煤矿机电设备安全管理系统的研究.docx

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煤矿机电设备安全管理系统的研究

煤矿机电设备安全管理系统的研究

1、相关定义

1.1、输入、自由度定义

代码的第一部分是从actrl_eig.mat中读入特征值/特征向量的数据。

原始的精密机电设备振动仿真与分析研究32ANSYS模型有大约21000个自由度,通过定义我们关心的自由度,我们能缩减我们需要的12个自由度:

两个磁头节点的径向和切向分量和四个音圈受力节点。

1.2、设备整体效能（OEE）的定义

设备整体效能由可用度、生产率、良品率三个要素构成,单一设备甚至整个工厂的运行都受到OEE这三个要素累积效果的影响。

OEE是这三个要素百分数的乘积,其结果可用于生产分析和基准设计。

即:

OEE=可用度×生产率×良品率26可用度:

生产计划内设备正常使用的百分比（用于评估可靠性）,即设备能够工作的概率。

设备可使用时间的百分比（常常以天/周/年的总时间来计算）是按设备能否正常工作的时间（或实际产量）的比例来计算的。

生产率:

单位时间内原始设备制造商（OEM）以最大额定生产速度生产产品部件的百分比。

如得不到该数据,则可用产品生产率代替。

生产率是设备以理论速度进行单件生产时有效时间的百分比,它可以度量速度的损失。

如:

低效率生产,机械障碍,等。

良品率:

单位时间生产的适于销售的产品占总产品的百分比,或所有优质产品占总产品的百分比。

例如:

50%可用度（0.5）×70%生产率（0.7）×80%良品率（0.8）=28%OEE

1.3、设备定期点检的概念

水利枢纽基于RCM实行的定期点检,与过去的设备巡检意义完全不同。

（l）什么是设备巡检设备巡检是按设备的部位、内容进行的粗略巡视,为了”观察”系统的正常运行状态,这种方法实际上是一种不定量的维修运行管理,对分散布置的设备比较合适。

（2）什么是设备点检为了维持生产设备的原有性能,通过人的五感（视、听、嗅、味、触）或简单的工具、仪器,按照预先设定的周期和方法,对设备上的规定部位（点）进行有无异常的预防性周密检查的过程,以使设备的隐患和缺陷能够得到早期的发现,早期预防,早期处理,这样的设备检查称为点检。

（3）设备日常巡检与设备定期点检的区别与联系:

l）设备巡检员是专职人员,主要负责某个生产装置的设备巡检。

他不同于维护人员、检修人员,也不同于维护技术人员,是经过特殊训练的专门人员。

设备巡检员是利用人的五官或简单的仪器工具,对设备进行日常巡查,在巡检过程中对照标准发现设备的异常现象和隐患,掌握设备故障的初期信息、,为点检人员提供要检查设备故障点、部位、项目和内容,使点检人员有目的、有方向的进行设备点检。

2）设备定期点检主要是指设备维修人员,主要负责设备故障的修复,保证生产设备的正常运行,根据设备巡检人员提供的信息,对有故障的设备进行详细地检查和修复。

3）设备点检人员主要负责巡查设备是否正常运行,检查设备有无异常现象,为维修人员提供更好的依据,缩短维修时间,尽快恢复设备正常运行。

上海交通大学工程硕士学位论文第四章RCM与设备点检以及状态监测的结合40

1.4、设备点检概念

采用以点检为基础的维修,依据点检发现设备问题,及时编制和修订检修计划,适13时对设备进行维修,有效地防止设备过维修和欠维修,提高设备的可靠性,降低维修费用;因此被广泛地应用在许多工业生产领域,尤其适合于连续不间断的生产系统。

结合当我国煤矿企业生产实际情况采用以点检为基础的维修制可以有效提高企业生产效率和降低维修费用。

为了准确地掌握设备运行状态和劣化程度,及时消除隐患,保持设备完好性能,应对影响设备正常运行的一些关键部位实行管理制度化、操作技术规范化的检查维护工作,称为设备点检。

