（机械制造及其自动化专业论文）基于剩余寿命的矿山设备备件管理技术研究.pdf

硕士学位论文 摘要 设备是企业至关重要的生产要素和有形资产，也是衡量企业规模化发展能力与现代 化管理水平的主要标志。设备管理与维护工作是实现安全、清洁、文明生产的前提和基 础，是企业q e h s ( 质量、环境、职业健康和安全) 管理体系的重要组成部分，是确保产品质 量的有效保障，同时也是全面质量管理过程控制的必要手段之一。 目前企业普遍存在着由于库存结构不合理而造成库存积压、资金浪费的现象，但库 存管理又是一个十分复杂烦琐的问题。由于在库存管理过程中，既不希望占有过多的流 动资金，又不希望备件短缺，影响设备的及时修复；同时对备件的损坏规律与订货规律。 不能及时准确地掌握，因此也就给合理库存结构模型的设计带来了困难。实际上设备管 理软件中的备件管理，一般仅仅是出、入库的数据库管理，能够完成数据统计、表格生 成和掌握库存状况，但对这种库存结构是否经济合理，就不能回答也无能为力了。要把 备件库存真正纳入管理的过程，就要本着边调研、边摸清规律、边进入模型的思路，使 备件库存结构逐渐透明。其实，整个备件管理的过程也就是备件损坏规律、订货规律的 逐渐透明化，库存结构的逐渐经济合理化的过程。研究科学的备件管理方式，可达到优 化备件库存结构，压缩备件库存资金占用量，减少备件消耗，降低备件采购成本，追求 备件寿命周期内费用最经济的目的。对企业降低设备维修与备件的综合成本，实现设 备维修管理效益最大化具有非常重要的现实意义。 目前，国内外对备件管理的定量化决策研究主要采用解析的方法。该方法可以较好 地解决其中许多问题，但是，由于备件管理系统涉及因素多，解析方法往往做了许多假 设和简化。此外，在有些情况下，如有横向调剂、各基层库存情况有较大差别等，现有 的解析方法目前还不能解决这些问题。因此，我们运用剩余寿命预测法对维修管理系统 进行研究，以便更全面地解决备件管理中遇到主要问题。 本文论述了常用的故障诊断及剩余寿命预测方法的优缺点以及在矿山企业的适用 范围，并最终利用趋势分析手段建立了基于剩余寿命预测的矿山企业典型备件的管理模 型。 主题词：剩余寿命；设备管理；故障检测 基于剩余寿命的矿山设备备件管理技术研究 、 a b s t r a c t e q u i p m e n ti s s e n t i a lf a c t o 娼o fp r o d u c t i o na n dp h y s i c a la s s e t s ，a i l di t sa l s oam e a s u r c 0 ft h ed e v e l o p m e mo fe n t e r p f i s e s c a i cm a n a g e m e mo fc a p a c i t ya n dm o d e m i z a t i o no ft h c m a i l is i g 璐e q u i p m e n tm a n a g e m e n ta n dm a i n t e n a n c ew o r ki st h ep t e r e q u i s i t ea n db a s i sf o r t h ep r o d u c t i o no fs a f c ，c l e a n ，c i v i l i z e d ，a n dt h ei m p o n a n tc o m p o n e n to ft h eq e h s 阳u a l i ty e n v i r o 胁e n t ，o c c u p a t i o m lh e a n ha n ds a f e t 们m a n a g e m e n ts v s t e m ，i st oe 璐u f et h ee f 艳c t i v e p r o t e c t i o no ft h eq u a l i t yo fp r o d u d s ，b u ta l s ot h ep i o c e s so ft o t a lq u a l i t vm a n a g e m e n t ，o n co f t h c 鹏c e s s a r ym e a 璐t o c 0 n t r 0 1 址p r e s e n t ，t h ep r e v a l e n c e0 fc o r p l o r a t es t r u d u r ci s 缸t a t i o n a la sar e s u no fi l l v e n t o r y c a u s e db yt j l eb a c k l o go fi l l v e n t o r y w a s t eo fm o n e y ，b l i ti 1 1 v e n t o f ym a n a g e m e mi sav c r y c o m p l e xa n dd i f f i c n n i n v e n t o r ym a n