提升空瓶检测（EBI）可靠性提升产品质量
——以可靠性为中心的维护体系（RCM）的应用

庞卫珍 吴卫群 林庆文 李加亮

从工业时代开始就有设备的维修，随着故障经验的总结，人类对维修概念有阶段性发展，设定良好的预防性维修策略使用设备一直高效运行，但管理者应该主动思考，高效运行的设备在产品质量保证，减少浪费，降低成本等方面如何努力。

一、维修概念发展与应用

（1）维修概念发展

最初的维修概念是，当设备损坏时紧急维修，影响生产效率，还可能造成的维修成本更大，慢慢有了演变，考虑到设备安全，质量，计划和成本方面，提高可靠性。以下是维修在不同时期变化的阶段。

文章英文缩写注释表

目前的维护更多地处于第三阶段，虽然进行多维度分析问题，但每次都是出现问题后再找出根本原因，被动的触发，只能消除该故障出现过的根本原因，但同一个故障往往有很多方面影响，因此设备仍然存在潜在的故障风险。以下是百威某工厂空瓶检测的例子分析。

（2）目前维修概念使用

如上图1-2-1 所示，是EBI 的瓶底检测功能模块，图1-2-2是其正常的检测图像，处于居中状态，但由于其它原因可能导致这检测失效，造成不对中，如图1-2-3。正常情况下，当第一次出现拍照不对中，深入分析方法是：

图1-2-1 瓶底检测

图1-2-2 瓶底对中

图1-2-3 瓶底不对中

这次的根本原因就是人员技能不足，制定的行动是开发单点课程和标准操作规程（SOP- Standard Operating Procedure），并培训岗位员工。但一个月后再次出现同样的拍照偏离，详细的分析过程如下：

这次的根本原因是没有润滑，制定行动是建立定期润滑工单任务。再次发生“拍照偏离”的问题，又一轮的分析是：

这次的根本原因是没有定期更换输送带，制定6 个月的皮带更换周期。

通过以上的案例，我们可以看到，虽然每次的故障表象都是瓶底拍照不对中，也都通过“5Why”来找出根本原因，制定相关的行动在来防止，但是潜藏的其它的原因仍然会造成同样的故障再次发生。虽然通过多年以后，可以总结经验，也有比较完善的保养策略，但企业已经损失了很多，包括效率与成本等。有些硬件自然磨损可以维持5 年到10 年，这样没出现过的就没预防了，设备还是随时有故障爆发的隐患。

如果把分析化被动为主动，正向分析每一个故障现象可能存在的多个根本原因，事前预防，将可以避免更多的损失。 例如“拍照偏离”的现象分析，如图1-2-3，造成故障发生除了皮带运行外，还有光电开关，触发板卡等的问题。

图1-2-3 拍照偏离的原因分析

除了上述提到 “安装技能不足”，“没有润滑”和“没有定期更换”等原因会影响“拍照偏离”，还有触发光电，触发板卡和编码器等多方面也会影响，这种提早梳理设备功能失效模式，制定预防的措施，化被动分析为主动分析的维修理念称为：以可靠性为中心的维修，英文缩写是RCM 。

RCM 与目前阶段的预防性维修（PM- Preventive Maintenance）有区别，应用RCM 其目的是帮助提高预防性维修计划的质量，下图是PM 和RCM 之间的关系。

图1-2-4 PM 和RCM 关系图

可靠性的维修方法是多管齐下的，而不仅仅是简单的预防性维修，鉴于PM 优化和RCM 的优势，2020 年起，RCM 已成为百威英博全球维护战略的关键部分。

· 优化了人们必须做的工作量；

· 确保设备的可靠性可以维持在高水平；

· 确保科学发展自下而上的维护预算存在；

图1-2-5 RCM 分析功能故障

实行RCM 的分析是一个项目，需要一系列的流程，不是单靠个人分析就能完成的，需要大量的实验数据来总结，以下是完成机台RCM 分析的过程图：

图1-2-6 RCM 分析流程图

二、RCM 的推行过程

（1）建立分析小组团队

RCM 是一个项目,一旦选定了机台，需要组成团队，执行RCM 分析的可靠性工程师是关键，因为非常熟悉设备，可以帮助团队完成RCM 过程，RCM 非常注重细节，在建立系统阶段需要管理团队坚持不懈。

建立了团队后，RCM 是一个项目，还需要制定每一步的分析计划，定期组织开会，跟踪计划完成进度，图2-1-3，RCM 计划完成表。

图2-1-1 推行RCM 团队架构图

图2-1-2 RCM 责任分工表

图2-1-3 RCM 计划完成表

（2）定义范围和功能

RCM 要对一个机台全面分析，在还没出现过故障的情况下，把全部有可能引起功能失效的原因梳理出来，必须非常了解设备的结构和功能。例如，汽车厂要对汽车发动机全面分析，需要把发动机每一个部件结构组成和功能了解清楚清楚，如下是发动机的解剖图（图2-2-1）。在了解结构后，对每一个部件进行分析，有可能影响发动机故障的部件有哪些，根本原因是什么等。

