1、1,现代设备的TPM管理方法,2,一、TPM模式的概况 二、TPM模式的作用 三、TPM模式的体系组成 四、TPEM的实施步骤 五、设备可靠度的评估方法,3,一、TPM模式的概况,4,1、TPM的基本概念TPM（Total Productive Maintenance ）即“全面生产维修”。一些世界级企业都将TPM视为一种最新和最好的现代管理模式，如戴姆勒克莱斯勒、大众、福特、宝马、邓禄普、摩托罗拉、卡夫、柯达、博世、西门子及其它一些世界级企业已经或正在建立TPM管理系统并取得了很好的成效。TPM被认为是现代企业中一种最具发展潜力的管理模式。,5,2、TPM的发展过程20世纪50年代初日本引进
2、了通用电气公司创建的预防维修体制，并进行了改进和发展，使之更加适应日本企业的实际。日本设备维修协会副主席中岛青一在全日本积极推动TPM，被称为TPM之父。中岛青一首先在Nippondenso公司开展了涉及日常维修工作的TPM的试点，取得了较好的效果，编写了有关TPM的著作，为TPM的发展打下了基础。,6,在日本，企业广泛地开展了TPM活动。一个大型企业的董事长选择自己企业供货商的前提就是必须建立TPM管理系统，而这些供货商又同样要求自己的员工必须掌握 TPM 方法。许多国家的企业纷纷从日本引进TPM模式，并进行了拓展，国际 TPM 协会主席Hartmann所提出并经西方国家企业认可的 TPM定
3、义为：全体员工积极参与下的生产设备整体效率的持续改造（Total Productive Management ）,7,上述定义的核心在于生产设备的整体效率而非 维修，在于全体员工的积极参与而不仅仅是管理人员。TPM体系不仅涉及维护和操作人员，而且还应包括诸如研发人员、采购人员及工长在内的全体员工。之后，西方国家又提出了“全面生产设备管理”TPEM（Total Productive Equipment Management）模式。TPEM模式更注重现实的需求，将生产设备置于优先考虑的位置。,8,3、TPM的核心思想TPM模式实际上反映的是一种企业文化，而这种企业文化的核心就是团队精神，强调的是协
4、作。因此，建立TPM模式，必须首先为全体员工制订适合本企业实际情况的TPM计划，在此基础上根据不同部门的需求再规划出TPM实施进程。TPM模式的引进需要一定的时间、精力和金钱，因而必须取得企业高层的支持才能成功。必须清醒地认识到，在TPM模式取得成效之前，不仅在时间、金钱方面有所消耗，而且企业文化也将发生变化。,9,4、TPM的目标为使生产设备达到并保持最高的生产效率，必须建立一个明确的管理目标，如同质量管理中的零缺陷一样，TPM模式的目标是：生产设备非计划停机时间为零；由生产设备故障引发的产品缺陷为零；生产设备的速度损失为零。,10,5、TPM的组织结构高效率的TPM组织机构是TPM系统取得
5、成效的基本保证。下图是典型的TPM组织结构。,公司TPM委员会,工厂TPM委员会,部门TPM委员会,TPM小组,公司TPM经理,TPM竞赛优胜者,TPM协调人,TPM顾问小组,提交报告,提交报告,培训、支持,提交报告,提交报告,直线部分,职能部分,11,TPM取得成效的关键主要在于TPM项目经理，偶尔也作为TPM项目协调人的身份出现，负责TPM项目的计划与实施。包括人员的培训，项目可行性报告的编制，报告的编写，项目的改进等等。同时还需负责联系并指导各TPM小组的工作，协调维修与生产，TPM组织与管理层之间的关系。,12,二、TPM模式的作用,13,1、保证产品质量在经济全球化的影响下，企业面临
