煤礦設(shè)備維修策略優(yōu)化模型研究

趙劍

摘要：本文在研究煤礦設(shè)備人-機-環(huán)境的基礎(chǔ)上，結(jié)合煤礦井下生產(chǎn)系統(tǒng)的特點，根據(jù)具備小修的基本維修策略，將小修維修時間、預(yù)防性維修時間均做隨機過程處理，同時模型創(chuàng)造性地引入了設(shè)備維修微損量的概念，很好地解決了煤礦實際維修作業(yè);在模型的具體應(yīng)用中，可以根據(jù)煤礦采掘接替計劃及當前地質(zhì)條件不斷的調(diào)整維修計劃期確定最佳維修周期，具有較強的可操作性。

關(guān)鍵詞：煤礦設(shè)備;維修微損量;維修計劃期;威布爾分布

1 引言

根據(jù)調(diào)查統(tǒng)計，我國煤礦的固定資產(chǎn)中有55-65%為機電設(shè)備和設(shè)施，原值約為200-245億元，是煤礦固定資產(chǎn)的重要組成部分，它在礦山生產(chǎn)中與井巷工程具有同等重要的地位，而且機電設(shè)備所花費的資金約占生產(chǎn)成本的40%以上。在煤炭生產(chǎn)中，從工作面采煤、裝煤、運煤直到大巷運輸、提升、通風(fēng)、排水、選煤以及儲、裝、運的全過程，都已普遍采用各種不同類型的機械化設(shè)備。因此，煤礦生產(chǎn)能否順利、正常地進行，在很大程度上取決于設(shè)備的完善程度，只有設(shè)備經(jīng)常處于良好狀態(tài)，不間斷地安全運轉(zhuǎn)，生產(chǎn)才有可靠地保證，煤礦實際的生產(chǎn)能力才能達到理論核定的產(chǎn)出量。另外，從安全生產(chǎn)角度來看，煤礦設(shè)備多，環(huán)節(jié)多，互相聯(lián)系，彼此制約，一個設(shè)備發(fā)生問題，輕則影響局部生產(chǎn)，重則涉及全礦被迫停產(chǎn)甚至?xí)鹑松碇卮笫鹿省Ｃ旱V生產(chǎn)具有其環(huán)境特殊性，如扇風(fēng)機、排水設(shè)備以及各種電氣設(shè)備，特別是防爆設(shè)備等，它們技術(shù)狀態(tài)的好壞直接關(guān)系到人身與礦井的安全。

由于井下生產(chǎn)環(huán)境惡劣，煤礦設(shè)備故障大多為隨機性的。如何對隨機發(fā)生故障的設(shè)備作出正確的維修決策，不僅要保證煤礦企業(yè)的安全、高效生產(chǎn)，而且要盡量減少設(shè)備維修成本，提高煤礦企業(yè)的市場競爭力。但在實際煤礦企業(yè)的生產(chǎn)中，為了追求煤炭產(chǎn)量和井下生產(chǎn)的連續(xù)性，企業(yè)往往忽視了過高的維修成本。隨著綜合機械化采煤技術(shù)的成熟，煤礦設(shè)備也向著大型化、復(fù)雜化、精細化方向發(fā)展，由此帶來的是越來越高的維修復(fù)雜度和維修成本，因此探索符合煤礦生產(chǎn)設(shè)備的維修決策模型是煤礦設(shè)備管理工作勢在必行的一項重要內(nèi)容。

2基本維修決策

2.1等周期維修策略

3煤礦設(shè)備維修策略模型構(gòu)建

3.1模型假設(shè)

隨著機械化采煤工藝的發(fā)展，煤礦井下生產(chǎn)系統(tǒng)的連續(xù)性越來越高，某一子系統(tǒng)的設(shè)備出現(xiàn)故障將導(dǎo)致整個采煤系統(tǒng)地停工，從而帶來巨大地經(jīng)濟損失。在分析基本維修決策模型地基礎(chǔ)上，本文將生產(chǎn)損失成本納入維修費用，同時將預(yù)防維修成本做隨機過程處理。為了更好的求解模型，做如下假設(shè)：