a g e m e mi l lt h ep t o c e s s ，n e i t h e rw a n tt os h a t et o ol i 】m c h l i q u i d i t y ，d o1 1 0 tw a n tas h o n a g eo fs p a r ep a n s ，a f 话c t i n gt h et i l t l e l yr c p a i ro fe q u i p m e n t ；t h e d a m a g e dp a r t sa tt h es a m et i i n et h el a wo ft h el a wa n do r d e r c a nn o tb ea c c u r a t ea n dt i i n e l v m a n n e r ，a n dt h u st ot h er a t i o n a id e s i g no fs t n i c t u r e 邛1 0 d e li l l v e n t o r yd i f f i c u l t d e v i c e m a n a g e m e n ts 0 f t w a r ei l le f 亿c ti l lt h es p a t ep a r t sm a n a g e m e n t ，t h eg e m r a li si u s to u to ft h e d a t a b a s es t o r a 毋em a n a g e m e n t ，d a t ac a nb ec o m p l e t e d ，f o r m st o 固e n e r a t ea n dc o n t r o li l l v e n t o r y b u tt h es t o c ks t m d u r eo ft h i se c o n o m i ct a t i o n a l i t y ，i ta l s oc a nd on o t h j l l gl oh e l pc a nn o t 锄s w e r s t o c k 霉哆n u i l l es p a r ep a n ss h o u l db ei l l c o r p o r a t e di l l t ot h em a n a g e m e mp r o c e s s ，i ti s n e c e 鼹a r vt os t u d yw h i l ei i lt h es i d et of i i l do u tt h el a w s ，w h i l et h ei d e ao fe n t e r i i l gt h em o d e l s ot h a tag r a d u a la n dt r a n s p a r e n ts t m c t u r ef o rs p a r cp a n si l l v e m o r y i nf a c t ，t h ew h o l ep r o c e 鹃 0 fs p a r ep a r t sm a n a g e m e n ts p a f ep a n sf o rd a m a g et h a ti st h cl a w ，t h el a wo r d e r st h e 盯a d u a l t r a n s p a r e l l c v ，s t o c ks t n l c t u r eo ft h eg r a d u a ip r o c e s so fe c o n o m i cr a t i o n a l 主z a t i o n s c i e n c es p a r e p a r t sm a n a g e m e n t ，s p a r cp a n si l l v e n t o r yt 00 p t i l i l i z c t h es t n i c c u 陀，r c d u c cs p a r ep a n s i i l v e n t o r yu 朝g e0 fm n d st of e d u c et h ec o i 坞u m p t i o no fs p a r ep a n s ，s p a r ep a n sp t 0 c u r e 皿屺n tt 0 r c d u c ec o s t s 锄dm x i m i z e “f 色c y c l ec o s to fs p a r ep a r t sf o r 瑚d s tp u 耳 0 s c s f o re m e r p r i s e st o r c d u c c e q u j p m e n t m a i l l t e n a n c cc o s t sa n da。