6、着全球范围内的激烈竞争。企业所生产产品即便不出口，也要面临国内相同产品的竞争，在激烈的竞争中，企业必须满足市场不断变化的需求才能求得生存与发展。为此，一些世界级的大企业对产品制订了严格的质量标准，例如摩托罗拉要求自己产品的合格率要求达到99.9996%，换句话说，一百万件产品中仅有四件是废品。,14,把握产品质量的关键是什么？是生产设备！生产一流的产品就必须拥有一流的生产设备。但是如果没有一流的设备管理，那么再好的设备在生产过程中也不可能一直保持良好的状态。对于已经推行质量认证体系（如ISO）的企业,TPM体系的建立相对要简单些，两者体系可以结合起来应用而无须再建立一套新的体系。TPM可以作为
7、广义上的质量体系中的一部分，即生产设备的质量监督体系。,15,2、保证及时生产制（JIT, Just in time）及时生产制是一种极其有效的管理模式，其最大的优势在于可以大大减少企业原料及成品的库存数量及范围。但是及时生产制取决于生产设备的可靠性，如果在及时生产制的实施过程中设备突然失灵将使企业面临极大的损失。现代企业在日趋激烈的市场竞争中必须提高生产率以减少循环时间。对于企业的客户来说，生产时间的减少意味着订单规定的交货时间可以得到保障。而生产设备的故障、空转及自身任何细微的缺陷都将使企业提高生产率的努力落空。,16,及时生产制和减少循环时间可以加速生产循环。在这一方面，调整或准备时间是
8、决定性的，因为这种调整和准备工作将导致停机。早期关于设备生产效率的研究表明，设备总的生产时间中，调整与准备时间要占到50%左右。TPM理念认为这是设备效率最大的损失之一。在尽可能短的时间内更换工具是减少准备时间的一种有效措施。企业界有许多这方面的案例，最初需要一个半小时的准备时间可以被缩减为45分钟乃至10分钟。在理想的条件下，TPM的目标是将这一时间减少至10分钟之内。,17,3、降低生产成本许多企业往往注重制造成本的降低而忽视了通常情况下占生产成本5%15%的维护费用。 降低成本的关键不仅在于费用本身，更为重要的是工业生产发展的趋势。由于自动化、高速化设备以及机器人的出现，单位产品的生产成
9、本不断降低，而另一方面，由于设备维护方面的费用却在不断增加，这是现代设备日趋复杂所导致的结果。TPM不仅能够降低维护费用，而且可以较大的改造生产设备的效率。,18,4、提高设备的生产能力在实际生产过程中，企业的管理人员对自己企业中生产设备的实际利用率、实际有效度及实际性能则未必能够全面了解和掌握。不仅老旧或服役期满的设备如此，一些新的和现代设备常常也存在综合效率低下的问题。 设备备综合效率的低下造成大量可资利用的生产能力的损失，这就相当于许多现有生产设备在无形之中消失了，这样的损失对于企业发展的形象是非常严重的。一些企业，如美国田纳西Eastman公司的经验表明，TPM系统的建立可以在无需投资
10、的条件下较大幅度地提高设备生产能力。,19,5、环保与节能目前，环保已成为日益为人们所关注的问题，相关的法律条款也日趋严厉。设备在提高生产能力，制造更多产品的同时已不再被允许向大气、地表和水中排放工业废弃物，只有经过严格环保认证的设备才可以投入运行。环保问题的另一方面是节能。对于制造业来说，电动机是能耗最多的设备。设备维护中的缺陷是导致电机效率低下的重要原因，企业面临的挑战是怎样才能降低能耗，使设备效率达到最大化。,20,上述几个问题与挑战是所有企业为增强自身市场竞争力所必须面对的问题。而运行良好的TPM系统可以在无需花费太多费用的前提下解决企业所面临的这些问题，改造设备的运行质量和生产效率。
11、据统计，TPM是投资回报率（ROI）最高的。一些世界级大企业（如戴姆勒克莱斯勒、邓禄普）推行TPM管理模式的案例表明，在TPM项目上的投资回报率甚至可以达到200% 400%。,21,三、TPM的体系组成,22,全面生产设备管理TPEM体系由三部分组成：全面生产设备管理自主维修(TPMAM)；全面生产设备管理预防维修(TPMPM)；全面生产设备管理设备管理(TPMEM)。在对设备综合效率进行分析和建立相关目标的基础上，正确运用这三种体系可以加强对设备体系的改进和管理。,23,1、全面生产设备管理自主维修（TPMAM） 1）独立的、自主活动的小组； 2）操作人员的参与； 3）小组成员能力的改善；
