大批量總成件投入規劃方案研究

崔國梁， 楊振興， 賀 棟

（中煤平朔集團有限公司露天設備維修中心， 山西 朔州 036006）

0 引言

現代大型礦山為保證生產效率，一般都是執行倒班制度，同時為了提高設備的利用率和開機率，執行的都是“人停車不?！钡淖鳂I方案，這就給設備的運行連續性和可靠性提出了極高的要求。為了實現經營效益的最大化，需要盡可能地降低備件數量，盡可能地提高備件資產的周轉率[1]。在這種要求下，維持設備運行的連續性和可靠性的壓力在很大程度上轉嫁到設備維護保養中。

對于單臺或者少量設備而言，只要保證了備件的數量和維護保養質量就能保證設備的連續高效運行。但是，對由多種類、大批量設備構成的生產單位而言，部門之間的協調、備件成本和數量以及作業人員的素養等都可能直接影響企業的連續運行，因此在考慮企業連續性和可靠性的影響因素權重中，備件維修效率、故障處理效率、備件準備效率以及備件投入時機的選擇就占著極大的比重[2]。

可見，在實際的生產運行中，要想實現企業高效、可靠、連續運行的目的，除了設備的使用因素外，設備維護也起著決定性的作用。從設備的使用方案、使用者的操作水平來保證企業的穩定高效運行，屬于企業管理的主要研究方向，而本文主要研究設備維護的方式方法，以及設備維護方案對企業連續運行的影響。以中煤平朔集團有限公司露天設備維修中心在用的100 臺930E 卡車為范例，通過設計一種維修方案，以期實現設備連續、高效運行的目的。

1 設計理念

本文的研究對象為從2008 年開始陸續投入使用的100 臺930E 卡車。這批設備為中煤平朔露天采剝的主力設備，運行在采剝第一線，主要為采礦作業的土方剝離轉用。這一步完成質量差，或者斷續作業將會直接導致采礦作業的后續工作無法進行。在長達14 年的運行中，駕駛員的操作沒有重大改變，同時這批卡車一直以三班四制的作業工序進行作業，故基本可以看作設備使用因素在十幾年中無變化。因此，要想保證企業的連續、高效運行，只能從維護保養方面探討研究。本文設計的總成件投入方法從某種程度上保證了設備維護保養的高效有序進行。

為了實現企業（930E 卡車車間，后簡稱車間）連續運轉，本文將所有100 臺930E 卡車通過類比法[3]等同為一個設備，將組成卡車的總成件類比等同為設備的零件，因此車間的日常作業就可以簡化為“設備”維修。通過周期性的檢修，防止重大意外故障的發生；通過預防性的預警管理，消除設備失效和非正常中斷的概率；通過對運行數據的整理分析，預見性地維護更換總成件，從而實現車間高效、連續、穩定運行。

對于單臺設備來說，只要使用得當、維修及時就能完全保證設備的連續運行，這種作業，在備件管理[4]中相當于備件數量不限、供貨時間為0，同時維修水平極高的“極限”作業。而在實際的生產作業中，總成件數量極大、周轉件有限、備件周期不確定，都是基本的制約條件。因此，在合理的時機下高效地將總成件投入使用，預見性的維護才是保證車間穩定、持續運行的關鍵。

2 方案執行

由上分析可見，要想保證車間的連續運行，必須在備件周轉數量、備件投入時機以及備件投入方式上作深入研究，前提是需要關注在用總成件的運行情況，及時作出預警。也就是說，要想實現車間的連續、高效運行，就需要根據生產的實際需要，選擇合適的時間停機，并在停機空檔期內按時完成作業。

借用前文所述的類比關系，在“設備”（全部930E卡車）的維修和管理時，用來更換已磨損或者故障導致而不能使用的“零件”（總成件）的“維修”作業，就是備件管理。為了縮短設備修理的停機時間，事先組織采購、制造和儲備一定數量的配件就是本文所述的周轉件。車間可以根據具體的使用情況來確認周轉件的數量，但是需要上級和其他有關部門的配合才能事先將周轉件的數量加以變更。因此，車間要實現生產的連續運行，必須提前考慮備件情況，結合備件維修供貨時間來具體地安排設備的停機時間。