0 m p t e h e n s i v c s p a r cp a r t s ，e q u i p m e n t m a i l l t e n a n c ea n dm a m g e m e mt 0a c h i e v cm a x i m u mb c 聆f i tav c r yi m p o n a mp r a c t i c a l s i g n i f i c a n c c a tp t e n t ，d o m e s t i ca n df o r e i g ns p a r ep a n sm a n a g e m e n tf o rt l 圮q u a n t i t a t i v cs t u d yo f t h eu o f 卸a l y t i c a ld e c i s 幻n m a k i l l ga p p r o a c h t h i sm e t h o dc a ne f f e c t i v e l y l v em a n vo f t h e s ei 豁u e s ，b u t ，d u et 0h c t o 塔r e l a t e dt 0s p a r cp a r t sm a n a g c m e n ts v s t c m ，彻da n a l n i c a l m e t l l o di so f t e nd o n ea1 0 to fa 髂u m p t i o n sa n ds i m p l i f i e d i na d d i t i o i i i l is o m ec a s e s ，i f h o r j z o n t a lt t 卸s f e r t h e 盯a 鹦r 0 0 t sl e v e la r ev e r vd i f f e r e n t 丘o ms t o c l 【s ，e t c ，t h ee x i s t i i l g 卸a l ”i c a lm e t h o d sc a nn o ts o l v ct h e s cp r o b l e l i 】略n o w t h e r e l b r e ，w eu s et h er e s j d u a ll i f e p r e d i c t i o ns y s t e mf o rt h cm a i n t c n a n c ca n dm a n a g e m e n ts t u d i c sw i t hav i e wt oam o r c c o m p r e h e n s i v es p a r ep a r t sm a n a g e m e n ts o l u t j o nt 0t h cm a i o rp r o b l c m se i l c o u n t e r c d t h cm j l lc h a r a c t e r i s t i cp a r a m e t e r so ft j l ct r a c l 【i l l gn i ki st 0c h o o s et h eb c s tp o s i t i o nt 0 r e f l e c tt h et e c l i l l i c a ls t a t co fe q u ：i p m e n tc o n d i t i o nm o n i t o r i l l gp a r a m e t e 璐弱t e c l l l l i c a l i i l d i c a t o r s ，j na c c o r d a n c cw i t hi t sd e v e l o p m e n tt r e n d sa n dt h ea c h i e v e m e n to fp r c d e t e 肌i l l e d l i m i t sp r e d i c tt h cr e s i d u a l l i f eo fc q u i p m e n t ，a c 0 0 r d i l l gt 0t h em a t h e m a t i c a lm e t h o d su s e di n d i f f e r c n tc h 甜a c t e r i s t i cp a r a m e t e 璐o ft h et r a c l d n gi 角l w 啪b cd i v i d e di l l t of o u rl 【i l l d s ：c u c f i t t i i l g ，t i l i l es c r i c sm o d e l i i l gm e t h o dp a r a m e t e r s ，t h cm e t h o db 鹬e do ng r a yt h e o r y ，b 弱e do n a n i f i c i a ln e u r a ln e t w o r l ( a p p r o a c h i nt h i sp a p e r ，c 0 加皿o