2.3 设备维修计划编制及组织实施
2.3.1 计划编制
计划是企业运行的依据、考核的内容。设备维修计划是设备修理的前提，重点是大修计划，涉及技术、设备运行、生产、工艺、人员组织、财务等因素。企业管理中，设备维修计划是企业计划的组成部分。设备维修计划的实施包括修理前准备、组织维修施工和竣工检查验收，各企业维修实施机制有所不同，对维修计划实施内容和方法也不同，根据特点制定实施计划。有些复杂设备，在制定修理计划的基础上，还编制更详细的维修技术计划。
合理有效编制机电设备修理计划，可有效安排修理计划的实施及专业分工配备、人力资源协调、有序修理备件加工件、维修成本控制等。设备修理牵涉面很多，要确定修理种类、修理工作量、修理时间进度、修理材料、修理资金及修理中的配合等，必须在计划编制中详细落实，才能合理组织设备修理。
设备维修计划需考虑年度生产安排与设备修理间的关系、设备修理数量、修理时间和维修资金，必须具体，具有操作性、实用性。年度计划由企管部门制定，实施计划由设备部门详细制定，包括二级保养、大修计划，高精度、大型和稀有设备修理计划、动力设备检修计划等。表2-5所示是某企业年度大修理材料计划表，表2-6所示为大修理计划汇总表。
表2-5 年度大修理材料计划表
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表2-6 大修理计划汇总表
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1.计划编制的依据
（1）设备的技术状况
技术状态信息是确定维修计划实施的关键，信息来源包括日常点检、定期检查、状态检测记录、以前修理与维护记录、设备技术档案等。表2-7所示为某单位设备的技术状况表。表中F机表示设备机械部分的复杂系数，F电表示设备电气控制部分的复杂系数，F液表示设备机械液压系统部分的复杂系数。实际中，有时将F液归于F机。
表2-7 设备的技术状况表
（2）生产工艺及产品质量对设备的要求
设备完好是合格产品的保证，要向产品工艺、质量管理等人员了解产品与设备间的信息，如机床的丝杠间隙大，可能造成加工产品精度下降；控制系统的传感器采集信号精度低，则系统精度出现大的误差。必须针对设备和产品工艺，全面分析，确定计划维修的内容。
（3）维修能力
人力、物力、维修工具、技术水平力求达到生产需要和维修资源之间的平衡，如果企业自身不能实施修理，可以全部或局部委外维修。
（4）设备维修周期结构
对实行定期维修的设备如连续性生产的设备、自动化生产线等，企业在维修计划中规定维修周期结构和维修间隔期。
（5）修理前的生产技术准备
根据设备复杂系数基本确定维修劳动量定额、停机时间、修理费用等。合理协调横向部门的关系，如技术、质量、生产、工艺等。
（6）安全与环境保护
设备运行、使用，必须满足职业安全卫生与环境保护的要求，计划中必须考虑相关的标准指标。
2.计划编制的基础资料
制定维修计划特别是大修计划时，全面收集资料是编制计划的基础。基础资料包括设备修理复杂系数、维修定额、设备修理停机时间、修理费用定额等，设备出厂的随机资料、历次维修记录和故障统计资料，产品标准与质量要求，维修周期与生产计划之间的协调，上年度的修理计划及验收资料。
3.计划编制的原则
（1）考虑生产和维修的平衡
优先安排生产急需，影响产品质量的关键设备；先重点后一般，确保关键设备、大型、精密、稀有设备优先安排；先将历年大修的设备安排好；对连续性或周期性生产设备如热力设备、电力设备应根据特点安排修理计划，修理与生产配合好。设备维修与生产之间必定存在矛盾，具体实施中，将维修计划与生产计划统一协调安排。
（2）维修任务与维修力量的平衡
