CN109635001B - 基于设备失效数据分析的产品可靠性提升方法和*** - Google Patents
基于设备失效数据分析的产品可靠性提升方法和*** Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于设备失效数据分析的产品可靠性提升方法，包括以下步骤：S1、采集核电设备的基础信息和故障信息；S2、根据基础信息和故障信息，进行故障模式分析，确定每个类型核电设备的故障模式和对应的失效部件；S3、根据基础信息和故障信息，进行设备可靠性计算和部件可靠性计算；S4、根据故障模式分析结果和来自经验反馈***的数据，进行共性问题分析，生成产品可靠性提升报告。本发明以实际失效数据作为依托，可以更***性分析出产品存在的问题与改进方向，比现有的依托经验反馈进行改进的方式，更加精确，可以作为设备制造商产品质量改进的基础，同时也可为设备选型及电厂成本预算提供依据。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于设备失效数据分析的产品可靠性提升方法和***。
背景技术
随着核电的快速发展，在役/在建机组不断增加。然而，在核电设备的设计、制造过程中，制造商通常依据采购技术规范要求对其进行设计，但在采购技术规范中并未提及设备在机组上的功能、环境、故障影响、设备经验反馈，导致设计过程中存在盲点，因此在使用过程中也逐渐暴露出来设计/制造缺陷。
对于设备故障缺陷，核电站目前通过预防性维修大纲管理或发现问题后进行维修处理来解决。但是，在实际使用过程中，很多故障源自于产品结构设备不合理、制造质量缺陷等，通过预防性维修无法进行管理。而同一厂家或同一型号产品故障模式基本相同，因在电厂使用的位置不同，目前电站基本通过人工去识别或重大事件经验反馈去管理，没有***性的分析方法作为指引，因此无法制定有针对性的预防措施，导致故障高频重发。
对于制造商，因无法掌握产品在使用过程中的问题，不知道产品改进的方向，进而不能有效提升产品固有可靠性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于设备失效数据分析的产品可靠性提升方法和***。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：提供一种基于设备失效数据分析的产品可靠性提升方法，包括以下步骤：
S1、采集核电设备的基础信息和故障信息；
S2、根据所述基础信息和所述故障信息，进行故障模式分析，确定每个类型核电设备的故障模式和对应的失效部件；
S3、根据所述基础信息和所述故障信息，进行设备可靠性计算和部件可靠性计算；
S4、根据所述故障模式分析结果和来自经验反馈***的数据，进行共性问题分析，生成产品可靠性提升报告。
在本发明提供的基于设备失效数据分析的产品可靠性提升方法中，所述步骤S1包括：
S11、通过查询设备台帐管理***来采集所述基础信息，所述基础信息包括设备型号、图纸号和功能位置；
S12、通过查询工作工程管理***来采集所述故障信息，所述故障信息包括失效状态、失效时间、处理时间、完工记录。
在本发明提供的基于设备失效数据分析的产品可靠性提升方法中，所述步骤S3包括：
S31、根据所述基础信息和所述故障信息，计算每个类型核电设备的年平均失效率和平均故障间隔时间；
S32、根据所述基础信息和所述故障信息，计算失效部件的年平均失效率和平均故障间隔时间。
在本发明提供的基于设备失效数据分析的产品可靠性提升方法中，所述步骤S31包括：
S311、统计每个类型核电设备的每年失效数量N1，计算设备的年平均失效率，绘制年平均失效率趋势图；
S312、计算设备的平均故障间隔时间
S313、根据设备的平均故障间隔时间评估设备的可靠性。
在本发明提供的基于设备失效数据分析的产品可靠性提升方法中，所述步骤S32包括：
S321、统计失效部件的每年失效数量N2，计算失效部件的年平均失效率，绘制年平均失效率趋势图；
S322、计算失效部件的平均故障间隔时间
S323、根据失效部件的平均故障间隔时间，制定预防性维修策略
相应地，本发明还提供一种基于设备失效数据分析的产品可靠性提升***，包括：
数据采集模块，用于采集核电设备的基础信息和故障信息；
故障模式分析模块，用于根据所述基础信息和所述故障信息，进行故障模式分析，确定每个类型核电设备的故障模式和对应的失效部件；
可靠性计算模块，用于根据所述基础信息和所述故障信息，进行设备可靠性计算和部件可靠性计算；