n l yu s e di n 鼬nd i a g i l o s i sa n d r c s i d u a ll i f cp r e d i c t i o nm e t h o d 卸dt h ca d v a n t a 星r c sa n dd i s a d v a m a g e so fm i l l i l l gt h es c d p eo f a p p l j c a t i o no fm e t a l l u r g j c a le n t e r p r i s 鹤，a l l du l t i m a t e l yt h cu s eo ft r c n da 彻l y s i st 0 0 lu s e dt o e s t a b l i s has l a t cb a s e do nt h ed e t e c t i o no fr e s i d u a ll i f cp r e d i c t i o nm o d c lt oc r e a t eat y p i c a i m i l l em e t a l l u r g i c a le m e r p r i so fs p a f ep a n sm a 船g c i n c mm o d e l 1 沁yw b r d s ：r e s i d u a l l i f e ；e q u i p m c n tm a n a g e m e n t ；f a u nd e t e c t i o n 硕士学位论文 插图索引 图1 1 备件费用曲线3 图1 2 外国设备维修备件库存管理模式5 图2 1 劣化曲线2 2 图2 2 设备诊断过程框图2 2 图2 3 系统趋势分析方柜图3 2 图2 4 机械寿命特性曲线3 2 图2 5 表示维修对寿命特性曲线的影响3 3 图2 6 机械全寿命周期特征曲线3 4 图2 7 状态演变3 4 图2 8 机械异常情况的发展趋势3 5 图2 9 整体能量分析法示意图4 0 图2 1 0 零库存周期订货模型4 4 图2 1 1 一般上下限订货模型4 5 图2 1 2 传统备件用户管理信息系统示意图4 7 图2 1 3 供应企业与用户企业的备件互动管理信息模型4 7 图3 1 多因素综合趋势分析的b p 网络结构图5 5 图3 2 趋势分析图5 6 图3 3 单隐层b p 神经网络5 7 图3 4 计算流程l 6 2 图3 5 计算流程2 6 3 图4 1 基于d w 的各件i d s s 系统结构图7 3 图4 2s p i d s s 系统功能结构图7 4 图4 3 寿命预测软件系统7 5 i 基于剩余寿命的矿山设备备件管理技术研究 插表索引 表2 1 库存结构表4 3 表2 2 备件分类代码及相应库存控制策略4 5 表2 3 备件协议和制度项目表4 6 表3 1 备件的寿命分布类型及其适用范围5 2 表3 26 2 4 0 轴承( 额定寿命为2 4 0 0 0 x 1 0 3 h ) 5 5 表3 3 材料基体敏感系数m 5 9 表3 4 钢铁冶炼工艺系数6 0 表3 5 保障概率与正态分布分位数的关系表6 6 兰州理工大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律后果由本人承担。 作者签名：专凇 日期：砌降彳月乡日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许 论文被查阅和借阅。本人授权兰州理工大学可以将本学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文 收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公众提供信息服 务。 作者签名：李产搋罕 导师签名： 际磐踅 日期：妒罗年 日期：步年 月夕日 6 只 pb 硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 课题意义及国内外研究现状综述 1 1 1 课题意义 设备是企业至关重要的生产要素和有形资产，也是衡量企业规模化 发展能力与现代化管理水平的主要标志。设备管理与维护工作是实现安 全、清洁文明生产的前提和基础，是企业q e h s ( 质量、环境、职业健康和 安全) 管理体系的重要组成部分，是确保产品质量的有效保障，同时也是 全面质量管理过程控制的必要手段之一。 随着现代企业生产自动化、智能化进程的日益加快，设备作为生产 的主要物质基础在现代企业中占据了重要地位，设备管理是现代企业管 理的重要组成部分。在设备维修工作中为了缩短停歇时间而事先准备的 各种修理零部件，通称为备件。备件管理为设备正常维护检修和应急处 理提供物资保障，是设备管理的一项重要内容，它与运行管理和检修管 理一起被称为设备管理的3 大支柱。备件管理的好坏直接影响着设备维 修时间、维修质量、设备的可开动率以及设备的正常运行，而且进一步 影响到企业产品的产量、质量、成本、交货期、安全、环保等诸多方面。 