维修力量指为维修企业设备配备的人员，一般按设备修理复杂系数确定。复杂系数根据企业自行确定，表示设备修理复杂程度的一个数值。如以一台典型设备为参照，规定这台设备复杂系数是100，其他设备与此比较，确定复杂系数。企业根据自身特点，以复杂系数大概确定维修人员。维修人员中还要考虑工种、技能、熟练程度等因素的平衡。
（3）维修内容与维修材料的平衡
维修材料包括加工件、外购件、外协件、备件及各种标准件等，合理安排维修材料，保证维修周期与材料供应间的匹配，减少库存、减少等待窝工，提高维修质量。对大型维修加工件，可在计划中明确设备停机大修前开始加工，委外加工的复杂部件提前与合作单位签订加工合同，提出具体的技术质量要求。
（4）自身维修力量与委外维修的平衡
目前机电设备复杂程度越来越高，社会化的专业服务分工更加细化，专业性设备维修公司能提供周到的维修服务，制定维修计划时，可选择委外维修专业单位，提高维修质量。
委外维修应掌握的原则：对需委外维修的设备，应调研资质、维修专业配备、维修质量、费用、信誉等；优先考虑本系统、本区域专业维修厂、设备制造厂；对有特殊专业要求的委外维修项目，必须选择专业单位，如电梯、起重机械、锅炉等特种设备，不得随意委托维修，承修单位必须获得管理部门颁发的生产、制造、安装、维护许可证；对重大、复杂的设备或项目，通过招标选择委外单位。
4.计划编制应考虑的因素
修理准备与生产间的协调，一般一季度、四季度应尽量减少维修计划；优先安排生产急需的、影响产品质量的设备；周到考虑配套供应，如电力、锅炉热气、循环水等供应，起吊运输设备、场地安排等；注意修理拆卸的原则、工艺，修理拆卸中，坚持能不拆的就不拆、该拆的必须拆，即零部件可不必经过拆卸就达到要求，可不拆，减少维修工作量、节约维修时间、延长零部件的寿命。比如过盈配合的零部件，拆的次数太多会造成过盈尺寸消失，导致装配不紧固；某企业引进设备的大直径液压缸，密封结构没有完整的技术资料，使用30多年一直没有泄漏，就可不拆。但是，对不拆开难以判断技术状态而有可能发生故障的，就必须要拆卸。
5.计划编制与下达
计划编制是将上述各种因素具体化，是修理工作执行的依据和保证。计划编制完成后送生产管理部门、生产车间、机修车间、技术管理部门、质量管理部门、财务部门等征求意见，协调、补充内容，在实施前下达计划。
2.3.2 维修计划的组织实施
1.修理计划的内容
（1）修理技术任务书及工艺规程
技术任务书包括修理内容、技术问题、更换件明细表、主要采购元件目录及材料明细表等。工艺规程包括机械、电气与控制、液压、焊接等专业修理工艺，对于复杂的大部件工艺，可以制定专门的修理工艺。专业分工，技术标准、验收要求等。
（2）维修施工管理
维修施工包括修理前的准备、组织施工及竣工验收。修理前的准备涉及维修计划管理人员、修理主管技术人员、车间设备管理员、备件管理人员、材料与专用工具、管理人员和施工人员等。其中设备部门编制年度维修计划和检修计划；修理主管技术人员负责维修准备工作、编制维修技术文件，技术文件应包括修换件明细表、材料表、修理任务书、修理工艺、试验及验收标准等。
组织施工必须抓好交付修理、解体检查、配件供应、生产调度和质量检查环节。设备交修单见表2-8。
表2-8 设备交修单
竣工验收包括空运行试车检验、负荷试车检验、精度检验等，全部达到要求后，由修理部门、质量部门、设备部门、技术与工艺部门、生产部门和车间等验收，验收后资料整理归档。设备大（项）修竣工验收单见表2-9。
表2-9 设备大（项）修竣工验收单
2.维修方法
（1）部件修理法
以设备部件为修理对象，修理时拆换整个部件，将部件解体、配件装配和制造等安排在部件拆换后，可大大缩短修理停机时间。部件修理法需一定的备品备件储存，材料压库占用流动资金。
