Phân tích quá trình hỏng của máy công nghiệp

Bản chất hoạt động và quy trình hỏng của thiết bị

1. Các chức năng và mức độ làm việc

- Chức năng bảo dưỡng bao gồm việc duy trì thiết bị ở trạng thái như ban đầu. Nhờ đó, nó có thể tiếp tục đảm bảo các chức năng yêu cầu.
- Việc bảo dưỡng chỉ có thể thực hiện được khi chúng ta hoàn toàn hiểu kỹ các chức năng của thiết bị.
- Để xây dựng và đưa ra được phương pháp bảo dưỡng thì trước hết chúng ta cần phải hiểu thấu đáo và xem xét một cách chi tiết các chức năng hoạt động của thiết bị.
- Khả năng hoạt động mong muốn liên quan đến các chức năng yêu cầu.  Mối liên quan này phải được xác định một cách chính xác.
- Phương cách xác định các chức năng yêu cầu phụ thuộc vào môi trường và cách sử dụng thiết bị. Công tác sản xuất, chất lượng sản phẩm, dịch vụ khách hàng, tính toàn vẹn của môi trường sinh thái, toàn bộ chi phí vận hành và chi phí đảm bảo an toàn phải được đưa vào xem xét trong quá trình xác định.

Các hư hỏng chức năng

Việc kiểm soát và giảm sự cố đòi hỏi chúng ta phải thực hiện công tác quản lý sự cố một cách hiệu quả. Điều đó lý giải tại sao để quản lý một cách hợp lý các thiết bị đòi hỏi phải chỉ ra được các hư hỏng dễ xảy ra, những rủi ro mà chúng gây ra khi xuất hiện cũng như mức độ ảnh hưởng .

Do vậy cần phải biết:

1. Các chức năng làm việc của thiết bị bị hỏng hóc như thế nào?
2. Nguyên nhân gây ra các hỏng hóc.

Việc chỉ ra được các dạng hư hỏng khác nhau giúp chúng  ta có thể sửa chữa một cách phù hợp và không bị nhầm lẫn trong quá trình xem xét các triệu chứng hỏng hóc. Tiếp sau đó, xem xét tác động của mỗi dạng hỏng hóc.  Nếu sự cố xảy ra, các hậu quả của nó sẽ là gì ? Theo cách đó, chúng ta có thể định lượng được ảnh hưởng của mỗi loại hư hỏng.

2. Các hậu quả do các sự cố gây ra

2.1. Các hậu quả về mặt an toàn

Một trục trặc có thể gây nguy hại đến an toàn cho con người. Nếu ảnh hưởng này là nghiêm trọng, thì khía cạnh này phải được ưu tiên vô điều kiện so với các yếu tố về tài sản cũng như hoạt động sản xuất. Dạng hư hỏng này phải được đánh giá về mức độ cũng như về khả năng xảy ra rủi ro.

2.2. Các hậu quả về môi trường

Những hư hỏng gây hậu quả đến môi trường nếu nó vi phạm những qui định pháp lý đang có hiệu lực thi hành hoặc vi phạm các qui định của công ty.

Các hậu quả trầm trọng về môi trường có thể liên quan đến con người, đến kỹ thuật và tài chính.  Việc đánh giá mức độ nguy hại của chúng tương đương như các hư hỏng liên quan đến an toàn.

2.3. Các hậu quả về hoạt động

Đây là những hư hỏng gây bất lợi cho công tác sản xuất, ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm, và ảnh hưởng đến dịch vụ khách hàng.

Sau đây là chi tiết tính toán chi phí:
1. Các chi phí trực tiếp, bao gồm tất cả các chi phí cho việc khôi phục hoạt động của thiết bị như trạng thái ban đầu.

2. Các chi phí gián tiếp, bao gồm tất cả các hậu quả liên quan đến quá trình sản xuất. Tổng chi phí sẽ được đưa vào ngân sách trong mục ước toán chi phí cho các hư hỏng và kinh phí khắc phục.