但在实际企业管理运作过程中，备件管理往往是其薄弱环节，没有引起 足够的重视，缺乏有效的管理手段和方法。 在现代矿山设备大型化、高速化、自动化、精密化、智能化、机电 一体化的趋势下，设备管理在连续生产的流程工业企业中作用尤其突 出。从某种意义上讲，矿山生产打的就是设备仗。解剖一条生产线、一 套主机系统的设备组成，其最小的单元是零部件。正如微小细胞的健康 也会直接影响到人的生命一样，设备的稳定正常离不开备件。备件管理 是设备运行、点检、保养、维修、技改、更新及初期管理的连接“纽带， 它贯穿于设备管理各阶段，是前方现场施工与后方物资采购的桥梁。因 此，必须充分发挥备件管理的纽带作用，促进设备管理的系统化 目前企业普遍存在因为库存结构不合理而造成库存积压、资金浪费 的现象，但库存管理又是一个十分烦琐复杂的问题。在库存管理中，既 不希望占有过多的流动资金，又不希望备件短缺，影响设备的及时修复。 由于对备件的损坏规律和订货规律不能及时和准确地掌握，这也就给合 理库存结构模型的设计带来困难。一般设备管理软件中的备件管理，实 基于剩余寿命的矿山设备备件管理技术研究 际上仅仅是出、入库的数据库管理，可以完成统计、表格生成和掌握库 存状况，但对这种库存结构是否经济合理，就不能回答也无能为力了。 为了把备件库存真正纳入管理的过程，本着边调研、边摸清规律、边进 入模型的思路，使备件库存结构逐渐透明。其实，整个备件管理的过程 也就是备件损坏规律、订货规律逐渐透明化，库存结构逐渐经济合理化 的过程。 设备管理是随着生产发展而产生的一门科学，是企业管理的一个组 成部分。设备管理工作和其它各项工作一样，它涉及面广、有设备基本 管理、设备的专业管理、动力管理等。而设备基本管理中的备品备件管 理是设备管理的一个重要方面。设备在运行过程中不可避免地会产生各 种形式的故障，备件是确保设备维修的重要物质条件。由于矿山行业生 产特点是连续化机器设备种类多，规格型号复杂，腐蚀严重。因此备件 管理工作的主要目标是：如何合理地组织备件的储存，提高供应率缩短 设备维修时间，以使设备尽快投入生产保障生产计划的顺利完成。通过 以最少的库存做到资金占用少周转快消耗低来加强成本上的控制，从而 提高企业在市场上的竞争力。因此如何做好合理储备备件，既能保证设 备维修工作的需要又能加速资金周转发，挥资金利用效果是备件管理工 作要研究的主要课题。 矿山企业是技术和资产密集型企业，同时有着大量各种各样的装备 设施。这些设备的特点集中体现在其先进性、大型化和高价值上。设备 的利用率是企业经济效益水平高低的“有备无患，作为备件管理不仅保 证设备正常，可以说无论在技术或经济上都跟企业的发展息息相关。在 矿山这种连续性生产企业的具体运作过程中，备件库存品种和数量往往 根据维修人员对其未来的需求估计决定。这种方法主要依靠技术人员的 维修经验，不可避免地造成低价物品库存过高和重要性等级较高的高价 备件库存不足的情况，使企业潜在的缺货成本上升。备件管理系统是维 修保障系统的重要组成部分，它在装备的维修管理过程中占有十分重要 的地位。备件数量的确定在分级保障系统中的配置、储供关系问题等都 将直接影响到装备维修管理的诸多方面，从而影响到装备的使用。备件 管理中，需要定量决策的问题很多，因而，必须采用科学的分析和决策 方法才能有效解决这些问题。由于以上种种原因，故提出了优化备件库 存管理的设想。 备品备件是进行设备维修作业的物质条件，做好备件的供应管理是 提高设备利用率、完好率和获得最佳经济效益的保证。备件管理既要保 证备件的品种、数量有足够的库存，还要防止定货、库存过多而造成资 2 硕士学位论文 金积压过多，特别是在当前企业维修资金还不充裕的实际情况下，上述 情况将影响维修工作的效益乃至整个企业的经济效益。由图1 1 的备件 费用曲线可以看出，研究科学的备件管理方式，可达到优化备件库存结 构，压缩备件库存资金占用量，减少备件消耗，降低备件采购成本，追 求备件寿命周期内费用最经济的目的。对企业降低设备维修与备件的综 合成本，实现设备维修管理效益最大化具有非常重要的现实意义心1 。 匪 黎 暖 掘 库存量 订货量 ( a )( b ) 图1 1 备件费用曲线 目前，国内外对备件管理的定量化决策研究主要采用的解析的方法。 该方法可以较好地解决其中许多问题，但是，由于备件管理系统涉及因 素多，解析方法往往做了许多假设和简化。此外，在有些情况下，如有 横向调剂、各基层库存情况有较大差别等，现有的解析方法目前还不能 解决这些问题。为此，我们运用剩余寿命预测方法对维修管理系统进行 研究，以便更全面地解决备件管理中遇到主要问题。， 基于预测原理的不同，目前国内外对机械设备寿命预测的方法主要 分为2 种：累积损伤跟踪法、特征参数跟踪法。 累积损伤跟踪法是根据损伤物理学原理，对机械受到的损伤进行累 积，根据各种破坏因子对设备的损伤率和设备的允许损伤值确定设备剩 余寿命。 