为便于修理，需将设备部件设计成“标准结构件”“标准零件”，拆卸、更换都很方便。这种方式适合于拥有数量较多的同类型设备企业。
（2）分部修理法
某些设备生产任务重，很难安排足够时间修理，可采用分部修理法。设备各个部件不在同一时间内修理，而将设备各个独立部分，有计划、按顺序分别每次修理某一部分。项修可以在避开生产高峰时修理，提高设备利用率。此方法只适于在构造具有独立部件的设备，修理时间长的设备，如组合机床等。
（3）同步修理法
生产过程中，工艺上相互联系的多台设备，如生产线中独立的单机、主机和辅机等，实现修理同步化，减少分散修理的时间。
2.3.3 阅读资料
1.设备故障诊断技术分类
（1）按照诊断目的、要求和条件分类
1）功能诊断和运行诊断。前者主要针对新安装设备或刚维修的设备；后者更多是起到状态监测的功能。
2）定期诊断和连续监测。前者指间隔一段时间后对服役中设备或系统进行一次常规检查和诊断；后者是对设备或系统的运行状态进行连续的监视和检测。
3）直接诊断和间接诊断。前者直接根据关键零部件状态信息确定所处状态，如轴承间隙、齿面磨损，直接诊断迅速可靠，但受机械结构和工作条件限制而无法实现；后者通过设备运行中的二次效应参数间接判断关键零部件的状态变化，多数二次效应参数属于综合信息，因此在间接诊断中出现伪警或漏检的可能性会增加。
4）在线诊断和离线诊断。前者对现场正在运行的设备自动实施实时监测和诊断；后者利用磁带记录仪等设备将现场状态信息记录后，回实验室再结合诊断对象的历史档案进一步分析诊断或通过网络进行诊断。
5）常规诊断和特殊诊断。前者在设备正常使用的诊断，大多数诊断属这类型，但个别情况下需创造特殊服役条件采集信号，如动力机组启动和停机过程要通过转子的扭振和弯曲振动的几个临界转速采集启动和停机中的振动信号，必须停机诊断，所要求的振动信号在常规诊断中采集不到，因而需要采用特殊诊断。
6）简易诊断和精密诊断。前者由现场操作人员听、摸、看、闻等检查，也可通过测振仪、声级计、工业内窥镜、红外线测温仪等便携式简单诊断仪器，对设备监测，根据设定标准或经验确定设备所处的状态；后者由专业人员采用先进传感器现场采集，再进行精密诊断仪器和先进分析手段综合分析，确定故障类型、程度、部位和产生故障原因，了解故障发展趋势。
（2）按诊断的物理参数分类
技术诊断的物理参数是噪声、瞬态振动及模态参数；声学诊断技术的物理量参数是噪声、声阻、超声及发射等；温度诊断技术的物理量参数是温度、温差、温度场及热像等；污染诊断技术的物理量参数是气、液、固体的成分变化，泄露及残留物等；无损诊断技术的物理量参数是裂纹、变形、斑点及色泽等；压力诊断技术的物理量参数是压差、压力及压力脉动等；强度诊断技术的物理量参数是力、转矩、应力及应变等；电参数诊断技术的物理量是电信号、功率及磁特性等；趋向诊断技术的物理量是设备的各种技术性能指标；综合诊断技术的物理量是各种物理参数的组合与交叉。
（3）按照诊断的直接对象分类
机械零件诊断技术的直接诊断对象有齿轮、轴承、转轴、钢丝绳、连接件等；液压系统诊断技术的直接诊断对象有泵、阀、液压元件及液压系统等；旋转机械诊断技术的直接诊断对象有转子、轴承、叶轮、风机、泵、离心机、汽轮发电机组及水轮发电机组；往复机械诊断技术的直接诊断对象有内燃机、压气机、活塞及曲柄连杆机构等；工程结构诊断技术的直接诊断对象有金属结构、框架、桥梁、容器、建筑物、静止电气设备等；工艺流程诊断技术的直接诊断对象有各种生产工艺过程；生产系统诊断技术的直接诊断对象有各种生产系统、生产线；电气设备诊断技术的直接诊断对象有发电机、电动机、变压器、开关电器等。
2.典型测量法
（1）振动测量法