2.4. Các hậu quả không liên quan đến hoạt động sản xuất

Các hậu quả này liên quan đến các hư hỏng không phải là an toàn, môi trường cũng như hoạt động sản xuất.  Chúng chỉ gây phát sinh chi phí trực tiếp.

3. Những câu hỏi chính yếu

Chúng ta luôn luôn cần phải biết các hậu quả lớn của mỗi loại hư hỏng và rủi ro có thể có. Câu trả lời sẽ giúp xác định xem cần áp dụng loại hình bảo dưỡng nào.
Nhằm mục đính xác định được hành động cần thiết phải tiến hành, những câu hỏi sau cần được nêu ra và trả lời :

1. Các chức năng cần thiết và các yêu cầu làm việc của thiết bị là gì?
2. Làm thế nào để chúng ta loại bỏ được các hư hỏng?
3. Nguyên nhân của các hỏng hóc là gì?
4. Hậu quả của các hỏng hóc là gì?
5. Chúng ta có thể lập kế hoạch cho cho việc quản lý và phòng ngừa các hư hỏng không?
6. Chúng ta có thể làm gì nếu câu trả lời cho câu hỏi số 5 là không?
4. Các định nghĩa & khái niệm theo tiêu chuẩn
4.1. Hư hỏng
Tuân theo tiêu chuẩn AFNOR X 60-011 :

“SỰ CỐ LÀ SỰ XUỐNG CẤP HAY NGƯNG TRỆ CỦA CÁC CHỨC NĂNG  YÊU CẦU.”

BẢNG 2.1 BẢNG PHÂN LOẠI SỰ CỐ

ĐẦU MỤC	TÊN GỌI	Ý NGHĨA
1	Sự cố
2	Hư hại, báo lỗi, hư hỏng, ngừng hoạt động, …
3	Xuống cấp	Sự cố ngày một tăng
4	Sự cố từng phần	Gây ảnh hưởng đến sự hoạt động
5	Tổng các sự cố	Gây ngừng hoạt động
6	Hư hỏng lớn	Đột ngột và ngừng hoàn toàn
7	Sự cố ngẫu nhiên	Tần suất xảy ra là không dự đoán được
8	Sự cố do hao mòn	Tần suất xảy ra sự cố tăng dần

4.2. Các hành động can thiệp

Sửa chữa tạm thời chỉ có ý nghĩa tạm khôi phục hoạt động trước khi tiến hành sửa chữa chính thức.  Dạng can thiệp này cần phải được thực hiện theo những tiêu chí chặt chẽ:

1. Phải lưu tâm đến an toàn về người và các thiết bị.

2. Đảm bảo chất lượng sản phẩm.

3. Giải pháp tạm thời cho phép tạm ngừng hoạt động.

4. Giải pháp xử lý tạm thời không nên gây ra sự xuống cấp của các bộ phận thiết bị/hoặc sản phẩm, 

Sửa chữa là sự can thiệp cuối cùng trong một thời hạn ngừng sản xuất có thể chấp nhận được. Nếu thời hạn chót cho sửa chữa không thể đạt được đúng như yêu cầu, cần cân nhắc một số khả năng:

1. Sửa chữa tạm thời.

2. Chuyển sang sử dụng thiết bị khác.

3. Làm hợp đồng với thầu phụ.

Một số thiết bị và hệ thống được thiết kế để trong một số trường hợp sự cố vẫn cho phép đặt một chế độ làm việc, đặc biệt trong một khoảng thời gian nhất định trước khi buộc phải ngừng hoạt động.

5. Phân tích sự cố

Việc phân tích sự cố, số lần xảy ra sự cố và hỏng hóc chức năng đôi khi rất khó khăn. Một yếu tố quan trọng cần phải biết là khi nào thì chức năng hoạt động đó được khôi phục. Trong bất kỳ tình huống can

Chu kỳ : 485 ngày + 14 ngày + 1 ngày = 500 ngày

Tổng thời gian bật máy 3000 ngày

thiệp nào, điều quan trọng là giảm tối đa thời gian cần thực hiện công việc

Ở đây xuất hiện khái niệm tính chưa sẵn sàng để hoạt động.