特征参数跟踪法则主要是选择最能够反映设备技术状态的参数作为 状态监测的技术指标，根据其发展趋势和事先规定的极限值实现设备的 剩余寿命预测，根据所采用的数学方法不同，特征参数跟踪法又可分为4 种：曲线回归拟合法、时间序列参数建模的方法、基于灰色理论的方法、 基于人工神经网络的方法本课题拟采用特征参数跟踪法来进行设备剩 余寿命的预测，通过对设备的运行特征参数进行监测，通过设备的当前 状态来判断其距离大修或报废的时间 因此，基于状态监测的剩余寿命分析与预测，主要涉及2 个方面的 工作：一是对设备的工作状态进行监测；二是进行趋势分析。 设备故障分寿命性故障和偶发性故障两种。设备在允许的工作条件 3 基于剩余寿命的矿山设备备件管理技术研究 下运行时产生均匀磨损，磨损量超过规定值时将发生寿命性故障，这种 故障发生时间通常可以预测，可通过定期更换、修理、改造来恢复其能 力。因设备工作条件变化而引发的故障称之为偶发性故障。偶发性故障 发生的时间是随机的，无规律可言，但其往往始于设备工作条件的异常， 所以可以通过监测设备状态、控制工作条件、及时采取有效措施来预防 故障的发生或扩大。设备在运行过程中，两种故障是并存的。寿命性故 障取决于设计意图和制造水平，以正常工作条件为基础；偶发性故障是 设备工作条件改变使设备处于异常工作状态而使设备磨损加速的结果， 磨损的速度取决于异常状态的程度。对设备进行状态监测，首先必须根 据设备特点合理地选择测点位置，一般选择易劣化部位和设备的关键部 件为测点位置。其次，通过对设备劣化速度的分析研究，确定信号测试 的周期。第三，根据测点信号频率，确定测试的具体参数并选择传感器 的类型。另外，设备状态监测可能采取在线方式或离线方式，寿命预测 系统可以对在线检测或离线检测所得的信号进行劣化趋势分析。 趋势分析是根据设备的征兆信息来识别设备运行状态的优劣以及预 测其未来，这也是故障诊断中普遍采用的方法。将趋势分析与各类诊断 参考标准相结合，可以作出多种状态趋势分析图，能用于评判设备运行 状态的优劣和故障的早期预报。目前，趋势分析的研究手段主要是最小 二乘拟合、时序模型、卡尔曼滤波等方法。 1 1 2 国外研究现状综述 意大利的v 帕累托在研究世界财富分配问题时曾提出帕累托定律， 用于管理方面的即a b c 分类法。l9l5 年美国的f w 哈里斯发表了关于经 济订货批量的模型，开创了现代库存理论的研究。然而，由于种种原因， 这些相当复杂的库存管理理论在当时很少得到应用。第二次世界大战期 间出现了运筹学。二战以后，随着西方国家工业的迅猛发展和管理工作 的科学化，库存管理的理论得到了广泛的应用和发展，形成了许多库存 模型，如定期定量模型、定期不定量模型、定量不定期模型、不定量不 定期模型和有限进货率定期定量模型等，这些模型在企业管理中己取得 了显著的效果】。 2 0 世纪6 0 年代，a l le n 等就提出必须考虑备件的可维修特性，将备 件分成可维修和不可维修两类，这是较粗略得分类。自6 0 年代末开始， 以美国为代表对多级备件管理系统进行了深入的研究。s h e r b r o o d e 是最 早对多级库存系统进行专门研究的学者之一在探索了多级库存系统备 件需求规律及系统目标函数等理论问题的基础上，针对多级备件库存供 4 硕士学位论文 应这一典型实际问题，建立了m e t r ic ( 19 6 8 ) 模型。该模型是多级库存 系统的首次实际应用，后来发展成为美军及其盟军的飞机可用度模型。 s i m o n ( 19 71 ) 对多级库存系统作了一些简化，从而导出了系统模型的精 确解。考虑到备件多渠道采购的实际，m u c k s t a d t ( 19 7 3 ) 对m e t r ic 模 型进行了进一步的扩展，给出了多项目( 备件) 、多订单情况下的系统模 型。s 1a y ( 19 9 0 ) 研究了系统优化计算问题，提出v a r i m e t r ic 模型， 该模型较以前的模型更易计算求解。g r a v e s ( 19 8 5 ) 用简单方法推出了 v a r i m e t r ic 模型，并通过数学仿真研究了该模型的精度。计算表明， m it r ic 模型出现偏差( 至少一个项目计算不准) 的可能性是1 。 h i l1e s t a d ( 19 8 2 ) 对m u c d a t a d t 模型作了进一步扩展，研究了维修中 有多重故障的多级备件库存问题，并给出了这一条件下的近似解。 s c h a e f e r 和c h e u n g ( 19 9 0 ) 对这一问题进行了更深入的研究，其改变 了以往以故障单元为出发点的思路，转而研究所需进行的修理工作，即 研究修理工作的时机、频率以及修理中所需的备件种类，并以工作完成 率为目标建立系统模型。此后，c h e u n g 和h a u s m a n ( 19 9 3 ) 给出了这类 问题的更加精确的模型。通过大量系统的研究，逐步形成了备件多级库 存系统理论。之后，为制定科学合理的备件库存策略，从不同角度对备 件进行详细分类。7 0 年代中期，计算机被广泛的应用于库存管理。也就 是从此时起，美国和欧洲的发达国家开始重视维修备件的库存管理。