本文將設備的所有“零件”按拆裝時間軸做了全面統計，如表1 所示。這個統計表包括930E 卡車的所有總成件名稱、上下機時間、上下機原因、維修廠家等各類信息，是本文所述總成件投入方案設計的基礎。

表1 930E 發動機更換記錄

2.1 預警時間設定

預警時間就是設備裝機后運行至密封件開始老化，疲勞應力急劇增加的壽命，這個階段設備還能正常運行，但是故障率會極大增高，是設備完全破壞、功能喪失的可能性迅速增大的階段。一般情況下，預警時間遵循設備大修廠家提供的設備使用推介壽命。為了盡可能提高設備的利用率，降低單機維修成本，同時又不增加下機件的維修費用，將預警時間在合理范圍內延長。本文通過總成件統計表，分別計算每次大修后的實際運行時間，篩選掉非正常下機的總成件，求出總成件每次大修后的實際運行平均壽命t1，反向篩選統計非正常下機的總成件在該輪大修中的占比η，以及非正常下機總成件的實際運行壽命t2，通過公式t壽命=t1（1-η）+t2η，計算出該總成件在本輪大修的實際平均壽命。

分別計算出該總成件所有大修輪次的實際運行壽命，由經驗公式[5]得出下一輪大修的預警壽命。擬合經驗公式時，需要考慮大修總輪次，總輪次越高，負向影響越大，同時需要考慮該總成件現在所處的運行輪次，輪次越高負向影響同樣越大。由經驗公式設計出壽命修整參數μ，該參數一般隨著大修輪次的增加趨高。預警壽命按T預警=t壽命（1+μ）計算。

計算示例（后懸掛第三輪大修預警壽命）：

篩選整理總成件統計數據表得出后懸掛第一輪大修數據如表2 所示，分析后懸掛數據可得，后懸掛第一輪大修合計196 件，正常下機192 件，t1為33 007，t2值為13 358，η=（196-192）/196=2.04%，則t壽命1=t1（1-η）+t2η=33 007×（1-0.020 4）+13 358×0.020 4=32 606。

表2 后懸掛第一輪大修基礎數據

同理篩選整理總成件基礎數據表后，算出：t壽命2=27 370。

t壽命3=（t壽命1+t壽命2）/2=（32 606+27 370）/2=29 988，分析第二輪大修數據，可見大修后懸掛總數由196 減少為150，實際使用壽命由32 660 降至27 370，擬合數據分析，得出第三輪大修預警壽命修整參數μ 值為-15%，因此，第三輪大修時，后懸掛的預警壽命為：T預警3=t壽命3（1+μ）=29 988×（1-0.15）=25 490。

分析各個總成件現在運行在第幾輪大修周期內，并分別計算出其預警壽命，作為后續設計的基準所在。

2.2 監控設備運行

這部分工作主要集中在日常保養和點檢作業中，需要關注各總成件的運行情況、數據參數、油樣報告等狀態數據，并將這些資料記錄在日常故障維修中，如表3 所示。按總成件連續運行的維修需求，將總成件一個大修周期內的壽命分為質保期、使用期、磨損期三個區間，不同區間監控內容側重不同。質保期主要監控總成件的各項技術參數是否符合使用需求，根據需求對總成件進行注油、調整等作業；使用期主要通過各種維修監控手段，判斷設備的運行穩定性，研判設備是否存在影響其壽命的嚴重隱患，比如發動機是否存在曲軸箱壓力趨高，油樣中某一類元素含量異常變化等非正常數據；磨損期主要關注設備的疲勞參數，以及明顯異常，比如管路的老化程度，運行參數的異常波動，是否到達或趨近預警壽命等。