Một khái niệm khác cũng được đưa ra là : M.T.B.F.  (khoảng thời gian trung bình giữa các lần xảy ra sự cố) M.T.B.F. được hiểu như là khoảng thời gian trung bình giữa các lần hư hỏng, và sẽ phải được cộng với thời gian cung cấp bổ sung thiết bị và thời gian sửa chữa hư hỏng. Các thời gian riêng biệt khác cũng cần phải được nêu ra. Tuy nhiên, để đơn giản vấn đề, trong phạm vi trình bày ở đây, ta chỉ tập trung đề cập đến 3 loại thời gian nêu ở trên. 

Ví dụ

Sau đây là số liệu cho hai chi tiết của hai thiết bị, có cùng chức năng như nhau và qui trình sửa chữa là giống hệt nhau:

Máy một

Chu kỳ: 285 ngày + 14 ngày + 1 ngày = 300 ngày

Tổng thời gian bật máy /Chu kỳ làm việc = 3000 ngày / 300 ngày =10

Thời gian đợi (cấp) phụ tùng + Thời gian sửa chữa = ( 14 ngày + 1 ngày) x 10 = 150 ngày

Tính sẵn sàng:  (3000 ngày-150 ngày)/3000 ngày x 100 = 95% 

Máy hai

Chu kỳ : 485 ngày + 14 ngày + 1 ngày = 500 ngày

Tổng thời gian bật máy /Chu kỳ làm việc = 3000 ngày / 500 ngày =6

Thời gian đợi (cấp) phụ tùng + Thời gian sửa chữa = ( 14 ngày + 1 ngày) x 6 = 90 ngày

Tính sẵn sàng:  (3000 ngày-90 ngày)/3000 ngày x 100 = 97% 

Ví dụ này cho thấy rõ ràng rằng thời gian cung cấp bổ sung là rất đáng chú ý.

Nếu trong cả hai trường hợp thời gian cấp bù được đưa về số không, chúng ta thu được kết quả cho khả năng sẵn sàng là 99% cho thiết bị đầu tiên, và 99,8% cho thiết bị thứ hai.

Nếu như tính sẵn sàng tăng thêm 2% thì bản thân nó chưa nói lên được gì nhiều, hãy làm một tính toán về sản lượng do một đơn vị thiết bị được sử dụng tạo ra, sau đó liên hệ với doanh thu. Trừ đi chi phí khấu hao thiết bị, chi phí không trực tiếp liên quan đến sản xuất, chi phí cho sản phẩm không phù hợp v.v… chúng ta sẽ phải quan tâm đến vấn đề này.

5.1.1.1. Liệt kê các sự cố
Theo tiêu chuẩn AFNOR X 60-011, các sự cố có thể được xác định như sau:

Như vậy, chúng ta đã hiểu về khái niệm, và nhờ đó chúng ta có thể xác định được thời gian liên quan đến công tác bảo dưỡng với ba thông số cần thiết cho Công tác bảo dưỡng hiệu quả (AF X 60-015).

Các thông  tin về công việc bảo dưỡng thiết bị cần phải được ghi chép lại. Điều này được thực hiện thông qua 2 dạng:

1. Bảng phân tích sự cố hư hỏng cung cấp các thông tin về chất lượng;

2. Các bảng tổng hợp cung cấp những thông  tin cụ thể và định lượng như : thời gian sửa chữa, các chi phí, ngày tháng …..

Nếu các tài liệu bảng biểu không có, thông tin có thể được tập hợp thông qua phân tích lệnh yêu cầu công việc nhưng sẽ rất khó khăn.