1）振动的分类。振动分随机振动和确定性振动。确定性振动是振动和时间的关系能用确定的函数描述的振动，常见的确定性振动是周期振动，周期振动又分简谐周期振动和复杂周期振动。如振动和时间的关系不能用一个确定的数学函数来描述，是随机振动。如汽车在一条凹凸不平的道路上行驶，是随机振动。
简谐周期振动是振动只含有1种频率；复杂周期振动中含多种频率，其中任意2种频率之比都是有理数，即任意两种振动的周期都有1个最小公倍数。
非周期振动包括准周期和瞬态振动。前者是包含多种频率的振动，其中至少两个的振动频率之比为无理数，即两者无公共周期。后者可以用脉冲函数或衰减函数描述的振动，如爆炸产生的冲击振动。
2）振动的基本参数。振幅、频率和相位是振动的基本参数，可以通过这三个参数描述，函数为
x（t）=Asin（2πt/T+ϕ）=Asin（2πft+ϕ）=Asin（ωt+ϕ）
式中 x（t）为振动位移函数；t为时间；A为振幅；T为振动周期；ω为角频率；ϕ为初始相位角。
振幅表示振动体（或质点）离开其平均中心的幅度，可用峰值、有效值、平均值等表示；频率是每秒振动的次数，单位为次/s，振动体每振动一次所需的时间称周期T。只要确定出振动的主要频率成分及幅值，就可以找出振源；相位表示振动部分对于其他振动部分或其他固定部分处于何种位置关系，相同相位的振动可能引起合拍共振，产生严重的后果，如相位相反，可能引起振动抵消，起到减振作用。
3）常用的测振传感器
①压电式加速度传感器。有些晶体能产生压电效应，即某种晶体在一定方向上受力产生变形时，内部产生极化现象，在两个表面上产生相反的电荷；当外力去除以后，又恢复到不带电状态。按照此效应原理制成压电式加速度传感器。压电晶体输出的电荷与振动的加速度成正比。压电式加速度传感器常见的结构形式为中心压缩式，分正置压缩式、倒置压缩式、环形剪切型、三角形剪切型等，包括压紧弹簧、质量块、压电晶片和基座等基本部分，压电晶片是加速度传感器的核心。压电式加速度传感器属于能量转换型传感器，电荷产生不需外接电源，灵敏度高且稳定，线性好。压电式加速度传感器因为没有移动元件，不会因为磨损而降低寿命。此外，压电式加速度传感器使用的上限频率随其固定方式而改变，最佳固定方式是钢螺栓固定。
②磁电式速度传感器。利用电磁感应原理，将振动速度转为线圈中感应电动势。测振时，传感器固定或紧压在被测设备的指定位置，磁钢与壳体一起随被测系统的振动而振动，线圈和磁场之间产生相对运动，切割磁力线而产生感应电动势，输出与振动速度成正比的电压。工作时不需外加电源，直接从被测对象吸取机械能量，并将其转换成电量输出。
③电涡流位移传感器。基于金属体在交变磁场中的电涡流效应工作，测量时，将传感器顶端与被测对象表面间的距离变化转换成与之成正比的电信号。此传感器必须借助电源才能将振动位移转变为电信号，属于能量控制型传感器。非接触器式测量，线性范围大、灵敏度高、频率范围宽、抗干扰能力强、不受油污等介质影响。广泛用于测量汽轮机、压缩机、电动机等旋转轴系的振动、轴向位移、转速等。
4）异常振动分析方法。一般有振动总值法、频谱分析法和振动脉冲测量法。振动总值法对照“异常振动判断标准”，判别实际测量值是否超过规定值，评价设备工作状态是否正常。振动值可用加速度、速度或位移表示，通常用振动速度。频谱分析法一般用振动总值法判别整机或部件的异常振动，但要进一步查出异常原因和位置，需对振动信号进行频谱分析。
振动脉冲测量法是专门用于诊断滚动轴承的磨损和损伤故障诊断的方法。滚动轴承失效时，滚道产生点蚀、剥落等缺陷，使轴承内、外环上出现凹痕，每当凹痕与滚珠接触时，都会发生一个冲击力，虽增加了振动的有效值，但影响最大的是峰值。冲击脉冲波经设备本体传至压电式传感器，传感器输出的信号峰值基本上只与脉冲波的幅值有关，对其他因素而言并不敏感，因此当测量系统对冲击效应进行放大时，不会受普通机器振动的影响。利用这一特点，计算实际冲击水平与正常冲击水平之差，可判断轴承性能的好坏。
