設備維修與生產排程問題之研究

楊永康

(云南德勝鋼鐵有限公司裝備部,云南楚雄 651200)

設備維修與生產排程問題之研究

楊永康

(云南德勝鋼鐵有限公司裝備部,云南楚雄 651200)

探討如何使用數據庫的方式進行生產系統中主要設備各單元之失效間隔時間與所需的維護置換工時之分析,以及生產排程、維修及保養排程關系,提出連續性生產線的動態排程架構理念來排定生產作業時間。

設備維修 生產排程 問題研究

在過去排程問題多以探討各種不同的生產模式下應如何排定生產排程或選用不同的排程績效來探討排程。然而對于一個復雜且連續性生產系統,若只是單純的在可靠度、可用度或維護成本…等準則中,只取單一準則或其中幾項來制定維護策略,則可能面臨實際上要求生產而無法執行維護及保養的情況,故在排定維護保養策略時,應在連續性生產線的動態排程架構下來制定,才是最適當的方式。

1 背景現狀

隨著社會的進步,對于生產排程及維護排程方式亦需要有所升級。隨著系統愈為復雜,需要考慮的變量也越來越多,如何正確地評估其重要程度做成有效的決策絕非傳統決策模式所能解決。

2 重要性

生產計劃一般而言包括生產安排及維護安排兩部分,排程問題亦多以探討各種不同生產模式下應如何排定生產安排或選用不同的排程績效來探討排程的方法,而缺乏探討有關生產安排及交貨期對維修保養的影響,要如何在已經排定之生產計劃后,對于不同的生產作業策略以影響生產績效較小之情況下,將維修保養作業排入生產排程中,是重要之關鍵。

3 保養策略的演進過程及問題說明

3.1 1950年以前維修方式以“事后維修”為主

機器發生故障之后才進行修理,屬于以故障為主的被動式管理,對于設備故障頻率的降低并無積極的幫助,但對生產作業及交貨期的影響非常大。

圖1 串聯系統之可靠度方塊圖

圖2 并聯系統之可靠度方塊圖

圖3 并串聯系統之可靠度方塊圖

3.2 1950年后“定期維護”為主

依排定時間表定期進行偵測、檢查等,以及時發現問題而予以矯正及預防;屬于以時間為主的較主動維護方式,對生產作業及交貨期的影響較大,屬于選擇性的維修保養。

3.3 1980年后“預測或預知”式保養為主

屬于全面性的維修保養,透過連續或間斷的方式監控搜集設備的各重要參數,在設備尚未發生異常或故障前采取適當的維護動作﹐以消除可能發生的故障。屬于以設備生命周期為主的主動維護方式,但對生產作業及交貨期的影響仍然較大。

3.4 2004年后以“動態機會性的維修保養”為主

近年來由于計算機數據庫系統的進步,可將歷年來的維護保養紀錄存放在計算機內,所以就能夠透過此方式實時得知各設備的狀況,進一步利用搜集到的設備最新情況產生實時保養建議,并依據設備在該決策點的狀態決定出應該采取之最佳保養動作以降低損失是今后設備維修保養的發展趨勢。

4 維修置換策略

在維修置換策略的探討上,系統維護策略主要依照預防置換的時機來探討,可大概歸類如下:

(1)年齡置換策略。系統被置換于發生故障或年齡等于T時,視何者先發生。每一次置換表示另一新周期的開始。則在長時間下可得到成本率函數,可推導最佳置換年齡T,使得成本率最低。

(2)區間置換策略。系統被置換于發生故障及時間T、2T在不同時間的區間置換。求出時間的區間T、2T內的故障次數。依此可推導最佳周期時間*T,使得成本率最低。明顯的,上述兩種維修置換策略對于故障系統皆以新系統置換為原則。

(3)失效置換策略。維修置換策略考慮系統在時間區間[0,T]內故障以小修理修復,直到大于或等于時間T時才將系統予以置換。然而當系統發生致命故障時,置換系統往往比小修理來得有利。

(4)周期置換策略。此置換是以周期置換作為處理。因此可以推導出最佳的預防周期置換時間。將小修理的觀念引入沖擊模型,同時考慮系統置換于累積磨損量超過Z時,視第N次故障或者是時間T何者會先發生作為置換依據。

(5)逐次預防維修的策略。考慮系統失效受制于故障的發生,并且考慮隨機的小修理成本及操作期間的維護成本,假設在每次維修后系統的壽命分配改變,而改變的方式是隨著維修的次數增加,則壽命分配的危險率亦會增加。

5 系統可靠度

一個系統往往由很多的零組件所組成,要對系統的可靠度做一個合理的預測和評估,除了要先知道系統各組件的可靠度、失效率等數據外,仍需了解系統中各組件間的關系,借著可靠度方塊圖,經簡化及分解技巧,方可估算系統的可靠度。以下就說明不同的系統組合結構及其系統可靠度如何選擇:

5.1 串聯系統

在串聯系統必須每一個分系統均正常操作,系統才能滿足既定之工作需求,在此系統中任一組件或分系統故障皆會導致系統故障。假設系統由n個分系統所組成之串聯系統之可靠度方塊圖,如(圖1)所示,且各分系統均互相獨立,則系統可靠度(Rs)為各個分系統可靠度(Ri,i=1,2,..n)之乘積,亦即

5.2 并聯系統

并聯系統是另一種常用的系統可靠度模式。在并聯系統中,只要任一分系統功能正常,系統即能滿足既定之工作需求。一般而言,大都使用在某些重要系統中,其系統可靠度方塊圖如圖2所示。

5.3 復聯系統

某些設計須利用并聯與串聯合并而成的模式或更復雜的模式來分析。至于串、并聯復合系統又可分為并串聯系統與串并聯系統兩種。圖3為并串聯系統之可靠度方塊圖,其分析的過程可先求得屬于串聯模式之各分系統的可靠度,再以并聯系統模式推演得所示之并串聯系統的系統可靠度RS為其中Rij,i=1,2,..,m;j=1,2,.n代表第i個并聯分系統中,第j個串聯單機之可靠度。若各單機均由相同組件所構成,且可靠度均等于R(Rij=R,i=1,2,..m;j=1,2,..n),則此并串聯系統可靠度可簡化為

5.4 n中取k復聯系統

此種復聯系統與并聯系統有部份不同,當系統成功的要求須在n個相同的復聯分系統中,至少有k個功能正常,系統才能保持正常運作,這種復聯系統即稱為n中取k復聯系統。

6 結論與建議

針對連續性生產系統,透過連續或間斷的方式監控搜集設備的各重要參數,結合歷年來的維護保養紀錄集合在計算機內,借助計算機數據庫系統建立相應模型綜含分析,就能實時得知各設備的狀況以作為決策使用。在已排定之生產計劃后,適時提出保養建議,將維修保養之作業排入生產排程內制定連續性生產線的動態排程架構,是今后設備維修保養的發展趨勢。

[1]陳學楚主編.現代維修理論[M].國防工業出版社,2003.