报告生成模块，用于根据所述故障模式分析结果和来自经验反馈***的数据，进行共性问题分析，生成产品可靠性提升报告。
在本发明提供的基于设备失效数据分析的产品可靠性提升***中，所述数据采集模块包括：
基础信息采集单元，用于通过查询设备台帐管理***来采集所述基础信息，所述基础信息包括设备型号、图纸号和功能位置；
故障信息采集单元，用于通过查询工作工程管理***来采集所述故障信息，所述故障信息包括失效状态、失效时间、处理时间、完工记录。
在本发明提供的基于设备失效数据分析的产品可靠性提升***中，所述可靠性计算模块包括：
设备可靠性计算单元，用于根据所述基础信息和所述故障信息，计算每个类型核电设备的年平均失效率和平均故障间隔时间；
部件可靠性计算单元，用于根据所述基础信息和所述故障信息，计算失效部件的年平均失效率和平均故障间隔时间。
在本发明提供的基于设备失效数据分析的产品可靠性提升***中，所述设备可靠性计算单元包括：
设备年平均失效率计算单元，用于统计每个类型核电设备的每年失效数量N1，计算设备的年平均失效率，绘制年平均失效率趋势图；
设备平均故障间隔时间计算单元，用于计算设备的平均故障间隔时间
设备可靠性评估单元，用于根据设备的平均故障间隔时间评估设备的可靠性。
在本发明提供的基于设备失效数据分析的产品可靠性提升***中，所述部件可靠性计算单元包括：
部件年平均失效率计算单元，用于统计失效部件的每年失效数量N2，计算失效部件的年平均失效率，绘制年平均失效率趋势图；
部件平均故障间隔时间计算单元，用于计算失效部件的平均故障间隔时间
部件可靠性评估单元，用于根据失效部件的平均故障间隔时间，制定预防性维修策略。
本发明的基于设备失效数据分析的产品可靠性提升方法和***具有以下有益效果：本发明提供的基于设备失效数据分析的产品可靠性提升方法，以实际失效数据作为依托，通过故障模式分析，确定设备的主要故障模式和对应的失效部件；通过设备可靠性计算，绘制设备年平均失效趋势图，并评估设备的可靠性；通过部件可靠性计算，对失效率高的部件制定预防性维修策略；通过共性分析和可靠性提升报告，更***性分析出产品存在的问题与改进方向。相较于现有的依托经验反馈进行改进的方式，更加精确，可以作为设备制造商产品质量改进的基础，同时也可为设备选型及电厂成本预算提供依据。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的基于设备失效数据分析的产品可靠性提升方法的流程图；
图2所示为某阀门失效类型图；
图3所示为某阀门年平均失效率趋势图；
图4为本发明一实施例提供的基于设备失效数据分析的产品可靠性提升***的原理图。
具体实施方式
为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
以下结合附图和实施例对本发明做进一步的解释说明。
图1为本发明一实施例提供的基于设备失效数据分析的产品可靠性提升方法的流程图；如图1所示，本发明提供的基于设备失效数据分析的产品可靠性提升方法包括以下步骤：
S1、采集核电设备的基础信息和故障信息；
具体地，在本发明一实施例中，因不同厂家设计及制造工艺不同，因此，待分析的核电设备必须是同一制造商生产的设备，例如，某厂制造的手动截止阀。在采集设备信息之前，首先需要明确分析范围，确认设备在电厂中的使用位置(功能位置)，分析设备结构及可能发生的故障模式。
进一步地，在本发明一实施例中，数据采集主要包含两个部分：设备基础信息采集和故障信息采集。其中，设备基础信息包括设备型号、图纸号和功能位置，主要通过查询台帐管理***来获取；故障信息包括失效状态、失效时间、处理时间、完工记录，主要通过查询工作工程管理***来获取。
具体地，以某厂家的阀门为例，由于同一厂家可能提供多种类型阀门，通过基础信息采集，故将阀门型号与电站识别的功能位置一一对应，为后续的失效率计算、失效分析做准备。故障信息采集主要是在工作过程管理***根据阀门功能位置查找出所有历史记录，数据量主要包含失效状态(故障描述)、失效时间、处理时间、完工记录。
进一步地，在本发明一实施例中，因工作过程管理***记录的是所有在功能位置发生过的故障及工作信息，而部分工作是由于机组状态需要，如大修期间***打压拆装、操作、配合性工作、再鉴定等导致的工作记录，非设备本身故障产生，因此，需要将这些数据剔除。此外，由于同一时间由于工作人员不同，对同一故障会产生重复记录，为避免记录重复影响数据的准确性，在对历史数据处理时，仅统计故障发生后，经过维修干预处理的记录。因此，在数据采集后，还包括数据预处理的步骤。