（2）噪声测量法
1）噪声测量的主要参数。噪声测量时，常用声压级、声强级和声功率级表示其强弱，也可用人的主观感觉度量，如响度级等。声压是声波传播时，空气质点随振动所产生的压力波而引起的压强增量。仪器检测的声压为有效声压，是声压的方均根；声强是单位时间内，通过垂直于传播方向上单位面积的声波能量；声功率是声源在单位时间内辐射出来的总声能。
人耳感觉到的声音强弱与声压、声音频率有关，如频率为1000Hz、声压级为40dB的声音，听起来与频率为30Hz、声压级为75dB的声音一样“响”。要确定噪声的响度，选用频率为1000Hz的纯音作为基准音，纯音是只有一种频率的声音，调节1000Hz纯音声压级，使它和所要确定的噪声听起来有同样的响度，该噪声的响度就等于这个纯音的声压级（dB）值。
2）噪声测量仪器。传声器是噪声测量中最常使用的，将声能转为电能。根据膜片感受声压情况，传声器分压强式、压差式和压强压差组合式，噪声测量中通常使用的是压强式传声器。
根据膜片振动转换成电能方式的不同，传声器分为电容式、压电式和动圈式，电容式优点较多，一般常用在精密分析仪器和标准声级计中；压电式性能稍差，用在普通声压计中；动圈式基本不用了。
电容式传声器的基本结构是一个电容器。电容式传声器属于能量控制型，需外接电源。灵敏度高、动态范围广、输出特性稳定、对周围环境的适应性强，在很大温度范围和湿度范围下性能变化小，外形尺寸比较小。
压电式传声器由具有压电效应的晶体完成声电转换，属能量转换型传感器。结构简单、成本低、输出阻抗低、电容量大、灵敏度较高，但受温度、湿度影响较大，主要用在普通声级计中。
声级计是噪声测量中使用最广泛、最简单的仪器，可用来测量声级，还能与各种辅助仪器配合频谱分析、记录噪声的时间特性和测量振动等。
按照规定，使用声级计时，每次测量开始和结束时要校准，两次差值不应大于1dB。使用的校准方法有活塞发生器校准法、扬声器校准法、互易校准法、静电激励校准法、置换法等，活塞发生器校准法最常用、最简单。
3）故障的噪声识别法。只有噪声超过一定范围时，才能判断可能发生故障。根据噪声信号的特征量限制，作为有无故障的标准。对噪声信号的变异和程度进行判断，有绝对标准、相对标准和类比标准。绝对标准中，对测量的噪声信号的特征量值与标准特征量值进行比较；相对标准中，对测取的噪声信号的特征量值与正常运行时的特征量值进行比较；类比标准中，对同类设备在相同工况条件下的噪声信号的特征量值进行比较。
（3）温度测量法
温度测量法是利用温度测量的方法，对机械设备或设备上某部分的发热状态监测，以此判断设备的运行状态和故障程度。温度测量法是故障诊断中的实用有效的诊断方法，温度监测约占工业检测总数的50%。
1）接触式测温。接触式测温是测温元件与被测对象直接接触，通过热交换进行测温的方式。主要包括膨胀式温度计、热电阻式温度计、热电偶式温度计。
膨胀式测温常见有水银、双金属、液体、气体等方法，基于物体受热时产生膨胀的原理，分液体膨胀式和固体膨胀式。膨胀式温度计种类多，可分液体膨胀式玻璃温度计、液体或气体膨胀式压力温度计及固体膨胀式双金属温度计。
铂、镍、铜以及半导体等热电阻式的材料电阻随温度变化而变化，利用这个特性，可以将温度转换成为电量。热电阻式温度计就是利用材料的电阻率随温度的变化而变化的特性，与电桥相配合，将温度按一定函数关系转换为电量测温。
热电阻式温度计有金属热电阻温度计和半导体热电阻温度计。常用的金属热电阻有铂热电阻、铜热电阻、镍热电阻等，有普通型热电阻和铠装热电阻。
