工作才值得做。其维修决策如图1-9所示。

　　C使用性后果

　　如果故障对于设备使用能力有直接不利影响，称之为具有使用性后果。影响使用的后果如下：

　　a)影响产量：故障停机或效率下降直接影响设备产出；

　　b)影响质量：故障造成加工精度下降、合成反应劣化或者直接废品，威胁产品质量；

　　c)影响合同或承诺：故障延误交货、延误工期、延误服务（客机晚点），损失信誉；

　　d)增加运行费用：故障使能源消耗、平摊成本增加，可能额外付出替代工艺费用。

　　影响使用性后果的因素很多，下面列举几个重要因素：

　　a)生产类型是间断式的还是流程化的

　　流程企业其中一台设备故障停机，整条生产线皆停下来，使用性后果就很严重；如果是间歇生产的离散设备，其使用性后果就不那么严重。

　　b)换班制是三班、四班三运转还是单班运转

　　满负荷运行的企业，设备停机影响生产，可能造成的合同或市场损失较大；也许维修加班费损失减少。伴随而来的预防维修安排和计划困难增加。单班运行的企业可以用加班来补偿设备故障停机减产，用加班抢修设备，可能加班费用损失增加。

　　c)产品是完成品还是在制的待加工品

　　如果发生故障的设备完成的是最后一道工序，并不影响其它工序的生产，故障后果会影响合同交货延误及上道工序产品积压、储存费用；如果是中间工序设备故障，则会造成下道工序停机等待。故障后果的损失程度还取决于停机工序加工冗余量，可否持续到抢修完毕；停机工序是否为瓶颈工序；停机工序能否由其它设备替代等等。如果进行预防性维修，其所用经费是否可以补偿因为保持一定库存加上事后维修费用的总和，都是我们在制订预防维修策略所应该考虑的。

　　d)修理排除故障时间长短

　　显然，故障排除时间越短，故障的使用性后果越小。提高排除故障效率应该从故障监测、检测和报告反馈机制、维修技术队伍配置和人员维修技术能力培训等方面解决。

　　e)备件供应的保障与否

　　备件的保障是影响使用性后果的重要因素之一。一方面，备件供应需要一定周期，等待备件会加大使用性后果损失；另一方面，保持一定备件库存量，也会增加生产成本，寻找最佳平衡点就十分重要。

　　f)是否有备用设备或备用总成

　　如果有备用设备，故障使用性后果就会减少。没有备用设备但有备用的关键总成，可以迅速地更换失效的总成，让设备重新运转起来，也可以减少使用性后果损失。就像备件库存一样，备用设备、备用总成占有资金，同样有一个平衡问题。

　　g)市场与合同的需求紧迫程度

　　使用性后果也受市场与合同紧迫性影响。在生产淡季，使用性后果较小，生产忙季，故障停机后果较大；如果合同要求严格，停机延误的罚款苛刻，则使用性后果变大，反之就较小。

　　h)原材料的供应影响

　　对于某些受原材料供应季节波动影响的企业，如水果加工，蔗糖加工企业，在原材料收获和大量等待加工的季节，停机故障可能造成原材料变质，也影响全年效益；反之，在淡季其故障的使用性后果就会降下来。还有一些企业原材料价格的周期波动或无规律变化都会使故障的使用性后果随之变化。

　　对于具有使用性后果的故障模式，当预防性维修费用比事后维修加上使用性后果损失费用之和还小，预防性维修就是值得的。其维修决策如图1-10所示。

　　D非使用性后果

　　所有那些对安全、环境和使用性没有直接不利影响的明显性故障后果称为非使用性后果。这种故障的唯一后果是排除故障的直接费用。从这种意义上说，这也是经济性后果。

　　对于具有非使用性后果的故障模式，如果预防性工作费用小于排除故障的事后维修费用，预防性维修是值得做的。

　　尽管对非使用性后果的故障一般可以采用事后维修的策略，但如果故障会导致二次损坏，而且二次损坏的费用加上事后维修的费用超过预防检测和维修费用，预防维修仍然示值得做的。例如轴承卡死可能引起主轴断裂，更换主轴费用很高，预防检测与维修就值得做。对那些有保护的设备，当设备故障，保护设备起作用，可以说原来的设备故障具有非使用性后果，但作为整个系统，还要考虑对保护设备的预防检测维修。对于被保护设备多重故障后果特别严重的情况，预防被保护功能及保护功能的故障就十分必要。