《振動噪音科普專欄》機器的故障(fault/malfunction)、失效(failure/breakdown)，有甚麼差異？

這個單元要來探討的主題是：機器的故障(fault, malfunction)、失效(failure, breakdown)，有甚麼差異？

 

破題來看，機器(machine)是一個廣義的名詞，參閱圖片中間上方圖示，一個典型的轉子系統(rotor system)，包含：馬達(Motor)、聯軸器(Coupling)、轉軸(Shaft)、以及兩個軸承(Bearing)。這個轉子系統(rotor system)就是一部機器(machine)。

 

在前一個單元，有介紹：一個典型轉子系統(rotor system)的故障(fault)類型有哪些？那麼失效(failure)是甚麼？故障(fault)和失效(failure)有甚麼差別嗎？這單元就是要來釐清這兩個名詞：故障(fault)和失效(failure)。

 

首先，以大家都熟悉的，一部自行車(bicycle)為例，也是一種機器(machine)。

 

如果說，自行車(bicycle)有故障(fault, malfunction)，例如：輪胎沒氣、輪圈輕微變形、車架生鏽/有裂紋、零組件鬆動、異常聲音、…等。所以，當自行車(bicycle)有故障(fault, malfunction)，還能夠騎乘。

 

如果說，自行車(bicycle)失效(failure, breakdown)了，例如：傳動鍊條斷掉、輪胎變形、輪胎軸承損壞、無法轉向、無法煞車、…等。所以，當自行車(bicycle)失效(failure, breakdown)了，是無法騎乘。

 

由以上舉例說明，自行車(bicycle)的故障(fault, malfunction)和失效(failure, breakdown)，應該可以體會故障(fault)和失效(failure)兩者的差異。

 

那麼機器(machine)的故障(fault)和失效(failure)的差異呢？分別說明如下：

 

1.      故障(fault, malfunction)：機器(machine)有Fault，仍能夠維持既有功能(function)運行。但是，機器有潛在的問題，如：defect缺陷、damage損傷、degradation劣化。

2.      失效(failure, breakdown)：機器(machine)有Fault，導致Failure，已經喪失既有功能(function)，機器(machine)無法運行了，即是Functional Failure功能失效。

 

一部機器(machine)的運作，從正常(normal)到失效(failure)的過程，可以概分如下：

 

1.      正常 Normal：一部新的(new)、大修後(overhauled)的機器(machine)，初始運作應該都是正常的。

2.      故障 Fault：機器(machine)運行一段時間，可能會出現故障(fault)，當然就要維修(maintenance)，排除故障(fault)，以確保機器(machine)的正常運轉。

3.      劣化 Degradation, Deterioration：機器(machine)除了無可避免的老化(aging)之外，如果出現故障(fault)，可能是未察覺、或未處理排除故障(fault)，機器(machine)將會逐漸劣化(Degradation)。

4.      失效 Failure：當機器(machine)逐漸劣化(Degradation)到一個臨界點，可能造成損壞(breakdown)，導致機器(machine)喪失既有功能(function)，無法運行了，即是Functional Failure功能失效。

 

因此，可以認知，機器(machine)的維護/維修保養(maintenance)是很重要的。所以，有透過振動監測(vibration monitoring)、預知保養(predictive maintenance, PM)、安全評估(safety evaluation)等措施，進行機器(machine)的維護/維修保養(maintenance)。

 

機器(machine)的維護保養(maintenance)的重要工作理念：就是在機器(machine)的 Fault 階段發現問題，避免演變成機器(machine)的 Failure。

 

參閱圖片右下方圖示，是澡盆曲線(Bath Tube Curve)，水平軸線：代表機器壽命(Machine Life)。垂直軸線：代表機器(machine)的故障率(Fault Rate)、或是機器(machine)的失效風險程度(Failure Risk)。

 

澡盆曲線(Bath Tube Curve)，可以概分三個時期，簡要理念說明如下：

 

1.      嬰兒早夭期(Infant Mortality)：一部新的(new)、大修後(overhauled)的機器(machine)的初始運作，也可以說是磨合期(Break-in period)。此時期，澡盆曲線往下走，代表Decreasing Fault Rate故障率逐漸減小，隱含著失效風險程度(Failure Risk)也逐漸減小。

2.      正常運轉期(Normal Operating)：機器(machine)可能會有隨機型的故障(fault)，但是，透過適當的維護保養(maintenance)，通常都可以順利排除，維持穩定的、低的故障率(Fault Rate)、或是失效風險程度(Failure Risk)。

3.      磨損期(Worn Out)：機器(machine)可能老化(aging)，或是卻乏適當維護保養(maintenance)，出現不預期的故障(fault)。此時期，澡盆曲線往上走，代表Increasing Fault Rate故障率逐漸增大，失效風險程度(Failure Risk)也增大。如果，沒能夠適當的偵測(detect)、診斷(diagnosis)、矯正(correct)故障(fault)，故障(fault)將持續發展，最終，將導致機器(machine)的失效(Failure)。

 

振動監測(vibration monitoring)、預知保養(predictive maintenance, PM)、安全評估(safety evaluation)等措施，在磨損期(Worn Out)尤其重要，可以及早發現、及早改善，才可以延長機器的壽命(Machine Life)曲線。

 

綜合這個單元的討論，機器(machine)的故障(fault, malfunction)、失效(failure, breakdown)，這單元就是要來釐清這兩個名詞：故障(fault)和失效(failure)。總結如下：

 

1.      在前一個單元，有介紹：一個典型轉子系統(rotor system)的故障(fault)類型有哪些？那麼，進一步思考：失效(failure)是甚麼？故障(fault)和失效(failure)有甚麼差別嗎？

2.      以大家熟悉的自行車(bicycle)為例，說明：自行車(bicycle)有故障(fault, malfunction)：還能夠騎乘，和自行車(bicycle)失效(failure, breakdown)了：無法騎乘。可以體會故障(fault)和失效(failure)兩者的差異。

3.      機器(machine)的故障(fault)和失效(failure)的差異呢？機器(machine)有Fault：仍能夠維持既有功能(function)運行。機器(machine)會Failure：機器(machine)無法運行應有功能(function)，即是Functional Failure功能失效。

4.      一部機器(machine)的運作，從正常(normal)到失效(failure)的過程，可以概分如下：(1) 正常 Normal，(2) 故障 Fault，(3) 劣化 Degradation, Deterioration，(4) 失效 Failure。

5.      介紹了機器壽命(Machine Life)的澡盆曲線(Bath Tube Curve)基本概念，可以概分三個時期：(1) 嬰兒早夭期(Infant Mortality)，(2) 正常運轉期(Normal Operating)，(3) 磨損期(Worn Out)。振動監測(vibration monitoring)、預知保養(predictive maintenance, PM)、安全評估(safety evaluation)等措施，在磨損期(Worn Out)尤其重要，可以及早發現、及早改善，才可以延長機器的壽命(Machine Life)曲線。

 

以上個人看法，請多指教！

 

王栢村

2026.06.11

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