同 时，随着维修逐步走向专业化和全球市场化，维修备件也开始实行了集 中化、社会化的库存管理。 现在，国外己建起许多大型的行业或通用标准化的专业维修中心和 维修备件仓储中心。利用网络技术和电子商务，使企业与这些维修和仓 储中心时刻保持联系，一旦企业设备出现问题，维修中心会在很短时间 内，就近派出维修专业人员或队伍对企业的设备进行经济、高效、优质 的维修服务；或缺少维修备件，附近的分储仓库会在2 4 小时甚至更短的 时间内，把备件送交用户手中，这样可大大缓解某些企业因缺少专业维 修队伍、维修质量差、维修效率低、维修设施装备不完善等的矛盾。因 为有了备件仓储中心，有些中小企业可以实现维修备件的零库存管理。 外国设备维修备件库存管理模式见图1 2 。 5 基于剩余寿命的矿山设备备件管理技术研究 图1 2 外国设备维修备件库存管理模式 1 1 3 国内研究现状综述 矿山行业是我国的支柱产业之一，它起步早，设备相对比较落后。 我国矿山企业设备管理大致经历了早期的事后修理制、计划预修制、8 0 年代的全面生产维修制和目前推广的点检定修制。尽管矿山企业逐渐更 换了部分陈旧设备，加强了设备管理，但还是存在这一些问题。 在传统的设备备件管理中，经常采用增大库存量的办法来弥补生产 管理上的失误和防止供应环节的中断。因此，广泛存在着储备过量的现 象。众所周知，备件储备不足与超量储备都会造成经济损失。及时按所 需品种和质量提供足够的备件，是确保均衡地进行维修工作所必须具备 的条件。随着检测和诊断技术的发展，以及广泛推行“视情维修一，使传 统的计划方式受到严重挑战，给备件最佳经济管理提出了更难的课题。 目前阶段，企业的所有维修和备件管理人员都在加强技术和自身业务素 质的培训，在实际工作中，正逐步应用数理统计工作，积累和搜集大量 现场资料，寻找现代设备的磨损规律和故障规律，为设备经济维修和备 件经济储备提供确切数据。 企业备件管理存在的具体问题如下： 1 我国矿山企业的设备管理一直延续着粗放型管理模式，大而全、 小而全的组织机构交叉重叠，各级设备管理者缺乏主动性和创造性，不 再适应新形势的要求。 2 多数企业的领导对备件管理工作重视不够，缺乏设备和备件管理 的前瞻性。 3 缺乏科学合理的确定备件品种的方法和管理手段，往往简单凭经 验确定备件品种和储备定额，或只根据备件的制造难易以及交货周期长 6 硕士学位论文 短来划分a b c 等储备级别。这种方法的缺陷在于忽视了备件的使用因素， 因而不够全面、合理。 4 账目管理方式落后，以往的备件账册是一物一卡，型号繁多时， 账册过厚，不但查找费时，而且在账册上极难反映备件的领用情况。 5 缺乏库存定量管理，账目与实际存量不符，这给备件采购工作带 来了诸多不便。 6 备件管理和采购人员业务素质低，多数不经专业培训即上岗工作， 造成备件管理工作质量普遍低下。 7 由于管理人员素质低，使采购到的备件质量得不到保证，经常造 成因备件质量问题而影响设备正常检修工作，给企业的生产带来了不必 要的损失。 8 基础管理工作薄弱、备件储备品种不合理、储备定额不科学、采 购不规范、备件订购计划不准确、技术更新检修或设计变更等因素造 成了备件的积压。在试生产阶段准备的大量备件，生产初期备件计划准 确性差，正常生产阶段二级单位多领，产生备件积压，占用储备资金。 储备过量的原因是多方面的，除上述外，还有国产设备缺乏标准化， 同一规格型号的设备由于制造厂家不同或出厂时间不同，所需备件的品 种差异很大等等，这给那些设备品种多、数量少的企业的备件管理工作 造成许多困难哺1 。 1 2 课题研究目标、研究内容和拟解决的关键性问题 综上所述，我们可以看出目前我国的设备备件管理工作严重滞后， 极大的阻碍了企业的发展，特别是在大型国有企业中更是这样。而目前 对于设备备件管理的研究主要集中在对设备备件的合理分类( a b c 分类法 及其优化等) ，经济模型的研究建立，数理统计的方法研究以及管理系统 的设计等。 而本课题主要是应用剩余寿命理论和方法来研究设备备件的管理， 即把剩余寿命理论和方法融入到设备备件管理系统中，应用寿命预测和 剩余寿命方法来建立备件管理模型，用以确定企业所需的备件种类和数 量。并最终使企业达到零库存的目标。同时，本课题是取自甘肃省教育 厅科研项目 矿山设备剩余寿命预测技术研究。 在项目的实施过程当中，有以下几个关键性的问题，现分阶段介绍 如下： 1 熟悉企业的生产流程阶段以及所使用的设备，只有熟悉了这些才 能设计出适合企业的设备备件管理流程，设计出合理的模块，为后续的 7 基于剩余寿命的矿山设备备件管理技术研究 工作做好准备。在这一阶段，主要是分析现存问题，制定改进方案，明 确新系统的基本设想；根据系统功能、要求及费用、可靠性、评价等综 合考虑提出新系统方案 2 建立与设备备件管理同步的业务流程和组织结构。 3 剩余寿命理论和方法的研究与选取。确定适合企业设备备件管理 的方法，并确定如何将其应用到系统中。 4 建立模型阶段，在这一阶段的主要任务是确定计算机进行作业的 详细条件以及确定程序单位和程序规模，最后画出系统的流程图。 