表3 日常維修故障

2.3 備件準備

這部分工作需要全面了解車間總成件修理的分類狀態，不同的維修廠家修理周期不同，車間自修件的修理壽命受備件供貨情況的制約。維修周期長、合同簽訂周期長的總成件，按年用量簽訂合同，按月送出拆下舊件，及時提醒維修廠家，按時供貨，按計劃停機更換即可，對于維修周期短、到貨時間短的總成件，按季度或月用量簽訂合同，根據實時數據，聯系廠家供貨。

因此，車間需要定時關注設備總成件在機運行時間記錄，隨時調整備件籌備工作，如表4 所示。對于處于質保期的總成件，只要確保其工況良好、參數正常就行，突發故障由應急備件和質保備件協同解決；處于使用期的總成件，備件工作需要參考狀態分析中的故障趨勢來準備，工況趨勢差的總成件，需要做好備件提前籌備工作；對于處于磨損期的總成件，從全局角度關注其運行壽命，達到預警壽命的及時更換，沒有達到預警壽命的關注故障記錄，及時更換總成件。

表4 總成件在機運行時間記錄單位：h

2.4 停機更換

停機更換屬于本方案的最后執行階段，需要考慮的是停機時機。這個時機的確認需要根據具體的總成件和生產需要確認，在保證更換作業的同時，不能對連續作業造成太大影響。根據設備的投入運行數量、作業司機人數、配套電鏟的運行數量以及月產量的要求，綜合考慮總成件更換停機時間，同時停機更換總成件需要參考總成件更換的作業時間。對于更換時間少于8 h 的作業不必要專門停機作業，這部分總成件的最佳更換時機可以安排在設備保養當天，而作業時間超過8 h 的須專門調車停機，計劃更換總成件。

這部分設計中，生產的月計劃隨市場及供應條件日趨變化，沒有任何規律可言。因此，按照在生產作業強度高時，總成件更換數量相應減少的理念進行模糊設計；設備投入數量對生產礦整體來說，沒有變化，但是對應到獨立的作業礦區，又是隨采區變化而稍有變動的，因此這部分因素對本文設計的投入方案的影響較??；配套電鏟、作業司機的數量在以年為單位的時間跨度內，變化很小，因此對停機時機設計的影響基本為0，可以不予考慮。所有本文將這些考量因數整合為時間變量因子μ變量，取值一般為2%～7%，設備運行的極限壽命設計為：Tmax=T預警（1+μ變量），設計要求在總成件達到極限壽命時必須進行更換作業。

假設備件供貨時間為T供貨，設備預警時間為T預警，總成件更換作業時間為T更換，設備的極限運行時間為Tmax，設備的實際運行時間為T實際。那么，為了實現設備的連續運行，就是必須保證實際運行時間介于極限運行時間與總成件預警運行時間和更換作業時間和之間，即T預警+T更換≤T實際≤Tmax。同時保證供貨時間處于預警時間和極限運行時間之間：T預警≤T供貨≤Tmax。由這兩個不等式，可得出以下結論：必須在設備運行至預警壽命至極限壽命之間時，完成總成件的籌備，在這個時間區間內擇機更換總成件；適時調整變量因子可以動態調整設備下機的整體時段選擇，為應對生產緊張時的需求提供理論支持；如圖1 所示，縮短更換時間可以將更換作業盡可能地靠近極限運行時間，即更換作業的時間可以影響設備連續運行的時間，同樣縮短維修作業時間可以提高設備的使用率。

圖1 總成件運行壽命

3 結語

本文實際總成件投入使用方案試運行以來，極大提高了總成件的使用率，同時合理、及時、高效的總成更換也保證了930E 卡車的連續運行，基本實現了設計目的。當然本文設計方案只考慮正常情況下的總成投入方案，不涉及總成件升級改造、互換調整等方面的內容，同時本文方案對突發異常故障而更換的總成件按整合歸納的方法進行了折算，因此可能在實際操作中存在精確性不足的問題，這些問題也是后續方案設計的方向所在。