S2、根据所述基础信息和所述故障信息，进行故障模式分析，确定每个类型核电设备的故障模式和对应的失效部件。
具体地，在本步骤中，对数据中的设备失效状态及处理完工记录信息进行分析，列写故障模式。为了便于后续分析失效部件，建议故障模式列写至部件级，以某厂阀门为例，将采集数据进行逐项分析，列写故障模式及失效部件如下表1所示：
表1故障模式分析
在日常使用中，阀门常见故障模式包括：
1、手轮机构故障：手轮锁紧螺母松动、销键断裂导致空转/滑丝、传动机构损坏、隔离锁紧装置损坏、齿轮箱涡轮蜗杆润滑不良等。
2、电动头故障：输出力矩漂移、接线松动、油脂老化等。
3、气动执行机构故障：供气回路易损件老化导致外漏、弹簧断裂失效、***/电磁阀损坏等。
4、内漏：密封件老化、阀瓣/阀座密封面损坏、关闭不到位、异物卡涩等。
5、外漏：密封件老化破损、紧固力矩不足、密封面损坏、水锤等。
6、卡涩：润滑不良、阀杆弯曲、异物卡涩、锈蚀等。
7、腐蚀：螺栓、阀门本体锈蚀等。
8、限位指示故障：限位开关损坏/松动、行程指示不正确等。
9、其他：如设计制造缺陷、经验反馈普查等。
对表1数据进行统计，得出各型号设备运行至今的主要失效类型，并绘制失效类型图。例如，如图2所示为某厂阀门10年内故障模式分布，其主要故障类型为手轮执行机构故障、卡涩、内漏、外漏。对完工记录进行分析，阀门频繁出现手轮空转，经分析主要原因为手轮与阀杆连接销钉断裂导致，销钉断裂的原因可能有两种：1、关闭阀门力太大，超过销钉许用应力；2、销钉设计缺陷或材料强度不够。后续可通过力学计算或试验进行验证，找出根本原因，从而改进。
进行失效类型分析的主要目的是找出各类型设备的主要故障模式、失效部件，以便制定针对性的措施，改进或减少此故障模式出现的概率。
S3、根据所述基础信息和所述故障信息，进行设备可靠性计算和部件可靠性计算。
具体地，在本步骤中，包括：
S31、根据所述基础信息和所述故障信息，计算每个类型核电设备的年平均失效率和平均故障间隔时间；
S32、根据所述基础信息和所述故障信息，计算失效部件的年平均失效率和平均故障间隔时间。
进一步地，所述步骤S31包括：
S311、统计每个类型核电设备的每年失效数量N1，计算设备的年平均失效率，绘制年平均失效率趋势图；
S312、计算设备的平均故障间隔时间
S313、根据设备的平均故障间隔时间评估设备的可靠性。
进一步地，以表2中统计的某厂家3种类型设备每年失效数量为例，来说明设备可靠性计算的基本过程：
第一步，根据采集数据，统计各型号设备每年失效数量N1，计算各类型设备年平均失效率λ。年平均失效率λ＝失效数量N/阀门数量X/运行时间T。
表2失效数量
然后，找出失效率λ最高的设备类型，分析其失效率高的原因，主要失效部件与处理方案。由表2可知，型号三的阀门年平均失效率最高，达到了25.5％，查找型号三失效类型分布，找出其主要故障模式。接着，以年为单位，绘制各型号阀门的λ-T趋势图，从图3中可以发现型号一、二的阀门从2010年设备投运开始，前三年处于磨合期，失效率呈现一定的上升趋势，经过3年后，失效率稳步下降，设备趋于良好，而型号三则在投运第5年开始失效率逐步上升，因此需要对型号三进行重点关注，分析失效率上升的原因，制定改进措施。
通过年平均失效率趋势图，可以比较直观的了解设备可靠性与随时间变化趋势，抓重点进行改进。同时也可以用于厂家质量可靠性评价，计算全寿期成本，为采购部门提供输入。其中，设备全寿期成本＝采购成本+(人力+备件+机组损失间接成本)*平均失效率λ*阀门数量X*时间T。
第二步，通过计算平均故障间隔时间(MTBF)，根据MTBF的值，对设备的可靠性进行分类，以衡量各厂家设备质量可靠性。例如，型号三的阀门的平均故障间隔时间MTBF约为3.9年，而同类设备的MTBF约为10年，因此该类型阀门可靠性较低，将型号三的阀门的可靠性设为低。需要说明的是，可以根据实际需要将设备可靠性分为多类，本发明在此不做限定。
进一步地，所述步骤S32包括：
S321、统计失效部件的每年失效数量N2，计算失效部件的年平均失效率，绘制年平均失效率趋势图；
S322、计算失效部件的平均故障间隔时间
S323、根据失效部件的平均故障间隔时间，制定预防性维修策略。
具体地，零部件可靠性数据计算主要用于易损件及失效率高的部件，通过前期的故障模式分析，找出主要失效部件，计算部件平均失效率λ2及部件MTBF2，计算方法与设备类失效分析一致。对于老化部件，MTBF2计算出来后，可作为电站制定预防性维修策略的依据。