（1）根據(jù)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析和理論推導(dǎo)，煤礦主要生產(chǎn)設(shè)備的可靠度服從二參數(shù)威布爾分布，并且設(shè)備初始可用度為A;

（2）設(shè)備狀態(tài)模式：設(shè)備只有“運行”和“失效”兩種狀態(tài);

（3）設(shè)備劣化模式：以一個遞增失效率函數(shù)來表示其劣化過程;

（4）維修時間：設(shè)備小修的維修時間服從均值為的一般分布;預(yù)防性維修時間服從均值為的一般分布;

（5）維修效果：在同一個預(yù)防性維修周期內(nèi)，故障小修只恢復(fù)設(shè)備的功能，不改變設(shè)備可靠性;而預(yù)防性維修則可以使設(shè)備“恢復(fù)如新”;

（6）維修費用：停產(chǎn)損失成本是預(yù)防性維修時間的確定函數(shù);預(yù)防性維修成本是維修時間和維修周期的一個二元函數(shù)。

3.2目標函數(shù)

預(yù)防性維修減少了隨機故障的發(fā)生次數(shù)，降低了設(shè)備的運行費用和產(chǎn)品的附加成本，但需花費一定的時間和費用。過多的預(yù)防性維修活動會使總維修成本增加，造成過維修;而維修活動不足會使故障發(fā)生的頻率增高，增加設(shè)備的故障維修成本，造成欠維修。在眾多的文獻專著中，確定設(shè)備維修策略優(yōu)化解一般是以最少的總運行費用C*來尋求最佳的維修更換周期T*。然而在實際的生產(chǎn)過程中，由于受到作業(yè)場所、設(shè)備操作人員、設(shè)備維修人員能力以及設(shè)備環(huán)境可達性等因素的影響，精確的統(tǒng)計維修成本往往是不可能的。本文在考慮煤礦井下生產(chǎn)條件惡劣、要求生產(chǎn)連續(xù)性高以及噸煤市場價格等因素下，提出煤礦設(shè)備維修決策優(yōu)化的目標函數(shù)應(yīng)該是以設(shè)備平均可用度不變或者微損為約束條件來求解最佳維修周期T*，盡量降低井下設(shè)備維修次數(shù)，從而保證生產(chǎn)運行時間盡可能的長。在時間t內(nèi)，設(shè)備的總維修成本由小修費用、預(yù)防性維修費用以及生產(chǎn)損失成本三部分構(gòu)成[2]，其優(yōu)化目標函數(shù)為：

結(jié)論

本文在研究煤礦設(shè)備人-機-環(huán)境的基礎(chǔ)上，結(jié)合煤礦生產(chǎn)作業(yè)的特點，基于具備小修的基本維修策略，將小修維修時間、預(yù)防性維修時間均做隨機過程處理，同時模型創(chuàng)造性的引入了設(shè)備維修微損量的概念，按照設(shè)備重要程度進行分類選擇，從而適合于實際維修作業(yè);使用模型的過程中，可以根據(jù)煤礦采掘接替計劃及當前生產(chǎn)地質(zhì)條件不斷的調(diào)整維修計劃期確定最佳維修周期，具有較強的可操作性。

參考文獻：

[1]張新民，段雄.淺析綜機設(shè)備維修方式的決策[J]，煤礦機械，2001.8，8：252-255.

[2]官洪運，禹素萍，韓幫軍.電力設(shè)備預(yù)防性維修策略的優(yōu)化[J]，江南大學(xué)學(xué)報，2004.6，3（3）：20-22.

[3]王文義 張洪芬.維修策略的概念、方法和模型Ⅱ[J]，運籌與管理，1997.6，6（2）：101-103.

[4]Barlow，R.E.and Proschan，F(xiàn).，Statistical Theory of Reliability and Life Testing，New Yock，Holt Rinehart and Winston，1 975.

[5]Barlow，R.E.Proschan，F(xiàn).and Hunter，L.C.，Mathematical theory of Reliability，New Yock，W iley，1965.