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上海电气倪黎:可靠性设计在产品全生命周期中的应用

放大字体  缩小字体 发布日期:2017-12-22  浏览次数:49  
核心提示:上海电气风电集团有限公司机械室主任倪黎出席会议并发表了题“可靠性设计在产品全生命周期中的应用”的主旨演讲。
  12月21日-22日,由中国可再生能源学会风能专业委员会主办的第二届风电设备质量与可靠性论坛在北京裕龙国际酒店隆重召开。
  
  上海电气风电集团有限公司机械室主任倪黎出席会议并发表了题“可靠性设计在产品全生命周期中的应用”的主旨演讲。
  
  以下为发言内容:
  
  倪黎:尊敬的各位领导、可靠性行业的专家们,风电行业的同仁们大家下午好。我今天应该是最后一个主讲,经过一整天的会议,大家已经疲惫了,我讲的快一点,比较接地气一点,今天我所分享的是我们在过去一年多的时间里所做的实践和探索,我们想通过可靠性的拿来主义,可靠性技术的应用切实提高产品的可靠性和提高产品的质量。
  
  首先为什么提全生命周期,如果对一个单机的物料成本来讲我们做可靠性分析,可靠性设计,会因为我们的设计增加物料成本,如果放眼于全生命周期来说,不但能提升全生命周期的发电量,达到LCOE的提升。我们知道做可靠性设计离不开三个方面的保证,有可靠性的技术、可靠性的资源、可靠性的流程。这三大块内容如果放到全生命周期的环境下,对于它本身来说这三个部分其实是一个完整的系统工程,而且这个系统工程和整机是相匹配的,对于我们来说我们要做的就是把系统工程给拆分或者说给细化,细化到全生命周期中去。因此对我们的全生命周期进行大致的划分,分为产品的开发阶段以及产品的运营阶段,我们知道大家很熟悉十倍理论,如果想有效提高可靠性,在设计的初期投入要比在设计中期和后期同等的投入带来的收益高的多。我们过去一年侧重点放在产品的开发中去,其实在上海电气已有的产品开发的成功,我们所谓的PDP流程,这个流程本身思想就是IPD,在原有的IPD的流程中,我们已经引入很多可靠性的思想和可靠性技术,初期引入外部环境和需求分析,在我们看来可靠性就是一个质量和时间的叠加,因此我们要做的就是把这些给串联起来,串成一个动态的轴。
  
  因此,可靠性设计称为DFR,有五个步骤可以嵌入到我们的IPD里面去,为了更好嵌入,把DFR进行分解,分成定量分析和定性分析,定量分析包含了基准分析、可靠性模型、可靠性分配和可靠性指标,定性分析有风险分析,风险防范措施,最后通过时间验证防范措施的有效性,并且指标会直接给行业试验或者可靠性试验作出明确的目标,彼此一个迭代。基于这样的想法,首先是看定量分析,定量分析的基准,基准分析其实刚才也提到了,基准分析很重要,如果基准找不对,可靠性的路就走偏了,对于基准分析我们在过去一年花了很大精力,对于整个数据平台,数据分散在各个业务部门,业务单元也分散在不同的阶段,我们尝试做了很多标准化的关联,数据的选择,所有数据集成到一起,把这个系统的数据导入到风云系统中,整合在一起形成大的数据库。风云2.0的系统中把可靠性单独作为一个模块罗列出来,这个模块会对于数据有一个初步的分析,便于可靠性工程师和部件工程师拿过来进行分析。
  
  我们要选什么样的数据?刚刚提到了很多可靠性评价指标,我觉得可靠性的评价指标每个评价指标都是有本质意义的,并且他们之间相互联系,相互互动,MTBF可以作为一个指标来看,我们要进行对标,去年整机厂发布很多产品,标准的选择可以不一样,有可能完全不一样,有可能不完全一样,所以我们用我们的方法进行了一个定义,我们定义为三个阶段,一个是可以自己远程启动复机,第二是本地启动复机,第三是维修后复机,如果对整机的可靠性或者影响来说,可能第三个整机影响更大。这个对于我们提到另一个可靠性指标,就是平均维修间隔时间,我们要开发新的产品,基于这个产品的前续产品作为一个参考产品,从数据库中提取MTBR相关的数据,得到了按不同的阶段去区分的频次,这就是要做产品开发可靠性目标最基本的基准目标,接下来就是可靠性模型的搭建,可靠性的模型无外乎就是串联模型和并联模型,我们刚开始做机组的时候,有很多模型,有很多块,大的系统,还有并联的设计,需要有更好的可靠性。目前大部分应该都是不管是一级系统还是二级系统,都是相对串联的过程,这样就比较容易了,算起来比较容易。对于串联的模型,可以有一个初分,通过专家系统对于初分的分配进行验证或者是修正,黄色的是可靠性专家系统的分析,绿色是从高到低的排序。
  
