機械制造企業設備維護費用模型研究

摘要：為了解決機械制造企業重大設備維修費用的測算問題，提出了三種維修對策，包括全外包對策、選擇性外包對策、公司內部維修對策。該模型應用了時間延遲理論，計算出設備運行中可靠性有約束條件下合理的檢查間隔期，以及不同檢查間隔期所對應的設備發生的故障期望值和檢查中的缺陷期望值，以此計算出不同維修對策情況下的客戶收益期望值。最后，進行案例分析。

關鍵詞：機械制造；時間延遲模型；外包維修；成本分析

一、引言

在許多制造型企業中，企業生產設備常出現故障，企業是選擇外包維修還是選擇企業內部組合人員維修，是一個很重要的問題。在歐美一些發達國家設備維修外包發展是比較迅速的，與企業設備內部維修相比外包有三個優勢：第一，可有效降低企業維修成本，實踐表明外包維修成本與內部維修成本相比可降低30%到50%；第二，專業化的維修服務有助于提高設備維修的質量，使設備更好的運行；第三，有利于促進維修社會化，優化配置社會資源。因此，我國制造型企業要探索服務外包這種新的模式，為企業提高競爭力。

許多國外學者經過大量研究設計了多種費用計算模型。Jackson和Pascual（2008）提出了在不完全維修的前提下，故障率增長的維修費用假設。現階段的最新研究是英國Salford大學的Wenbin Wang提出的使用延遲時間模型估算出故障修理費用。國內學者對設備維護成本計算的探討較少，范體軍（2006）在其論文中詳細闡述了故障修理外包費用的組成。呂文元和鄭睿（2010）在其論文中研究了大型設備的故障修理外包費用模型。

（一）維修對策的選擇

本文以制造型企業生產設備為研究對象，提出了三種維修對策，第一種是全外包對策，就是講設備的日常檢查、維護和檢修都交給外包公司來做。第二種是部分外包對策，就是將檢查和維護由企業完成，故障修理由外包公司來完成。第三種就是企業組織員工負責維修故障和檢查。

（二）三種維修對策

對策一：全包對策，即維修公司的主要職責是檢查和故障維護。企業支付維修公司報酬，同時要求維修公司保證設備符合一定標準。如不符合企業的標準，維修公司將受罰款，罰款的數額和停機時間有關系，如公式S=a（Df -K）。公式中K為規定的最大停機時間；Df為實際的停機時間；a為以賠款比值，單位是元/d。

對策二：企業內部人員進行養護和檢查的工作。檢查中遇到故障，維修公司到企業進行故障修理和排除，維修公司接受故障服務費。

對策三：企業內部承擔設備的檢查和維護工作，一旦設備發生故障，公司內部的維修人員進行修理，修理故障是其主要工作，公司按天支付給工人工資。

三種維修對策的情況對比：

對策一（全包對策）

企業要求：機器的運行符合標準；機器的故障停機時間如超過標準，企業向維修公司索賠

責任：支付給維修公司檢查修理費

維修公司要求：接受檢查維修費用

責任：承擔機器的檢查和故障維修；確保機器的符合一定標準，停機時間小于商定的時限，否則將賠償。

對策二（部分外包）

企業要求：使維修公司承擔機器的故 障排除工作

責任：承擔機器的養護和檢查工作；支付給維修公司故障排除的修理費用

維修公司要求：獲得的故障排除費用

責任：承擔故障排除的修理工作

對策三（內部維修）

企業要求：機器的運行符合一定的標準；內部承擔機器的故障排除工作

責任：支付內部人員維修工資

二、在延遲時間模型基礎上的維修成本分析

（一）基本思路

延遲時間問題的基本步驟是兩個部分：第一是缺陷發生；第二缺陷變化為故障。從缺陷成為故障之間的時間段叫做延遲時間。利用機器的故障維修記錄，估算出不同維修周期t對應的故障出現的期望數值ENf（t），和檢查過程中缺陷出現的期望數值ENd（t）。依據生產記錄，故障出現的期望數值以單個故障維修費用的數值就是一個周期內的故障維修費用，缺陷出現的期望值乘以排除單個缺陷費用的數值就是一個周期內排除缺陷的費用。將各個檢查周期的維修費用相加，就可以算出總的維修費用。

（二）假定條件及符號

T為協議的總時間；A為符合標準的可用度（或稱有效性）；Ai為不同對策下的可用度，i=1，2，3；

K為協議標準中維修周期的最大故障停機時限；Ri為不同對策的機器可靠性，i=1，2，3；

r為機器產生的收益率，單位為元/d；S為維修公司的賠償數額；

Pci為對策i時企業的經濟收益，i=1，2，3；ti為對策i時機器檢查的時間周期，i=1，2，3；

Dpi為對策i時機器的檢查停止工作的時間，i=1，2，3；

Ddi為對策i時檢查工修理一個缺陷的停止工作的時間，i=1，2，3；

Dfi為對策i時故障停止工作的平均時間，i=1，2，3；Ci為對策i時的維修金額，i=1，2；

Cp2為對策2時企業的檢查費用，不包括停機費用；Cd2為對策2時企業排除一個缺陷的費用，不包含停機費用；Mp1為在對策1時維修公司的檢查費用；Md1為在對策1時維修公司排除一個缺陷的費用，i=1，2；Mfi為對策i時維修公司排除一個缺陷的費用，i=1，2

（三）顧客的維修對策決策

1.對策1

2.對策2

三、案例分析

相關系數如圖1和表2所示。缺陷發生率λ=0.008，時間延遲分布函數為F（h）=1-e-0.008h，計算出不同檢查間隔期的可靠度，由于合同規定設備的可靠度R>0.85，75d是設備最長的檢查間隔期。

不同對策下所對應的費用參數和停機參數：

四、結束語

第一，三種維修對策中，第一種全外包維修對策的期望收益值與其他兩個維修對策相比，在不同周期數值中都是最大的，如在選擇維修對策時，著重考慮期望收益值最高的維修對策，這對企業的經營是至關重要的。

第二，從可靠度和可用度的角度看，全外包維修對策的各項數值都高于其他兩種維修對策，設備維修效果是最佳的，出現的停機延誤也是最小的，把維修工作外包給其他公司，企業減少了對維修人員和維修計劃的管理工作，可以把主要的精力放在企業核心競爭力上。

第三，維修公司為了行業競爭中處于有利地位，所以提高服務水平，降低維修價格。這對生產企業來說，他們可以從全外包對策中獲得更多的收益和更好的服務，這是其他維修對策所不具有的。可見企業設備維修的最佳選擇是應該選擇全外包維修對策。

參考文獻：

[1]YUN W Y，MURTHY D N P.Warranty servicing with imperfect repair[J]. International Journal of Production Economics，2006，.

[2]JACKSON C，PASCUAI R.Optimal maintenance service contract negotiation with aging equipment[J].European Journal of Operational Research.2008.

[3]WANG W B.A model for maintenance service contract design，negotiation and optimization[J].European Journal of Operational Research，2010.

[4]范體軍，李宏余，劉建香等.設備維護外包決策研究[J].華中科技大學學報，2006.

[5]呂文元，鄭睿.機械制造企業重大設備維修外包費用模型[J].計算機集成制造系統，2010.

*本文系河北省教育廳科學研究計劃基金項目，河北省高等學校自然科學研究“基于狀態預測的港口設備復雜系統健康管理研究”重點項目，項目編號：ZH2012021。

（作者單位：燕山大學經濟管理學院）