12、 4）操作人员的全面聘用。核心是组织操作人员对所操作的设备进行维护和润滑。自主维修活动一般适宜于小范围内进行，即通过若干操作人员组成的TPM小组实施自主维修，这也是自主维修取得成效的重要前提。,24,2、全面生产设备管理预防维修（TPMPM） 1）操作人员参与的预防维修；2）设备的检查；3）预知维修。3、全面生产设备管理设备管理（TPMEM） 1）设备的改进；2）设备损失的分析；3）设备持续改进的工作范围。 将提高生产设备的效率置于优先位置，是一种收益很高、激励性很强的管理模式。,25,4、TPM的体系的选择策略如何合理选择自主维修AM、预防维修PM及设备管理EM体系是建立TPM系统过程中非常
13、关键的问题。在西方企业中，工会组织对TPM的建立往往起到非常重要的作用，其对三种不同的管理体系的影响程度按顺序分别是：设备管理（TPMEM）；预防维修（TPMPM）；自主维修（TPMAM）。,26,这样的顺序安排是基于人们对这种管理体制的理解与看法。没有人会反对设备管理，但是如果从一开始就推行自主维修，就有可能遭到原先与维修无关的操作工人的反对，而且还将遇到不同意将维修职能移交出去的维修工人的阻力。但是如果将维修工人与操作工人混合组成小组，由双方共同承担设备管理的职责，就可以有效地解决这一矛盾，双方都会为共同的目标而协同努力，出现双赢的局面。,27,在新建企业中，建立TPM的重点有所不同。因为
14、在企业投产的初始阶段，对设备没有改进的强烈要求。企业往往希望以自主维修作为TPM管理的起点，这样就可以使新的设备操作人员能树立和保持良好的工作习惯。同时，这样做的好处在于，设备操作人员从一开始就能将自己的注意力集中于所操作的设备，为今后的故障预防打下基础。在新企业中在预防维修体系的支撑下，合理地建立自主维修体系，将使企业的设备保持理想的状态。,28,企业高层管理人员必须能够理解和支持TPM，没有高层管理的介入，TPM系统的建立几乎是不可能的。在建立TPM之初，高层管理人员就应参与起草规划，制定目标，编制TPM发展的战略和战术等实质性的工作。可行性研究对于TPM同样是非常重要的。建立TPM所需的
15、计划，实施效果的评估等都是建立在科学、严谨的可行性研究及好的TPM策略基础之上的。,29,四、TPEM的实施步骤,30,对于大多数企业而言，建立生产设备管理系统 TPEM可以通过以下三个阶段实施：现有生产设备系统的改造；将经改造后的设备管理系统维持在高效及 高有效度的水平上；购置高效及高有效度的新设备。设备管理的每一阶段都包括许多步骤。对于 TPEM系统来说，首先应该将设备性能及有效度 维持在尽可能高的水平，这在TPM体系中是十分 重要的问题。,31,1、设备管理的第一阶段：通过对设备的改进使其达到尽可能高的效率及有效度。第一步：确定现有设备的效率及有效度;第二步：确定设备的实际状态;第三步：
16、已实施的维修信息的采集;对于第一阶段前三步的实施来说，应予优先考虑的是数据的采集、处理。数据是TPM系统可行性研究的重要组成，对于管理决策和TPM项目的成败也是关键的要素。,32,第四步：设备故障损失的分析;通过可行性研究得到的信息和其它数据（如现有的设备失效记录，故障登记表，修理费用，平均故障间隔期MTBF等等）可以被TPM小组用来进行生产设备故障分析。第五步：确定改进设备状态的需求及可能性;按照设备投入产出，生产状况，产品质量提升的需求，设备有效度及其它因素依其重要程度逐项进行分析。,33,第六步：确定设备换装的需求及可能性;对设备换装的必要及可能性进行研究，由专业工程师组成的TPM小组将
