使用CMMS系统(例如 SAP)中的工单(Work-Order/WO)作为可靠性分析数据源

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摘要

使用WO作为可靠性数据源推算设备的MTBF在许多大型机构中是一个普遍的用法。 同时许多软件为满足这一需求,加入了提取设备WO数据并计算相应MTBF数值的功能。

本文阐述了通过提取CMMS系统WO数据求解MTBF这一做法的缺陷。 文章首先列出使用WO数据推算MTBF值时所包含的假设。然后,针对这些假设指出实际使用时的相关问题。

可靠性分析不宜采用工单数据作为基础数据源

假设条件

软件开发者为从工单数据推导MTBF(平均故障间隔时间)作出以下假设:

  1. 每张设备纠正性维修工单(CM-WO)均对应一次独立故障事件。
  2. 设备停机时长=纠正性维修工单的 [维修开始时间] 至 [维修结束时间]。
  3. 设备两次纠正性维修工单之间的间隔期视为正常运行时间。

问题描述

以下情况与前述假设存在严重冲突:

问题1:单次故障对应多张工单

同一故障常会生成多张通知单/工单,导致单次故障被重复统计。

分析师必须将同一故障相关的所有工单合并为单个事件,以避免重复计数。这项工作极具挑战性!

若处理不当,将直接违反第一条假设。

问题2:停机时间计算错误

以"2用1备"方式运行的原油输送泵系统(含A/B/C三台泵)为例:

Error in downtime calculation
Figure 1: Error in downtime calculation

第50天泵A故障,第70天生成维修工单,第80天完成维修。泵A实际停机30天,但维修记录仅显示10天。

若仅以工单记录为数据源,分析师得出的停机时间将只有10天!要修正此误差,必须核查故障通知单记录的机能丧失起始时间。

该问题导致第二条假设难以成立。

问题3:备用时长无法从CMMS获取

图2展示了某发电系统三台相同燃气轮机(采用"2用1备"运行策略)在2016年9月1日至2019年2月18日(900天)内的三态运行图,期间发生5次故障。

Tri-state plot indicating operating, standby and out-of-service (downtime) status
Figure 2: Tri-state plot indicating operating, standby and out-of-service (downtime) status

若仅依赖CMMS系统数据:3台机组在900天内共发生5次故障,累计停机80天。但系统无法提供各设备的备用时长。

单台燃气轮机MTBF错误计算:(900×3-80)/5= 524 天。.

这一计算的问题在于将截取总天数900作为运行时间,并把待机备用时间也算作运行时间。

实际应将待机时间从900天中去除。

正确计算方法:

从运行图中求解出三台设备的运行时间为:

GT-7510A: 368天

GT-7510B: 304天

GT-7510C: 328天

累计运行时间为:368 + 304 + 328 = 1000 天

总故障次数=5次

真实MTBF=1000/5=200天

依赖CMMS信息会高估资产可靠性达2.6倍!

问题4:非故障停运事件(生产流程事件)

工单系统无法捕获生产流程异常导致的停机事件。通常非设备故障造成的停机不会生成工单,导致相关停机时间缺失。

如果设备A停运是由于B故障引起的。则系统中只有设备B的维修工单,而没有设备A的。这样A的停运时长就没有被采集。

结论

CMMS(计算机化维护管理系统)通常由财务人员设计,是财务和成本核算的优秀工具。然而,可靠性工程师往往未参与系统设计,因此系统可能未充分考虑可靠性分析的需求。仅维修工单显然不适用于企业中的可靠性分析项目。

针对流程工业的数据采集系统,至少应记录以下信息:

  1. 停机时间及对应的故障模式
  2. 生产流程事件导致的停机及其根本原因
  3. 设备的备用时间
  4. 每日生产数据

除非设备全天候(24/7)运行且非运行时间可忽略,否则分析师应避免使用日历时间推算设备运行状态。

就可靠性分析而言,数据采集系统的设计目标,是确保能以合理精度还原设备历史运行工况(如图2所示)。这种能力使分析师能准确计算关键设备的故障率趋势及停机时间分布。

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