工业用普通热电阻外形结构与普通型热电偶的外形结构基本相同，热电阻由引出线、热电阻丝、骨架、保护云母片和绷带组成。铠装热电阻体积小、响应速度快、耐振、抗冲击，感温元件、连接导线及保护管套全封闭并连成一体，使用寿命长。
半导体热电阻材料是将各种氧化物如锰、镍、铜和铁的氧化物按比例混合压制而成。测温范围-100～300℃，电阻温度系数大、电阻率高，感温元件体积小，可做成片状、棒状和珠状，可测空隙、腔体、内孔等处的温度。但性能不够稳定、互换性差，应用受限制。
热电偶式温度计材料包括镍铬-铜，镍铬-镍硅、铂铑-铂等。热电偶由两根不同材料的导体A、B焊接而成。焊合的一端T为工作端（热端），插入被测介质中测温，连接导线的另一端To为自由端（冷端），若两端所处温度不同，产生的热电动势由仪表指示。热电偶的热电动势与热电偶的材料、两端温度T、To有关，与热电极长度、直径无关。在冷端To不变，热电偶材料已确定时，热电动势是被测温度的函数。实际使用的热电偶分普通热电偶、铠装热电偶和薄膜热电偶等。普通热电偶的结构外形有多种形式，但其基本结构均由保护套管、热电极、绝缘套管和接线盒等主要部分组成。
由于感温元件与被测介质直接接触，接触式测温仪表的测温精度相对较高、直观可靠，且价格较低；但感温元件与被测介质直接接触，影响被测介质的热平衡状态，而接触不良则会增加测温误差，如被测介质具有腐蚀性或温度太高，也将严重影响感温元件的性能和寿命。
2）非接触式测温。非接触式测温是测温元件不与被测对象直接接触，而通过接受被测物体的热辐射能实现热交换，据此测出被测对象温度的测温方式。
辐射高温计习惯上也成全辐射温度计，是根据全辐射定律，基于被测物体的辐射热效应进行工作，专指由以热电堆为热接受元件的辐射感温器与电压指示或记录仪表构成的温度测量仪表。灵敏度高、坚固耐用，可测较低温度，但测量易受环境中水蒸气、CO2的影响。
光学高温计是在确定波长下，根据M.普朗克定律通过测量单色辐射强度即单色辐射亮度测温。光学高温计发展的最早，应用最广，结构简单、使用方便、测温范围700～3200℃，常用于测量高温炉窑。
比色高温计是通过测量热辐射体在两个或两个以上波长的光谱辐射下的亮度之比测量温度，准确度高、响应快、可测量小目标，适用于冶金、水泥、玻璃等行业，常用于测量铁液、熔渣及回转窑物料温度等。
红外线测温仪由红外探测器、红外光学系统、信号处理系统及显示系统等组成。光学系统汇聚其视场内的目标红外辐射能量，红外能量聚集在光电探测器上转变为相应的电信号，该信号再经换算转变为被测目标的温度值。
按照辐射响应方式不同，红外线测温仪分光电探测器和热敏探测器。红外线测温仪有红外测温仪和红外热像仪。红外测温仪最简单，品种多、用途广泛、价格低廉，用于测量物体“点”的温度；红外热像仪由光学与扫描系统、红外探测器、视频信号处理系统、显示器等组成，通过红外热像仪可以把被测物体发出的红外辐射转换成可见图像，称热像图或温度图，通过对热像图的观察和分析可以测量温度在物体表面或空间的分布情况。测温方法简单、直观、精确、有效，且不受测温对象的限制，应用广泛。
通过测温，可发现轴承损坏、流体系统故障、发热异常、污染物质积聚、保温材料损坏、电器元件故障、非金属部件故障、机件内部缺陷、裂纹探测等问题。
（4）裂纹的无损探伤法
裂纹是机器零部件最严重的缺陷，可能在原材料生产、零部件加工及设备使用等各个阶段产生。在本书的适当章节中介绍。
课堂练习
（1）如何了解设备的运行状况？建议在实习场所或车间，对某一设备进行调研，确定设备的运行状况。
（2）如何编写设备的大修计划？
（3）如果有条件，对某一具体的设备大修编写计划。
（4）大修实施中，针对某一具体的设备，修理计划应当包括哪些内容？
（5）简单叙述大修中的维修方法。