S4、根据所述故障模式分析结果和来自经验反馈***的数据，进行共性问题分析，生成产品可靠性提升报告。
具体地，在前期失效分析过程中，对于多次出现的失效类型，列入共性技术问题专项，结合重大事件经验反馈***已有的根本原因分析数据，找到失效原因，与厂家共同改进，降低设备失效率。
进一步地，目前核电站设备常见的共性问题主要包括：
1、制造、检验工艺不合格。如阀体铸造质量差，验收环节不严谨，缺乏质量管控。
2、零部件选材不合理。没有考虑设备使用环境，导致零部件腐蚀、损坏、汽蚀。
3、结构设计不合理，导致零部件随机性故障率偏高。
4、重要部件无检查标准或标准错误，如配合间隙要求、紧固力矩偏小等。
5、设计选型不满足***要求。
在进行共性问题分析后，对以上步骤数据分析成果进行归纳总结生成产品可靠性提升报告，以为产品改进及维修策略制定提供方向，产品可靠性提升报告包含如下几个部分：
1.设备简介，介绍分析范围内设备型号及结构形式。
2.主要故障模式，将分析数据作为基础，介绍各型号设备故障模式分析。
3.失效率λ与平均故障间隔时间(MTBF)，归纳总结失效率高的设备存在的故障问题。
4.平均失效率趋势图λ-T，分析失效率与随时间的变化情况，为维修大纲制定提供依据。
5.零部件失效分析，总结失效率较高的零部件。
6.总结产品存在的共性问题及需要提升的方向。
本发明提供的基于设备失效数据分析的产品可靠性提升方法，以实际失效数据作为依托，通过故障模式分析，确定设备的主要故障模式和对应的失效部件；通过设备可靠性计算，绘制设备年平均失效趋势图，并评估设备的可靠性；通过部件可靠性计算，对失效率高的部件制定预防性维修策略；通过共性分析和可靠性提升报告，更***性分析出产品存在的问题与改进方向。相较于现有的依托经验反馈进行改进的方式，更加精确，可以作为设备制造商产品质量改进的基础，同时也可为设备选型及电厂成本预算提供依据。
图4为本发明实施例提供的基于设备失效数据分析的产品可靠性提升***的原理图；如图4所示，本发明的基于设备失效数据分析的产品可靠性提升***包括：
数据采集模块410，用于采集核电设备的基础信息和故障信息；
故障模式分析模块420，用于根据所述基础信息和所述故障信息，进行故障模式分析，确定每个类型核电设备的故障模式和对应的失效部件；
可靠性计算模块430，用于根据所述基础信息和所述故障信息，进行设备可靠性计算和部件可靠性计算；
报告生成模块440，用于根据所述故障模式分析结果和来自经验反馈***的数据，进行共性问题分析，生成产品可靠性提升报告。
具体地，所述数据采集模块包括：
基础信息采集单元，用于通过查询设备台帐管理***来采集所述基础信息，所述基础信息包括设备型号、图纸号和功能位置；
故障信息采集单元，用于通过查询工作工程管理***来采集所述故障信息，所述故障信息包括失效状态、失效时间、处理时间、完工记录。
具体地，所述可靠性计算模块包括：
设备可靠性计算单元，用于根据所述基础信息和所述故障信息，计算每个类型核电设备的年平均失效率和平均故障间隔时间；
部件可靠性计算单元，用于根据所述基础信息和所述故障信息，计算失效部件的年平均失效率和平均故障间隔时间。
具体地，所述设备可靠性计算单元包括：
设备年平均失效率计算单元，用于统计每个类型核电设备的每年失效数量N1，计算设备的年平均失效率，绘制年平均失效率趋势图；
设备平均故障间隔时间计算单元，用于计算设备的平均故障间隔时间
设备可靠性评估单元，用于根据设备的平均故障间隔时间评估设备的可靠性。
具体地，所述部件可靠性计算单元包括：
部件年平均失效率计算单元，用于统计失效部件的每年失效数量N2，计算失效部件的年平均失效率，绘制年平均失效率趋势图；
部件平均故障间隔时间计算单元，用于计算失效部件的平均故障间隔时间
部件可靠性评估单元，用于根据失效部件的平均故障间隔时间，制定预防性维修策略。