Khi các sự cố và hư hỏng đã được liệt kê, chúng phải được đăng ký và hệ thống hóa, rồi được nhóm lại theo các tính chất hoạt động, dù là thuộc một bộ phận của thiết bị hay một thiết bị riêng lẻ (D.C. động cơ điện).

Tiêu chuẩn AFNOR X 60-510 phân loại các dạng sự cố thành hai nhóm:

1. Các sự cố phổ biến,

2. Các dạng sự cố theo nhóm.

Các dạng sự cố phổ biến

Hoạt động sớm hơn thời gian qui định

Không hoạt động theo đúng thời gian đã định

Không dừng theo đúng thời gian đã định

Sự cố trong khi đang hoạt động

5.2. Phân tích sự cố hư hỏng: Biểu đồ pareto

Việc biểu diễn bằng dạng biểu đồ giúp chúng ta có thể phân tích được số liệu một cách nhanh chóng. Những phân tích đầu tiên giúp chúng ta rút ra được những hư hỏng được gọi là “bên ngoài và không thực chất”. Chúng sẽ được sửa chữa và điều chỉnh lại nếu có thể, nhưng sẽ không được tính đến trong phân tích độ tin cậy. Chúng liên quan tới các lỗi điều khiển, do hỏa hoạn, do ngập lụt,…Đối với những sự cố “bên trong và thực chất” , cần tiến hành phân tích nhằm quyết định xem có phải thực hiện bảo dưỡng hay không?

Phân tích này sẽ dựa trên ba biểu đồ Pareto:

1. Pareto n để xác định độ tin cậy.

2. Pareto t để xác định  mức độ bảo dưỡng.

3. Pareto (n.t ) để xác định khả năng bảo dưỡng có thể .

5.1.1.3. Vòng đời của thiết bị

Tần suất xảy ra sự cố là một hàm của thời gian và sự tiến triển của nó được biểu diễn bằng đường cong

“bồn tắm” nổi tiếng, hay đơn giản gọi là “qui luật Weibull”

Đường cong Weibull chỉ ra ba giai đoạn trong vòng đời của một thiết bị.

1. Giai đoạn trước sự cố được bắt đầu từ lúc khởi động đối với những thiết bị công nghiệp. Đối với các thiết bị điện người ta sử dụng kỹ thuật “lão hóa”. Nhưng đối với hầu hết các thiết bị, quá trình này được theo dõi tại hiện trường bởi những người sử dụng và đúc rút theo các điều kiện cụ thể của chính công ty.

2. Giai đoạn ổn định.

3. Giai đoạn lão hóa

Giai đoạn này sẽ được phân định bởi tần suất hư hỏng không chấp nhận được đối với công ty. Trong hoàn cảnh này cần phải có một quyết định:
  Giảm cấp thiết bị.
  Phục hồi tổng thể cho thiết bị.

Độ tin cậy cho hoạt động phụ thuộc vào tất cả các sự cố kỹ thuật cũng như vào các yếu tố bên trong và bên ngoài công ty. Biểu đồ Ishikawa cho phép có thể tiến hành các phân tích cần thiết.


a. Đo lường một phần m.t.b.f. (và do đó tỷ lệ xảy ra sự cố)

ƛ(t)=1/MTBf 

Tỷ lệ hỏng hóc cho phép “đánh giá” độ tin cậy, phản ánh số lần xảy ra sự cố trong suốt thời gian vận hành.

Đầu mục “các sự cố” chưa bao gồm các hỏng hóc chức năng do:

1. Các lỗi điều khiển do nguyên nhân ngẫu nhiên hoặc do không tuân thủ chặt chẽ các quy trình kiểm soát,

2.Các sự cố tác động từ bên ngoài như hỏa hoạn, ngập lụt, …

Những sự cố này được coi là không cơ bản đối trong phân tích hệ thống

ƛ(t)= Số lượng sự cố / đơn vị sử dụng

Về mặt thống kê, tỷ lệ xảy ra sự cố là khả năng xảy ra sự cố có điều kiện trong một khoảng thời gian Δt đã cho

Tỷ lệ xảy ra sự cố là một hàm nghịch biến cho thấy quan hệ giữa “xu hướng xảy ra các sự cố và tốc độ xuất hiện các sự cố”.

