机械健康学-“机械设备健康学”在车辆机械管理与维护中的应

1“机械设备健康学”在车辆机械管理与维护中的应用概述车辆、机械、设备是交通企业的基本装备。现代车辆、机械、设备结构复杂，自动化程度高，生产效率倍增，但价格昂贵，应用和维护成本高，一旦出现故障，造成生产与维修的经济损失也比较严重。因此，合理运用，科学管理，长期稳定的保持车辆、机械、设备良好的性能状态，保持高效率低成本运行，对企业的管理、运营、施工进度、成本控制和经济效益有十分重要的意义。车辆、机械、设备的科学管理和维修养护是其发挥良好效率的保障。交通企业的任务重，车辆运用频率高，运转时间长，机械施工环境条件恶劣复杂，对车辆、机械、设备的各项性能不断提出更高的要求。但目前，车辆、机械设备的管理、养护、维修的理论、模式和技术，仍沿用八十年代的传统方式，无法适应全寿命健康运用的要求。根据调研资料显示，目前交通企业的维修保养体制和技术水平，存在着许多急需优化和改革的地方。例如，在维修保养方面，靠感觉诊断，凭经验修理；重维修轻保养，重过程轻效果；保养维修费用高，作业强度大等。在管理方面，以更新代替维修，以维修代替养护；以及燃润油消耗高等情况比较普遍。动态监测管理和动态养护维修只有极少数企业施行，大部分企业尚属空白。这种管理应用、养护维修模式显著的滞后状况，不仅影响到车辆、机械、设备的健康运用，影响到运营和施工任务的完成，更加大了企业管理、消耗、维修等各项成本，直接影响到企业的总体经济效益。邓小平同志多次指出“科学技术是第一生产力”，依托科学技术的发展及应用，从管理和维修养护理论、理念、模式和技术等方面入手，是企业质量管理创新和节能、减修、增效的捷径，同时有助于解2决通过行政、法规、管理、教育、制度等方法难于解决的诸多问题，大大提高企业的市场适应能力和竞争能力。一、机械设备健康学机械设备健康学是医学科学、仿生科学与设备维修科学、表面工程科学交叉的新兴学科。它以系统论、信息论、控制论、健康论为基础理论；以“预防性动态健康管理和动态养护维修”为主要特征；实现机械设备可靠性的人—机结合的双向健康控制。以“全寿命健康”为目标，对车辆、机械、设备的技术状态和健康运用实施全程监控。以建立“自养护、自修复、自补偿、自适应”的仿生学机能为基础，部分取代人工保养维修，促进机械设备管理与维修模式的变革。以提高企业经济效益为中心，追求经济、技术、管理的最优化，积极推进车辆、机械、设备的管理、应用、维修的科技进步，不断降低并有效控制机械设备的寿命周期费用，提高综合效率。机械设备健康学包括三个组成部分：机械设备健康理论，机械设备健康监控，机械设备动态养护维修。（一）机械设备健康理论传统的车辆、机械、设备管理与维修理论，着眼于宏观故障及故障结果的后馈式管理和静态维修方式，往往等待出现故障时（预知的或已发生的）采用停机解体换件维修的方式处理，其特点阶段性恢复和保持健康。机械设备健康理论，着眼于微观和介观的动态变化和损伤过程控制，研究机械损伤的动态演变过程，特点规律；研究事前预防、过程监控、动态养护维修和机械设备的健康保健制度等，即研究如何使机3械设备保持健康运用，不出或少出故障，减免停机解体维修。其特点是全寿命持续性保持健康和最合理的成本消耗。机械设备健康理论，把机械设备分为三类技术状态：健康—亚健康—故障。机械设备使用寿命是由健康——亚健康——故障——报废，即由量变到质变的动态过程。根据调研，目前在用的车辆、机械设备，健康状态的约占20%，亚健康状态的约占60%，故障状态的占20%。机械设备健康状态的标准是各总成的主要状态参数和各系统的配合平衡保持或超过设计状态。机械设备亚健康状态的标准是各总成的主要状态参数偏离标准值，各系统的配合平衡失调。致使机械工况下降，消耗增高，达不到设计状态。机械设备故障状态的标准是各总成的主要状态参数超过允许值，各系统的配合平衡紊乱，致使机械工况劣化，部分或全部丧失规定的功能。