设备点检中所指的”点”,是指设备的关键部位。

通过检查这些”点”,就能及时、准确地获得设备技术状态的信息,这就是”点检”的基本含义。

在实际点检执行过程中,要贯切全面质量管理的原则,不断进行PDCA（P:

计划、D:

实施、C:

检查、A:

改进）循环,通过实践提高,再实践,再提高,不断提升管理水平。

开展以点检为基础,以状态监测为手段的预知维修是设备维修方式改革的方向。

在设备使用阶段,维修管理是设备管理的主要内容。

为了克服预定周期修理的弊端,应采取状态维修,而状态维修的基础是对设备进行检查,掌握设备状态,为维修工作提供依据[13]。

点检是为了确定运行中设备的状态,基于点检基础上的维修也可以说是在实施状态检修。

两者在性质上十分接近。

无非是对状态的掌握程度,后者具备更准确的检测手段,对设备状态的确定更有把握而已。

因此,很多学者把点检的维修视作状态检修的初级阶段。

以点检为基础的维修需要以好的点检标准为指导,而点检标准制定中点检周期确定是重点。

1.5、EMD相关概念

3.2.1瞬时频率3.2.1瞬时频率对于任意的一个时间序列X（t）的希尔伯特变换Y（t）,有数学表达式[36]:

Y（t）1pX（）d（3.1）t式中,p为柯西主值。

该变换对于在所有的Lp函数都存在。

由X（t）的希尔伯特变换Y（t）构成复数的实部,得解析函数:

Z（t）X（t）jY（t）a（t）ej（t）（3.2）23西安科技大学硕士学位论文1其中,振幅a（t）[X2（t）Y（2t）]2;相位（t）arctanY（t）X（t）本质上,希尔伯特变换可视为X（t）与1/t的卷积,强调的是X（t）的局部特性。

由数学表达式（3.2）,X（t）的瞬时频率被定义为:

w（t）d（3.3）dt然而,这个瞬时频率的定义存在一些值得商榷的地方。

后来Ville统一了瞬时频率的定义为:

f1i（t）d[（t）]（3.4）2dt式中,i指瞬时。

Ville研究发现:

瞬时频率的时变特性,使其存在有和瞬时频率相对应的瞬时谱,并且该瞬时谱中的平均频率就是瞬时频率。

为了证明该发现的正确性,Ville利用Gabor研究中的平均测度,通过再次得出:

信号谱中的平均频率与瞬时频率中的平均时间是相等的结论,既ffi,其中:

fZ（f）2dff（Z（f）23.5）dffiZ（f）2dffi（3.6）Z（f）2df式中,Z（f）是x（t）先后通过Hilbert变换和Fourier变换后得到的解析信号。

（3.4）数学表达式是目前公认的相对合理的定义。

瞬时频率是关于时间t的单值函数,只能表示”单分量”信号,对于多个频率分量组成的信号没有实际的物理意义。

因此,在分析实际的振动信号时,如何解决将复杂振动信号分解为一个个单分量信号”和”的形式,使瞬时频率具有实际意义是必须首先考虑的问题。

1.6、可靠性基础概念

（1）可靠性定义产品可以在规定的时间以及规定的条件下完成预先规定好的功能的一种能力。

产品不同,规定的功能及条件也不同。

（2）可靠性分类可靠性主要包括使用可靠性及固有可靠性两个方面。

使用可靠性和产品在使用中的运行状态、维修方法、运行条件以及所使用厂家的技术水平有一定的关系。

固有可靠性是指在产品生产过程中,依据产品设计、制造工艺以及所选用的材料及零部件等因素所确定的产品可靠性。

固有可靠性受制造厂家技术水平的限制,它决定产品质量,是产品内在的属性。

（3）机械设备的可靠性机械设备是由各种零部件按照结构合理的方式有效结合而成的复杂的机电系统。

随着机械设备使用时间的不断增长,组成该机械设备的各个零部件会慢慢丧失原本的性能,导致该设备的技术状况变差,一直到不能完成规定的功能。

机械设备在产品的设计、生产、安装以及维修各个过程中都存在可靠性的问题。

（4）机械设备的可靠性评定指标具体设备的可靠性,可以依据维修特性的不同来选择适合的评定指标。

经常使用的机械设备可靠性评定指标[13-16]有:

①平均故障间隔时间平均故障间隔时间MTBF（MeanTimeBetweenFailures）也可以称之为产品寿命,它是可修复性产品可靠性评定的一个基本指标。

它的度量算法为:

在一定的时间和条件下,设备对应的寿命总和与设备发生故障总数的比值。

②平均故障时间平均故障时间MTTF（MeanTimeToFailure）是不可修复性设备可靠性评定的一个基本指标,它的度量方法为:

在时间和条件一定的情况下,设备寿命单位总和与设备发生故障总数的比。

③平均维修时间平均维修时间MTTR（MeanTimeToRepair）是可修复性设备维修可靠性评定的一个基本指标,它的衡量方法为设备发生故障所维修时间的单位总和与设备发生故障总数的比值。

④可靠度若t为设备预先所要求的工作时间,T为设备实际运行的工作时间;T是一个随机变量,那么可靠度可以使用概率公式表示为R（t）=P（T>t）。

其中R（t）=1F（t）,F（t）=P（Tt）。

⑥可用度可用度的定义变量为:

x（t）=0,若t时刻产品正常1,若t时刻产品故障（2.1）则此时刻产品的瞬间可用度可表示为:

A（t）=P{X（t）=0}（2.2）令t→∞,则产品的稳态可用度为:

A=lt→im∞A（t）（2.3）稳态可用度可表示为:

使用可用度A0（Operationalavailability）:

A能工作时0=间能工作时间+不能工作时间（2.4）固有可用度Ai（Inherentavailability）:

A=MTBFiMTBF+MTTR（2.5）在设计阶段设备预期所要达到的可靠度记为Ai,这个值比设备实际运行中的可用度A0要大。

设备的可靠性一般包括维修性及耐久性两部分。

平均故障寿命（MTTF）是耐久性的评定指标,耐久性对可修复性系统来说指的是设备发生故障少。

平均修复时间（MTTR）是维修性的评定指标,维修性指的是设备在使用过程中发生故障后诊断修复故障的难易程度。

想要设备的可靠性提高,需要满足两个要求:

第一个要求是设备故障要少（即MTTF值小）,第二个要求是在设备出现故障后能够快速诊断故障原因并修复其功能（即MTTR值小）。

2.1.2RCM概念RCM的英文全拼为ReliabilityCenteredMaintenance,即以可靠性为中心的维修。

它是对每一个设备,根据其特点,制定其特有的维修计划以及改进维修制度。

目前它是一种在国际上被广泛接受的系统分析方法。

RCM可定义为:

在确保设备安全性及可靠性的条件下,利用逻辑决断分析方法制定设备具体的维修方式使维修资源利用率最大。

它实施的过程是:

首先了解系统是由哪些82RCM的理论和决策分析元件构成的以及各元件发生故障的后果,接着运用逻辑决断这一科学的分析方法针对各元件出现故障造成不同的后果来确定具体的维修方式。

最后在确保完好性及安全性的前提下,利用现场设备故障数据统计、定量化建模、专家评估等方法,以维修资源消耗最小化及维修停机损失最少化作为目标,不断完善系统的维修策略[17-19]。

RCM也可以定义为:

RCM是对于任何一种设备,在它的现有工作运行环境下,为了保持实现其设计功能状态,一种用于确定设备应该采取何种维修活动的方法[20-21]。

把设备发生故障所造成后果的严重程度作为出发点,以尽最大可能避免或者至少要减轻设备故障所造成的后果为目标,将以前那种依据设备所发生故障的技术特性而对设备故障本身预防的传统观念彻底改变,是RCM的最大特点。

RCM主要强调针对设备运行中出现的异常情况要做早期的诊断以及维修工作,根据设备实际状态安排所需要的维修活动,最终达到使设备的利用率最高、设备的维修费用最低的目的。

RCM的维修策略是在故障模式、故障影响以及故障后果基础之上建立的,它