Có hai trường hợp xảy ra:

1. Các bộ phận hỏng hóc được thay thế hoặc được sửa chữa trong khoảng thời gian Δt .

2. Các bộ phận hỏng hóc không được thay thế hoặc sửa chữa trong khoảng thời Δt .

NO = số lượng ban đầu của các thiết bị

NS ( t ) = số lượng thiết bị còn hoạt động tại thời điểm T

NS ( t + Δt)  = số lượng thiết bị còn hoạt động tại thời điểm T + Δt

C ( Δt ) = số lượng các sự cố trong khoảng thời gian Δt

C ( Δt ) = NS ( t ) - NS ( t + Δt)

Kể từ thời điểm thiết bị hỏng được thay thế, chúng ta thu được NS ( t ) = NO. Tỷ lệ sự cố trung bình trong khoảng thời gian Δt được tính:

ƛ(Δt)= C (Δt) / NO (Δt)

* CÁC BỘ PHẬN  HỎNG  HÓC KHÔNG  ĐƯỢC THAY THẾ HOẶC SỬA CHỮA TRONG  KHOẢNG THỜI GIAN Δt

Trong trường hợp này NS ( t ) sẽ khác với NO. Tỷ lệ sự cố trung bình sẽ bằng:

ƛ(Δt)=  (NS ( t ) - NS ( t  + Δt )) / (Ns (t) * Δt)

Ví dụ:

1. Các bộ phận hỏng được thay thế hoặc sửa chữa.

Một đội xe có 70 chiếc, giả thiết có 41 bị hỏng trong giai đoạn đồng hồ chỉ cây số đạt tới giữa 80,000 và 90,000 km.

Tỷ lệ xảy ra hư hỏng là bao nhiêu?

Δt= 90 000 km - 0 000 km = 10 000 km

ƛ(Δt)= 41 sự cố hư hỏng / ( 70 phương tiện x 10 000 km) = 5,85 x 10^-5 sự cố trên km

2. Các bộ phận bị hỏng không được thay thế và sửa chữa.

Một nhóm 50 van điện có với 8 lần đẩy trên phút. Vào cuối giờ thư 50, còn  33 chiếc làm việc. Vào cuối giờ thứ 60, 27 chiếc còn làm việc. Tỷ lệ xảy ra hư hỏng là bao nhiêu trên một giờ? Trên một lần đẩy?

b. M.T.B.F. và việc sử dụng nó
Khoảng tin cậy của M.T.B.F.
Theo qui luật số mũ, sẽ dễ dàng trực tiếp suy ra được M.T.B.F. từ tỷ lệ hư hỏng của một đơn vị thiết bị hoặc một bộ phận thiết bị đang hoạt động.
Chúng ta nhắc lại rằng M.T.B.F. là  thời gian trung bình giữa các lần hỏng. Nó không phải là một khoảng thời gian cố định. Từ đó không thể căn cứ vào M.T.B.F.  thiết lập một yêu cầu thay thế thiết bị một cách hệ thống theo chu kỳ cho các hoạt động bảo dưỡng phòng ngừa.

Chu kỳ này sẽ hoặc là quá ngắn hoặc là quá dài. Trong mọi trường hợp nó sẽ làm tăng chi phí. Điều đó giải thích tại sao cần phải xác định “khoảng thời gian tin cậy” cho M.T.B.F., chẳng hạn, để cho “thời điểm nhỏ nhất θi” và “thời điểm lớn nhất θS” là cố định. Theo cách đó, khả năng M.T.B.F. nằm giữa θi và θS được
thiết lập. Tiếp đó cần xác định các hệ số nhân để giũ cho hai thời điểm trên là cố định.

Trần Đình Huy