关于上述实施例中的***，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块，即将设备的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，上述实施例提供的***和方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例的描述，这里不再赘述。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中。上面所提到的控制或者实现的切换功能都是通过控制器实现，控制器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific IntegratedCircuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。上面所提到的存储器可以是终端内置的存储设备，例如硬盘或内存。本发明***还包括了存储器，存储器也可以是***的外部存储设备，插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。存储器还可以既包括***的内部存储单元，也包括外部存储设备，用于存储计算机程序以及所需的其他程序和信息。存储器还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的信息。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种基于设备失效数据分析的产品可靠性提升方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、采集核电设备的基础信息和故障信息；所述步骤S1包括：
S11、通过查询设备台帐管理***来采集所述基础信息，所述基础信息包括设备型号、图纸号和功能位置；
S12、通过查询工作工程管理***来采集所述故障信息，所述故障信息包括失效状态、失效时间、处理时间、完工记录；
S2、根据所述基础信息和所述故障信息，进行故障模式分析，确定每个类型核电设备的故障模式和对应的失效部件；
S3、根据所述基础信息和所述故障信息，进行设备可靠性计算和部件可靠性计算；所述步骤S3包括：
S31、根据所述基础信息和所述故障信息，计算每个类型核电设备的年平均失效率和平均故障间隔时间；所述步骤S31包括：
S311、统计每个类型核电设备的每年失效数量N1，计算设备的年平均失效率，绘制年平均失效率趋势图；
S312、计算设备的平均故障间隔时间
S313、根据设备的平均故障间隔时间评估设备的可靠性；
S32、根据所述基础信息和所述故障信息，计算失效部件的年平均失效率和平均故障间隔时间；所述步骤S32包括：
S321、统计失效部件的每年失效数量N2，计算失效部件的年平均失效率，绘制年平均失效率趋势图；
S322、计算失效部件的平均故障间隔时间
S323、根据失效部件的平均故障间隔时间，制定预防性维修策略；
S4、根据所述故障模式分析结果和来自经验反馈***的数据，进行共性问题分析，生成产品可靠性提升报告。
2.一种基于设备失效数据分析的产品可靠性提升***，其特征在于，包括：
数据采集模块，用于采集核电设备的基础信息和故障信息；所述数据采集模块包括：
基础信息采集单元，用于通过查询设备台帐管理***来采集所述基础信息，所述基础信息包括设备型号、图纸号和功能位置；
故障信息采集单元，用于通过查询工作工程管理***来采集所述故障信息，所述故障信息包括失效状态、失效时间、处理时间、完工记录；
故障模式分析模块，用于根据所述基础信息和所述故障信息，进行故障模式分析，确定每个类型核电设备的故障模式和对应的失效部件；
可靠性计算模块，用于根据所述基础信息和所述故障信息，进行设备可靠性计算和部件可靠性计算；所述可靠性计算模块包括：
设备可靠性计算单元，用于根据所述基础信息和所述故障信息，计算每个类型核电设备的年平均失效率和平均故障间隔时间；所述设备可靠性计算单元包括：
设备年平均失效率计算单元，用于统计每个类型核电设备的每年失效数量N1，计算设备的年平均失效率，绘制年平均失效率趋势图；
设备平均故障间隔时间计算单元，用于计算设备的平均故障间隔时间
设备可靠性评估单元，用于根据设备的平均故障间隔时间评估设备的可靠性；
部件可靠性计算单元，用于根据所述基础信息和所述故障信息，计算失效部件的年平均失效率和平均故障间隔时间；所述部件可靠性计算单元包括：
部件年平均失效率计算单元，用于统计失效部件的每年失效数量N2，计算失效部件的年平均失效率，绘制年平均失效率趋势图；
部件平均故障间隔时间计算单元，用于计算失效部件的平均故障间隔时间
部件可靠性评估单元，用于根据失效部件的平均故障间隔时间，制定预防性维修策略；
报告生成模块，用于根据所述故障模式分析结果和来自经验反馈***的数据，进行共性问题分析，生成产品可靠性提升报告。
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