17、分析换装过程中可能出现的损失、换装对于设备的必要性，并拟定相应的方案。,34,第七步：按计划实施改进及换装方案;这一过程延续的时间取决于设备的状态、所确定的需求及可能性，可能长达6至18个月。第八步：检查及评估方案实施的效果.生产设备状态改进的效果应通过与其改进前状态的比较而得出，在此基础上再考虑进一步的需求。,35,2、设备管理的第二阶段：保持生产设备的最高效率和有效度第一步：编制设备的维护目录为生产设备确定预防维修的需求。由工程师、维修人员、操作人员组成的小组基于自身经验及设备制造厂商推荐的方案编制和调整设备维护计划。这项工作可以分两种实施方式，第一种由操作人员经培训后进行，第二种则由专业
18、维修人员负责。第二步：编制设备的润滑目录第三步：编制设备的清洗目录,36,第四步：制订设备清洗、润滑及维护的实施方案第五步：编制设备的检查程序第六步：建立包括监督机制在内的预防维修、润滑、清洗和检查体系为了加强维护、润滑、清洗及检查工作的计划、实施和调整，必须编制相关的报表。这些报表包括检查目录，操作规程，工作进度计划，检查报表，相关的工作报告等等。,37,第七步：编制预防维修手册手册应体现TPM模式中的预防维修理念，涉及预防维修策略，维护、润滑、检查程序及组织机构。预防维修目录的编制及应用，操作规程，维修工作进度计划及控制（包括平均故障间隔期MTBF），维修费用及发展趋势等也都属于维修手册的
19、范畴。第八步：按计划实施维护、润滑、清洗第九步：检查和调整相关的计划,38,3、设备管理的第三阶段：筹措效率高，寿命周期费用低的新设备新设备是以高效及寿命周期费用（LCC, Life Cycle Cost）低为前提的。寿命周期费用是贯穿于设备寿命周期的全部费用，分为五个部分：1）设计费用；2）制造费用；3）试运转及故障排除费用；4）设备运转费用；5）维护及修理费用。 为达到LCC最低，有以下实施步骤：,39,第一步：设备技术性能的确定；技术性能主要是指自动化程度、功能及工作周期等项指标以及这些指标对产品的适应程度。第二步：通过操作人员收集现有设备的相关信息；第三步：通过维修人员收集现有设备的相
20、关信息；收集、分析及处理操作与维修人员的操作与维修设备的实际经验及相关工作记录对于新设备的筹措来说都是十分重要的。,40,第四步：对现有设备存在的问题进行排查；使现有设备使用中存在的问题不致出现在新设备中，实现减少或避免损失的目标。第五步：根据新工艺规划设备工程方案：进行此项工作时必须注意方案的安全性及环保性。第六步：编制故障诊断的程序：第七步：编制维修工作的标准和规范：第八步：对维修及操作人员进行早期培训；第九步：新设备的验收。,41,4、TPM实施过程中的人员培训在多数世界级企业中，未经培训，没有设备方面的资质认证和维护方面技能的员工是很难被聘用的。所有的员工都应该接受有关设备及维护方面的
21、基本知识及技能训练。经过基础培训的员工可以获得一级技术工人的资格并可以在今后接受进一步的培训。高一级的培训是专业培训，大多数生产工人必须参加这一级的培训。在专业培训中员工将接受有关设备的专业知识及自己所操作设备的维修技能，为此也需制订专门的计划及进度,42,安排。经专业培训后，员工可获得二级技术工人的资格并获得相应的技能等级证书，薪酬等级也将在培训后得到提高。高级培训班进行的是最高级别的培训，仅有少数员工能参加这一级别的培训。经过培训的员工将获得更高的设备方面的知识和维护技能，成为相关领域的专家。他们将能够编制复杂设备的运行程序，负责设备的工作准备、调试等方面的工作。经上述三级培训的员工将具备
22、不同级别的设备知识及维护技能，在工作中的职能也将有所不同，但是其共同点是都掌握有关设备的基础知,43,识、能熟练地使用各种工具、仪器及仪表。高一级的员工应该能够了解并分析、解决设备运行中的各种问题。最高级别的员工能够编制设备运行程序， 负责实施设备的工作准备、调试等方面的工作。由具备不同知识与技能的员工组成的小组协同工作，这就是TPM全面管理取得成效的原因所在。同时，这也将更加促使员工自主地投入到设备管理工作中。,44,五、设备可靠度的评估方法,45,一、设备的可靠性评价参数,1.可靠度可靠度是零部件、设备或系统在规定使用条件下、在规定时间间隔内完成规定功能的概率。如果用随机变量来表示设备从开