  大家可能会比较奇怪,我们目标怎么定出来的,我相信不同整机厂有不同的方法或者手段,我们希望IPD的理念,是从真正的客户端,环境端包括竞争对手的数据确定最终的目标,这个目标是我随便写的,没什么参考意义。定量设计完成之后一个定性设计,定性主要基于风险的分析,我们之前做PDP定性的设计相对于比较散,没有系统串联,如果说对于现在要做的,现在做的其实就是把风险的来源进行梳理,首先一个来源就是计算风险,平台上原先发来的问题,另外一个就是新风险,新产品变更设计带来的风险,把有风险的部件进行罗列,通过一系列的评价指标,把风险进行量化,最终会得到我们认为风险比较高的部件,会作为重点防范的对象,重点防范的对象中,我们运用比较熟的就是FMEA工具,最终输出是需要的成果。
  
  回到五步法,在尝试的过程中我们发现很多时候很容易变成表格工具或者表格工作,这样本身系统性相对比较差的,我们的做法是我们提出结构化FMEA,结构数的细分,对每个系统单元进行功能网的展开,对功能网进行失效网的关联和展开,进行相对比较立体的链,这个模型能很大程度上去把分析做的更有系统性,如果取一个截面,每一个单独的截面拎出来的系统单元或者系统就是FMEA对应的表格,这个表格相对比较独立,可以放在模块化中使用。这是一方面。另一方面就是失效网,失效网会得到故障数的问题,会指导我们对故障的知识库,这个东西确实帮助非常大,在我们的实践过程中。
  
  最后一个定性分析就是可靠性试验,从部件到部件某个方面到最终子系统,是成V字模型的,但是值得一说的是海上机组,很多试验没法体验的,对于大容量的我们放在HALT平台,我加上载荷,能试出最薄弱的零部件,这是HALT的试验方法。但是如果把大的试验平台再细分再拆分,对于每一个零部件我们可以做更为细致的试验,我想在这个基础上就是比较集成的设计试验平台,而且海上机组需要这么一个试验平台的。刚才提到的都是我们在第一阶段做的一些方法或一些试验、一些努力,第二个阶段产品运营中,我们也做了一些可靠性的尝试,我们提了一个RCA流程,运行过程中发现故障,我们进行罗列,来解决故障拿出分析的流程,由可靠性工程师牵头,组织部件的工程师或者是专家级工程师来参与,最后形成一个范围,从范围里形成攻关的小组或者攻关的项目来做。
  
  核心思想就是DMAIC模式,下面拿一个故障做一个案例进行分解,这个案例选取比较小的案例,某一个风速风向仪,通过不同厂家故障的分布,道不同类型的故障的分布,首先选定对象,我们要关联的业务的部门哪些人做这个项目,最后就是关联的指标,我们提的指标30%。第二个阶段是测量阶段,测量阶段我们要考察母测量系统,母测量系统就是需要提前做的环形风洞的试验,对测试系统进行了分析和判断,首先对重复在线性的分析,通过对波动性的分析,可以看到波动性的分析,我们选取几个比较有特征的分析点,整个测试系统的波动性的存在问题的。
  
  过程能力指数Cpk是可以满足要求的,我们主要是针对波对性的改进。第三点就是分析阶段,分析阶段其实要做的工作首先是测风仪工作流程图及边界图,主要模块功能分析,得到最大故障树,也得到最根本影响的因素和原因,我们进行划分,得到最小割集的重要事件,得到最终的评分,我们要重点跟踪的影响事件。第四个环节就是改进阶段,我们提出改进方案,改进方案的实施,我们选出了要重点跟踪的一些点,一些重点将近的项目,并且在这些改进实施的方案的执行过程中,会做一些相应的方案的追踪,方案的追踪过程中有设计端、测试端,也有从测量系统端。最后就是控制的阶段,对于已经实施的改进方案,我们会从它的工业流程固化包括检验的固化进行控制措施的改进,包括SOP标准化。RCA只是我举的一个小例子,对不同风场我们可以拿这个工具进行使用,进行跟踪,进行处理。
  
  最后总结,去年这个时候是我们第一届质量和可靠性论坛,这个论坛上最后也是发布了一个大会形成的共识或者是一个宣言,就是以共建共担共享共赢这四个原则的发展可靠性的共识,我想对于每一个风电行业的从业者,或者说是每个热爱这个行业的人来说,我们所做的一切是为了让这个产业能更长远的发展。去年一整年的努力,是集中在不同的领域,我今天分享的可能是整机的设计的阶段,其实对于电网,我们都做了探索和尝试,我想我们的尝试相比于航空系统、华为,可能还不够,这也是我们以后持续改进的动力和方向。最后谢谢,我的分享基本结束了,谢谢各位。
 
 
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