图2-2-1 汽车发动机解剖图

同理，以下为是对空瓶检测设备做RCM 分析的例子。空瓶检测一共有六大功能检测，把设备拆分各模块，了解机械结构部分，并要清楚各功能检测的标准。图2-2-2为结构图。

图2-2-2 EBI 机械结构图

按照之前的分析，需要把各功能有可能引起故障失效的分级别列出，一层往上一层找原因，直到找到根本原因，这样就形成了EBI 故障树。

（3）各功能失效的故障树

每个功能失效可以梳理出很多的根本原因，需要按故障的影响级别来定相应的预防措施，这样才能更有效分配资源。（见下页）

（4）定义故障的影响

定义故障影响的目的是区分影响级别，按照故障后产生的后果，影响的维度有：安全，环境，质量，财务和生产。除此之外，还有故障的影响程度如何，发生比率如何，如何修复，需要多长时间来修复等等。

如图2-4-1，空瓶检测的剔除装置的漏击打，其中一个功能失效原因是输送带拉长，造成错位剔除。

图2-4-1 定义故障影响和关键等级

影响：有可能没有把异物瓶子剔除出来，缺陷产品流入市场，造成市场投诉。

输送带的磨损属于自然磨损现象，在正常润滑的情况下，出现漏剔除现象周期大概是：6-12 月。因此，对于这故障影响的严重性可用以下矩形图来分析，级别是M。

定出了故障级别后，要根据维修逻辑来判断预防性工作的策略，主要的维修逻辑是考虑维修成本和技能。

（5）应用RCM 的决策逻辑

所谓的低成本维修任务是操作工日常检查，若操作员无法完成任务，需要维修工定期检查。

较高成本的维护任务是强制性更换备件，甚至是设备大型改造等。例如：空瓶检测的其中一个功能失效“剔除错位”根本原因是输送带拉长，图2-5-1 是输送带拉长的检查标准方法，当输送带拉长超出原来的3%时， 就会出现剔除延迟现象，需要更换。

图2-5-1 输送带检测标准

使用RCM 决策逻辑选择技术上可行的最低成本的维护任务，根据不同的故障模式影响, 选择不同的判定逻辑 (故障隐蔽性, 安全, 环境相关性, 质量/运行/成本相关性)，通过对每一个问题的回答, 依次选择合适的预防性维护任务，如图2-5-2。

图2-5-2 逻辑树梳理PM

因此，需要加强维修工例行检查。

针对根本原因识别出预防性维修任务，需要在工单系统建立维护提醒，根据自然周期或运行周期系统自动提醒任务，便于长期计划的备件与人工准备。

（6）定义维修任务，资源和工具

维修任务有多种，在线检查，停产检查，定期更换等。针对上述的根本原因输送带拉长的问题，维修工通过测量工具判断输送带是否需要更换，在使用4000 小时后开始每月停产检查1 次，把维修任务锁定在工单系统里，同时把有可能更换的备件建立在对应的功能位置物料清单（BOM- Bill of Materials）里，需要使用时可以立刻调用出来。如下图2-6-1 预防性维修工单。对于强制更换的维修任务，需要把备件建立在BOM 里，这样目的是可以在长期计划里提醒计划员关注库存，也可以通过大修工单预估年度备件的费用。如图 2-6-2，强制更换备件的大修工单。

图2-6-1 预防性维修工单

图2-6-2 强制更换

完成机台RCM 分析后，需要跟踪后续设备的运行和PM 工单完成情况，从效率，维修工时，成本，安全，质量等方面。经过数据的跟踪，总结RCM 对工厂带来提升的KPI。

三、RCM 的带来的得益

（1）产品质量的提升

虽然有先进的空瓶检测设备，但市场还存异物瓶的投诉。针对市场异物瓶情况分析设备，有两种情况，分别是：➀漏剔除异物瓶；➁没有识别到时错误瓶。

第➀种的是属于设计的问题，通常的设备厂家出厂设备时，会考虑很多方面的因素，设计比较成熟。但是特殊的环境，可能设备在设计上就没考虑到。例如EBI 由于不正常操作直接拍急停或放倒的瓶子进入设备，在运行中突然急停会导致瓶子在输送带上错位并报警，如果有异物瓶子在这段范围而操作工又没有手动拿出瓶子直接复位开机，这样就有流过去的风险。经过RCM 分析，找到有可能影响的来源，工厂实施了设备的改造，在EBI 末端再增加一个剔除装置，并设定程序针对这情况把瓶子自动剔除出来，安装图3-1-1，以及控制方式对比表3-1-2。