23、始工作到发生故障(或失效)的连续工作时间，用t 表示任意时刻，则设备在该时刻的可靠度R(t)为随机变量大于时间t的概率，即,46,如果，一批设备有个，从开始工作到t 时刻内，有n(t)个发生故障(或失效)，则当足够大时，设备在该时刻的可靠度可以近似地用它的不发生故障(或失效)的概率表示，即(1-2)典型的可靠性曲线如图1-1(a)所示。,47,图1-1 典型的可靠度(a)、故障密度函数(b)、故障率(c)曲线,48,例1 假设有220台内燃机，工作到500h时有20台发生故障，工作到1000h时，总共有106台发生故障,求这批内燃机在500H及1000H的近似可靠度。 解：500H的近似可靠度
24、为 1000H的近似可靠度为：,49,可以看出，设备的可靠度是时间的函数，随着时间的增长，设备的可靠度越来越低，最后可靠度为零。因此，可靠度是一个介于1与0之间的函数，即,50,之所以用概率这一尺度来衡量设备完成规定功能的能力，是因为设备在规定使用条件下和规定的时间间隔内有可能失效或出现故障，也有可能不失效或不出现故障。显然，设备完成规定功能这种事件，是一种随机事件。因此在研究可靠性问题时，用完成规定功能的概率来表示设备的可靠性。,51,2.故障概率密度函数与可靠度对应的有不可靠度F(t)，即 (1-3) 或 (1-4) 对不可靠度F(t)求导,可得故障概率密度函数f(t):(1-5),52,
25、由上式(1-5)可得 (1-6)这样，在实际中，可靠度是由下式求得 (1-7)典型的故障概率密度曲线如图1-1(b)所示。,53,常见的故障概率密度函数有:1)指数型分布2)正态型分布3)对数正态型分布若已知故障概率密度函数及相应的参数，即可求出任一时间的可靠度。,54,3.故障率故障率(t)又称为失效率，是指设备工作到某一时刻时，在单位时间内发生故障或失效的概率。假设有设备N台，工作到t时刻有n(t)台发生故障，工作到t+t时刻有n(t+t)发生故障，则故障率(t)就是设备在t时间内发生故障的概率，即：(1-8) 典型的故障率曲线如图1-1(c)所示。,55,例2 有100台内燃机，在第50
26、H内都没有发生故障，在051H内有一台发生故障， 5152H内有3台发生故障，求内燃机在51H及52H时的故障率。解：内燃机在51H时的故障率为：内燃机在52H时的故障率为：,56,4.寿命特征设备的可靠性也可采用寿命特征来衡量。所谓设备寿命是指设备工作到规定状态的工作期限。内燃机常用平均寿命、使用寿命与可靠寿命等指标。 4.1 平均寿命E平均寿命是指设备的平均故障间隔MTBF(Mean Time Between Failures)，或平均无故障时间。设有N个设备，工作到t1时刻有n1个发生故障，工作到ti时刻有ni个发生故障，共有m组，则平均寿命E为：(1-9),57,例3 调查某内燃机11
27、0台的故障情况，所得到的数据如表1-1所示，求这种内燃机的平均寿命E。表1-1、某内燃机110台发生故障情况调查表,58,解： 该种内燃机的平均寿命为：,59,4.2 使用寿命使用寿命，也称为有效寿命，是设备处于最佳状态的工作时间的长短。在这个时间中，故障率最低，所发生的故障是偶然性的故障。4.3 可靠寿命可靠寿命是指设备的可靠度下降到规定可靠度时，即R(tR)R时已工作的时间tR。常用的可靠寿命有二种指标：中位寿命、特征寿命。,60,(1)中位寿命：可靠度下降到R=50%时的可靠寿命称为中位寿命，以 t0.5 来表示，即 (2)特征寿命：可靠度下降到R=e-1 =0.368时的可靠寿命称为特