机械设备健康管理和动态养护维修的意义和目标，就是着眼于机械设备的健康状态监控和保持，主动预防健康劣化，积极促进机械设备的亚健康向健康的正向转化，有效控制亚健康向故障的负向转化，从而防止故障的发生或发展，减免维修，提高机械设备的健康率和使用效率。（二）机械设备健康监测“机械设备健康学”提出了机械设备整体论模式的健康定义：突破了无故障就是完好的传统概念，提出了第三种状态“亚健康状态”。这是模糊逻辑和模糊思维在机械设备维修领域中的运用。4模糊逻辑的基本观点是：事物都是一个程度问题，在黑与白、是与非之间存在广阔的灰色区域，对这里的事物不能做或是或非，黑白分明的判别。科学家称之为“第三种状态”，这种状态在量子力学中称为真值和假值之间的“中性值”，在医学中称为健康与疾病之间的“亚健康”。“亚健康状态”具有双向转化的特点，诊断和处理得当，“亚健康”可以转化为健康；诊断和处理不当或不诊断和不处理，就会发生漏诊或误诊，使“亚健康”转化为故障，耽误了检修时机，造成不必要的人、财、物的浪费和生产损失及安全隐患。“亚健康状态”给机械设备维修理论研究者和工程技术人员提出了一系列的新课题和新任务。例如：诊断、维修、保养的意义和内容是什么？如何建立新的诊断方法和标准？如何建立新型的维修保养模式？如何以新的思维方式去适应维修模式的发展与变革等等。机械设备诊断是为维修保养服务的，因此，其检测的项目内容、时间频次、参数分析、诊断结果等，必须能给维修保养提供有效的指导。“机械设备健康学”的健康监测有有四个方面的特点：第一、健康是监测的目的。传统维修检测追踪的是故障指数，为制定修理方案提供依据；健康学检测追踪的是健康指数，为机械设备的健康状态的动态保健方案提供依据，为亚健康状态的动态康复方案提供依据。因此，健康学监测确定了动力性、经济性、净化性、安全性四大类健康指标，增加了机、电、油、水、气等相关检测项目，以便更全面的掌握机械设备的状态，为维修保养方案的准确选择提供依据，避免保养简单化、维修扩大化。第二、动态检测是监测的特点。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。健康学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5主要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机械设备的状态查体和健康恢复，在动态维护机制的保障下，正向转化“亚健康状态”，有效控制机械设备损伤的量变，预防故障的生成，达到减免维修（特别是解体和换件）与健康运用的目的。第三、检测仪器是必备的手段。发展机械设备检测技术和仪器设备是提高监控水平，保障健康运用的必要手段；是提高维修效率，保证维修质量，保障运用安全的必要手段；是促进机械设备维修保养制度变革的迫切需要。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。工业发达国家的检测诊断实现了管理上“制度化”，检测指标上“标准化”，检测技术上的“智能化”发展。机械设备健康诊断，已经和正在生产作业现场适用的便携式、多功能、通用型、“傻瓜型”、网络化的各系统的检测分析仪器，便于生产一线对机械设备状态参数等信息的采集、分析、诊断和实施保健康复措施，从而把维修保养延伸到生产线，把停机解体换件维修转变为不停机不解体不更换零部件的动态维修保养模式。第四、网络化管理是发展的趋势。建立企业和行业性网络，实施机械设备健康的网络化管理势在必行。以行业学协会为龙头，协同政府主管部门、生产厂家、销售企业、维修企业、科研教学单位等，充分发挥资源整合的优势，开展对机械设备健康状态的健康普查、专家诊断系统研发、诊断和治疗的远程技术支援，行业信息交流，产品质量追踪，维修服务分析，应用管理评估等等。以实现全行业生产质量—销售服务—管理应用—保养维修的全方位、全程性的机械设备的健康监控。（三）机械设备动态养护维修1、车辆、机械、设备在运用中受到诸多因素的影响及损害，与机械零部件材质、加工工艺、装配工艺；运行环境、运行材料；管理制6度和管理水平，操作人员素质；动态监控和维修保养模式、条件、设备、技术等诸多因素相关。