图3-1-1 EBI 后增剔除装置

图3-1-2 EBI 后增剔除装置

第➁种是设备精度不足。目前验证EBI 的方式都是使用标准测试瓶，左图3-1-3 为部分测试瓶。虽然在破口宽度和异物都比较小，是2×2mm，但是在EBI 检测里是很容易能识别的。而工厂瓶子主要来源是回收瓶，里面的异物各种类型都有。有的因瓶子存放环境恶劣，时间过长导致产生霉斑，位置很难清洗干净；有的被消费者丢透明纸进瓶子里，偏光膜也无法识别。还有的是在瓶子检测盲区无法判断。以下是举例，工厂收到瓶子异物投诉，那种异物瓶在设备上测试并使用RCM 方法查找有可能引起的原因。

图3-1-3 测试瓶实物图

图3-1-4 异物投诉

图3-1-5 异物位置分析

终上RCM 的应用，对设备改造与程序精细调整，在产品投诉方面是有很大的提升。如图3-1-6 是客户投诉和3-1-7 脏瓶投诉的结果，单位ppb（10 的9 次方瓶产生的投诉次数）。

图3-1-6 客户投诉统计

图3-1-7 脏瓶投诉统计

有这么大的质量改善，离不开各个岗位人员良好的配合，操作工承担部分维修工时，在生产和巡检时更有效检测设备的状况，工厂管理人员开展自主维护计划（ATOAutonomous Operations）,按等级提升操作工技能。

（2）人员技能的提升

例如在空瓶检测设备里，操作工技能提高了，完全可以对设备进行自主维护，真正自己的设备自己维修。下图是RCM 应用后操作工技能等级变化，及对应技能等级的内容。

RCM 应用后，操作工可以完成部分的维修工作，让维修工更多时间处理设备的痛点问题，或者研究设备技术，提升了维修人员利用率。

（3）维修工时优化

现在各行业都在优化人员架构，随着产量矿大，设备维护工时需要更多，更需要精细的维修。RCM 分析后，其实之前很多部分是重复或者可以合并的，甚至有部分可以转化为操作工日常巡检的工作， 通过优化工单，PM年度总工时有降低，也有能更精益的维修。 图3-3-3 空瓶检测工时变化。

图3-3-3 空瓶检测工时变化

设备保持高效运行，而且消除了部分过剩维修工作，备件也会减小消耗，从而带来维修成本的节约。

（4）维修成本的下降

图3-2-1 ATO 技能等级和变化图

图3-2-2 各技能清单

例如：如上文所述，输送带拉长的问题，当被拉长达到3%后，会出现剔除延迟现象，这是属于自然磨损，不可避免，但是润滑可以延迟拉长的时间。根据经验总结在正常润滑的输送带单道瓶子运行情况下，要达到3%，运行小时在4000 小时以上，如图3-4-1。

图3-4-1 输送带磨损时间

因此可以由原来自然周期6 个月强制更换改为运行周期4000 小时后再检查，如发现拉长严重的，再更换输送带。原来每年需要更换2 次，每次成本3.2 万元。如4000 后的每次数据收集和分析，实际输送带拉长大于3%所最终达到5400 小时（约10 个月），随着年产量变化而变化，这样每年更换的次数就变为1 次了。通过RCM 分析，按两年计算，空瓶检测输送带备件费用节省了接近6.3 万元。

由上述分析，RCM 对设备管理有非常大的帮助，可以节省工时，发展人才，节省成本和完善设备等，但不是所有的设备都适合一开始就实行RCM 分析。

四、设备RCM 的条件

从维护的角度来看，设备会随着时间的推移而磨损或恶化，可以把退化分为两种:被迫的和自然的。区分这两种类型很重要，因为每种类型都需要不同的维护方法。

如图4-1 说明了被迫磨损和自然损耗之间的关键区别。对于被迫磨损，设备磨损速度要快得多，导致的故障比自然损耗发生得更快。当某些条件不满足时，就会发生被迫磨损(例如:被敞开的电板、没有润滑的轴承、未对准的附属设备、过载操作、缺乏维护等)。因此，用维护计划处理自然损耗，用根本原因解决方案处理强制磨损。RCM 不适用于可靠性不搞的设备，必须处于高效速度运行情况下才，需要再找出突破点才合适应用RCM。

图4-1 磨损模式随时间磨损图

五，总结

历史上，维护计划一般在日常会议上创建，没有分析自然和被迫性恶化，没有制定解决停机根本原因（造成停机的80%的原因）的行动，产生的新维护计划，带来了不必要的执行需求，也给维护团队造成了不必要的负担。RCM(以可靠性为中心的维护)是一种用于定义维护计划的方法，以确保高效、精益的计划落实实施，提升设备的可靠性。