5 详细设计阶段，在这一阶段是进一步对系统各部分做具体设计， 这个阶段直接与程序设计相连接。它包括主系统和子系统两部分。在这 一阶段当中，要将主系统划分为适当大小的系统模块，并设计出各模块 的详细处理流程。同时，要明确各模块之间的接口，并给出综合流程图。 1 3 可行性分析 1 设备备件管理虽然是老课题，已经研究出的方法很多，但在我国 的应用却非常少，并且大多只是利用计算机进行简单的存储和报表的生 成打印、简单的a b c 分类等。没有很好的利用计算机来进行更合理的备 件管理。 2 剩余寿命预测技术是当今故障诊断技术的发展方向，并且已经取 得了很多的研究成果。剩余寿命预测技术也必将以很快的速度融入到设 备备件管理中 3 4 g l 和c a s e 技术应用 系统完全采用4 g l ( 第四代语言) 和c a s e ( 计算机辅助软件工程) 工具开发制作。从而使系统具有较高的技术含量和内在质量，也便于系 统今后的进一步维护和扩展。 1 4 课题的创新性 1 剩余寿命预测技术与设备备件管理相结合的方法。 2 更加先进合理的设备备件管理模型的建立，以剩余寿命预测模型 为基础，构建备件库存管理模型。 3 设备工况条件的改变可以及时反映出备件的储备。 8 硕士学位论文 第2 章备件库存及故障诊断与寿命预测技术概述 2 1 维修备件库存管理的基本内容 设备管理是企业管理的一项极其重要的工作，尤其对资产密集型企 业，被现代企业管理学称之为命脉管理。从某种意义上说，设备管理的 好坏直接关系到企业能否持续稳定和协调地发展，提高设备的管理水平 使设备达到良好的运行状态、发挥最佳的经济效益、保持较长的寿命周 期已成为现代化企业设备管理的新课题。备件管理是设备管理的一个重 要内容，与运行管理和检修管理被称为设备管理的三大支柱。备件、装 备和劳动力统称为维修三大资源。备件管理水平的高低直接影响到设备 的可利用率和备件库存资金的周转。 长期以来在计划经济体制下，我国的企业对备件供应采用的是绝对 保证的策略，使得备件储备占用了大量资金。据统计，很多大型企业设 备维修费占企业生产成本的8 以上，而备件费用又占维修费的7 0 一8 0 。 为确保生产的持续进行，一定数量的备件储备是必要的。但是如果储备 量过大，一方面将导致企业占用大量的流动资金、增加无效的仓储面积、 增加保管费，用另一方面由于备件的长期存放备件锈蚀损坏，加上由于 生产及科技进步的需要，设备更新后的超储备件也将成为闲置或待报废 件，这都会致使企业增加生产成本、降低经济效益。提高备件的供应质 量、组织备件的合理储备、保证满足设备的检修工作的需要、以缩短设 备修理的停歇时间来充分利用设备，提高设备的有效利用率就可以用同 样多的设备来生产出更多的产品，从而提高劳动生产率、节约费用、降 低产品成本。因此在市场经济条件下，经济合理地组织备件供应、压 缩库存量、加速资金周转是一个值得研究的具有理论与实践意义的课题。 在我国，只把直接或间接参与改变劳动对象的形态和性质的物质资 料才看作设备。一般认为设备是人们在生产或生活上所需的机械装置和 设施等可供长期使用并在使用中基本保持原有实物形态的物质资料 当今世界，企业固定资产投资的7 0 为设备。随着计算机和信息技术 的突飞猛进，设备正分别朝着集成化、大型化、连续化、高速化、精密 化、自动化、流程化、综合化、计算机化、超小型化和技术密集化的方 向发展。先进的设备与落后的维修之问的矛盾将日益困扰着企业，成为 企业前进的障碍。客观上要求企业提高设备的自诊断能力和可维修性， 要求其设备具有更高的可靠性；同时则在呼唤更加良好的售后服务和社 9 基于剩余寿命的矿山设备备件管理技术研究 会化维修，以减轻企业设备自修的负担。在企业不断引入设备维修新技 术和设备管理新模式的同时，企业是否考虑到作为设备维修的后盾一一 维修备件管理也正在变得越来越重要了呢? 那么如何才能使维修备件管 理工作更好地为设备维修和管理服务呢? 设备管理是企业生产经营管理的基础工作。现代企业依靠机器和机 器体系进行生产，生产中各个环节和工序要求严格地衔接配合，生产过 程的连续性和均衡性主要靠机器设备的正常运转来保持。设备在长期使 用中的技术性能逐渐劣化( 比如运转速度降低) 就会影响生产定额的完 成，一旦出现故障停机更会造成某些环节中断，甚至引起生产线停顿。 因此只有加强设备管理，正确地操作使用，精心地维护保养，进行设备 的状态监测，科学地修理改造，保持设备处于良好的技术状态才能保证 生产连续稳定地运行。反之，如果忽视设备管理，放松维护检查修理改 造导致设备技术状态严重劣化，带病运转必然故障频繁，无法按时完成 生产计划如期交货。 设备管理中的重要内容是设备维修管理，而维修过程中用到备件。 库存管理不仅决定了维修的及时性，也决定了备件所占用流动资金的多 少。因此要进行备件的库存控制，首先必须弄清楚相关概念。因为不同 的备件采取的库存控制策略是不一样的。 维修备件库存管理是一项系统工程。在充分摆正和理顺部分与部分、 部分与整体、整体与外部环境之间辩证关系的前提下，要用系统过程的 理论和方法对该项工程进行规划研