车辆、机械、设备的动力性、经济性、可靠性、安全性、净化性随着机械的磨损、疲劳、老化而逐渐下降，而燃润油消耗、尾气排污、故障频率、维修保养费用和停修时间则随之上升。在现行的维修保养模式中，车辆、机械设备的技术状态表现为运用──劣化——修理，再运用——再劣化──再修理的锯齿型反复变化过程，无法保持长期的健康良好，其结果是质量性能不稳定，高消耗运用，反复停机检修，耗费大量资金、时间和人力。2、动态养护维修是将医学和仿生学的原理、方法和技术运用于机械设备的养护维修，从而形成全新的理念和技术模式。动态养护维修以保持机械工作内环境的稳定，减少停机检修，减免解体维修为目标，通过为机械设备建立“自养护、自修复、自补偿、自适应”的仿生学机能，形成损伤与修复的动态平衡，始终保持机械设备动态健康和低成本运用。3、动态养护维修模式，利用机械设备运行时特有的机械、物理、化学等条件，直接针对机件损伤的规律和特点，依据动态监测参数的分析诊断，辨证选择和实施预防——保健——康复的养护维修方案。4、动态养护维修方案，是根据机械设备不同的技术状态，不同的运用阶段，不同的损伤特点，有针对性的选择运用。分为三种类型：1）强化型养护维修方案：使机械设备超越设计质量水平的养护维修方案，使用金属陶瓷化修复材料系列，大大强化机件摩擦副表面（可达到几十万公里零磨损），弥补机件材料表面抗磨强度不足的普遍性固有性缺陷，尤其适用于工作强度大，作业时间长，环境较恶劣，破坏性因素集中的车辆、机械、设备。在车辆、机械、设备的健7康和亚健康期，如新机强保期和大修以后的磨合期，以及机械设备应用的早期，是该方案的最佳选择期，由此奠定机械一生健康应用的基础。2）康复型养护维修方案——使汽车恢复健康的养护维修方案，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、复弹、系统调整等技术措施，使用金属自动修复剂系列，自行焊接修复机件表面的磨损、拉伤、腐蚀、裂纹等，原位重造机件的金属表面，恢复其形态和功能及最佳工况。适用于亚健康至已近大修的机械设备。3）保健型养护维修方案——使机械设备保持健康的养护维修方案，如机械设备在检测中各项技术参数均在健康标准范围内，即可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。三种类型养护维修方案的选择，要依据数据检测，分析诊断，并结合机件寿命、行驶里程、运行环境等具体情况进行综合判断，对症选择。5、动态养护维修技术，包括动态的原位性修复、清洗、改质强化、改性、复弹等多种动态表面工程技术，目前在发动机、变速箱、压缩机、液压系统、轴承等各机械总成中广泛应用。二、综合效益分析交通企业的车辆、机械、设备的健康管理有两个目标，即设备综合效率高和周期寿命费用低，这是影响企业生产成本和经济效益的两大关键。设备综合效率包括：车辆、机械、设备的健康率、利用率、生产效率、保值增值等方面。设备周期寿命费用包括：非再现费用（不变成本）：即一次性投资的购置费用。8再现费用（可变成本）：即车辆、机械设备、车辆使用过程中的维持费用，包括与管理、应用、养护、维修有关的人、材、物等的消耗费用。可变成本往往高达不变成本的几倍到十几倍，约占整个运营生产成本50%以上，因此，是企业的管理重点。健康管理与动态养护维修在上述两个目标方面“开源节流”，为企业创造良好的管理效益和经济效益。（一）在车辆机械综合效率方面“开源”1、保障车辆、机械、设备的健康率、利用率，提高运营效率。健康管理与动态养护维修是车辆、机械、设备持续健康运用的有效保障方法，在机械养护中，建立并保持其“自养护、自修复、自适应机能”，就能够实现车辆、机械、设备的高健康率、高利用率，低故障率、低维修率，从而保证生产效率。云南省交通厅科学研究所在云南省大型汽车运输经贸总公司立项试验，日本尼桑CKA45载重施工车（18-