28、征寿命，以 表示，即,61,5.维修度维修度是度量维修性的定量指标，是指设备在规定条件下进行维修时，在规定时间内完成维修的概率，以 M(t) 表示。如果用随机变量 T 表示设备完成维修实际所需的时间，用 t 表示任意时刻，则设备在该时刻的维修度 M(t)为随机变量 T 小于或等于 t 的概率: (1-10),62,维修度M(t) 可由维修密度m(t)求得：(1-11) 在实际中，常用平均维修时间MMTR(Mean Time toRepair)来代替维修度，它是指在一个给定时间内，全部故障维修时间之和除以维修工作的次数，即：(1-12)式中：n统计修理次数；ti每一次维修时间。,63,当修理时间
29、服从指数分布时，MMTR也可由下式求出 (1-13)式中： 第i个需修件的故障率；ti 第个i需修复件的平均修理时间；n 需修复件数,64,例4 柴油机某部件由三个零件组成，它们的故障率与平均修理时间服从指数分布，具体数值为： 第一个零件： 第二个零件： 第三个零件： 求平均维修时间MTTR。 解： 根据式(1-13)可得：,65,6、有效度有效度是指设备维持其功能处于正常状态的概率，是可靠度与维修度的综合表现，通常以A(t)来表示。设某设备的使用时间为t0，维修所容许的时间为tm(它远小于t0)，则该设备的有效度、可靠度、维修度分别为A(t)、R(t0)和 M(tm)，它们之间的关系为(1-
30、14),66,图 1-2 有效度与可靠度、维修度的关系由图1-2可见，要得到高的有效度A(t)，可以通过提高可靠度R(t)或者提高维修度M(t)得到。,67,即使可靠度R(t)很低，如果提高维修度M(t)也可以提高所需的有效度A(t)。不过，如果可靠度R(t)很低，就会经常发生故障，从而增加了维修费用。而随着可靠度R(t)的提高，虽然维修费用可以降低，却导致采购费用增加。,68,二、 可靠性参数间的关系,可靠度R(t)、故障密度函数f(t)以及故障率(t)的形态共有三种，如图1-3所示：,图1-3 可靠度、故障密度、故障率的关系(a)递减型 (b)恒定型 (c)递增型,69,1)递减型故障率D
31、FR(Decreasing Failure Rate)递减型是在开始时故障率高，这是因为一些零件开始时容易出故障，随着时间的增加，故障逐渐减少，如图1-3(a)； 2)恒定型故障率CFR(Constant Failure Rate)恒定型故障发生形式是随机的，故障率是常数，这是可靠性的最基本型式，如图1-3(b)； 3)递增型故障率IFR(Increasing Failure Rate)递增型是故障率随时间的增加而逐渐上升，如图1-3(c)。,70,综合图1-3的三种形式，可得图1-4的故障率曲线。图1-4 典型的故障率曲线I早期故障期 II偶然故障期 III耗损故障期,71,1.指数分布特点
32、指数分布是属恒定型故障率CFR的概率分布，故障发生形式是随机的，故障率是常数。故障概率密度函数f(t)为:,三、设备可靠性的指数分布预测法,(2-1),72,图2-1 指数分布的函数（a）故障密度曲线 （b）可靠度函数曲线 （c）故障率曲线,指数分布可靠性参数的关系如图2-1所示。,73,2.指数分布可靠性指标的求解1)可靠度R(2-2)2)平均寿命E (2-3),74,3)中位寿命t0.5令可靠度R=0.5，根据式(2-2) 两边取对数，得：(2-4)4)特征寿命 令可靠度R=e-1 ，根据式(2-2)得：两边取对数，得： (2-5),75,例5.有某型增压器处于使用寿命期中工作，根据以往 经验知道，其寿命服从指数布，由实际统计得知在100H工 内有1发生故障，求可靠度R（2000）及中位寿命。 解：已知F(100)=0.01,则R(100)=1-F(100)=0.99,根 据式(2-2)得: 对上式两边取对数，得: 将故障率代入式(2-2)、(2-4)得:,76,谢 谢 ！,
