总装车间举升机最小成本预防性维修策略研究

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设备设计／诊断维修／再制造 现代制造工程(Modern Manufacturing Engineering) 2013年第 10期总装车间举升机最小成本预防性维修策略研究王胜利 ，王媛(1一汽-大众汽车有限公司，长春 13001 1；2天津大学管理与经济学部，天津 300072)摘要：以轿车厂总装车间举升机为研究对象，制定既能够保证车间正常生产又能够使维修费用降到最低的维修方案。

根据实践经验，将维修费用分为设备发生故障前可按时完成预防性维修成本、设备发生故障前不可按时完成预防性维修成本以及故障后维修成本三个部分。将举升机化整为零，对经常需要维修的零／部件逐一进行分析，按照实际情况为各个零／部件拟合最佳可靠度分布函数、维修费用等参数，最终建立维修费用优化数学模型，通过限定零件可靠度，采用Matlab软件求得能够使维修费用最低的预防性维修周期。

关键词：预防性维修；维修费用优化；举升机；总装车间中图分类号 ：TH186 文献标志码：A 文章编号：1671 133(2013)10．_0l16—4Research on assembly shop lifting machine minimumcost preventive maintenance strategyWang Shengli 一。Wang Yuan(1 FAW-Volkswagens Automobile Company，Changchun 13001 1，China；2 Colege of Management and Economy，Tianjin University，Tianjin 300072，China)Abstract：Based on car assembly shop in the automobile company situation，takes lifting machine as research object，which cannot only guarantee the normal shop production，but also minimize maintenance costs．According to many years of experience inworkshop，the machine maintenance costs are divided into three pans：fault preventive repair costs，unfinished fault preventive re—pair costs and repair costs for eliminating faults．Breaking up the lifting machine into pans，aims to analyze the repair pans，ac—cording to the actual conditions for various parts，fit optimum reliability distribution function，deduct the repair costs and other pa·rameters，finaly establish the mathematical model for repair cost by defining the component reliability using Matlab to obtainedthe minimum cost preventive repair cycle.

Key words：preventive maintenance；maintenance costs optimization；lifting machine；car assembly shop0 引言伴随着科学技术的发展，企业生产设备系统向着大型化、综合化方向发展，生产设备系统的日常维护也 日益复杂。车间的各种设备在工作过程中，不可避免地会出现故障。故障的产生会极大地干扰车问的正常生产秩序，降低生产效率，使得产品的附加成本提升，降低企业的利润。维持车间生产工作正常进行，对于提高生产系统的生产效率，提高企业利润，提升企业的市场竞争力有着至关重要的作用 J。

目前针对轿车厂总装车间(简称总装车间)主要有两种方法能够减少由于车间各种设备故障引起的生产延误。其一，即在两个生产设备之间建立缓冲地带，将两个生产设备之间的未完成产品存储在一个适11 6当规模的库存中，这样在上一台设备出现故障后，后续的设备能够正常开动，从而不影响正常的加工生产。其二，目前各个生产车间普遍采用的维护方法是预防性维修(Preventive Maintenance，PM)，即根据各种设备的特性，对其损坏时间以及周期进行相应的预测，在设备出现问题之前，寻求由于预防性维修引起的停台和由于故障维修引起的停台损失之间的平衡点，使车间损失降到最低，尽量在不影响总生产线正常运作的情况下，对相应的设备进行定期维护。对于汽车这类复杂的产品，总装车间生产工位多，设备种类与数量繁多，如果在每台设备之间都建立库存区，从空间角度、原材料库存角度和管理等各个方面考虑均不可取。因而预防性维修成为车间管理者制定车问设备维护的重要管理方法。

王胜利 ，等：总装车间举升机最小成本预防性维修策略研究 2013年第 1O期举升机是总装车间最重要的生产设备之一，它处于流水线的要塞部位。举升机一旦出现故障，没有任何其他应急的生产措施来保障工厂的正常生产，这也给汽车生产线带来 巨大的损失。本文将对汽车生产环节中总装车间的车体举升机的预防性维修策略进行分析，通过多年积累的维修经验，对举升机各个零／部件的可靠度分布函数、维修费用进行分析，建立维修成本数学模型，求得能够保证生产且维持最低维修费用的预防性维修周期。

1 维修策略分析维修策略的基本原则是在能够满足设备运行可靠度的前提下，尽最大可能降低总维修费用(维修费用 +由于耽误生产而造成的生产损失)，从而实现维修过程的优化，进而提高生产效率 J。较为传统的维修理论有故障限制策略、计划性维修策略以及仅在故障发生后进行的维修策略。而较为先进的预防性维修策略主要分为以下三种 引。

1)基于设备使用寿命的预防性维修策略：由于每套设备都有其使用寿命，在达到寿命期限后，设备进入不稳定状态或者报废。基于这一原则，在一台设备达到使用寿命后进行更换，可以在一定程度上保证生产正常进行，但是由于设备稳定性的不确定性，在其寿命周期内便有可能出现故障而造成生产停滞。

2)周期预防性维修策略：周期预防性维修策略是目前使用的最为广泛的一种维修方法，即以维修记录为依据制定维修周期。此类方法简单有效，但只是简单地以时间为参考，没有随着设备使用时间的变化而变化，所以没有充分利用设备的使用寿命，有时会造成资源浪费。

3)顺序预防性维修策略：与周期预防性维修策略类似，顺序预防性维修策略同样是以时间轴为参考依据，但是不同点在于顺序预防性维修策略的维修时间不固定，需要随着设备使用时间的增加而增加预防性维修的频率，这样能够减小由于设备磨损而造成故障的几率，但是预防性维修的周期会逐渐缩短。

目前我国的维修策略主要采用计划性维修、周期性维修和故障后维修相结合的方法。相对于西方发达国家，我国的维修策略以及理论较为落后，不利于企业生产，使得我国工业产品的国际竞争力不足。

2 预防性维修策略模型的建立为提高生产效率，降低生产成本，本文以预防性维修策略作为指导思想来组织生产。预防性维修的关键点在于确定预防性维修周期，如果预防性维修频率过低，那么由于设备故障而引起的生产停滞频率便会增高，造成的损失增加，同时由于故障后维修的成本远大于故障前维修 的成本，因而会加剧企业 的损失。如果预防性维修次数过于频繁，虽然由于设备故障引起的生产停滞所造成的损失减少，但是由于维修期间需要生产设备停台，使生产暂停，亦会增加企业的损失 ，所以本文采取的解决方案为：利用按计划完成生产任务后的休息时间对设备进行预防性维修，由此可以避免因预防性维修而出现的生产设备被动停台的情况。但是，对于一些较为复杂的设备，每一次预防性维修都可能遇到各类复杂问题，因此存在休息期间预防性维修无法完成的可能。如果发生上述情况，将会对新的生产周期产生影响，造成损失。因此在建立模型的过程中，需要同时考虑预防性维修能够在休息期间完成以及无法完成这两种情况。经过实践发现，上述两类情况的发生存在一定的概率性。

依照上述原则，可以将设备维修成本分成三个部分，即故障前可按时完成预防性维修成本、故障前不可按时完成预防性维修成本以及故障后维修成本。

设故障前预防性维修周期为 ，故障前可按时完成预防性维修成本为 c。，故障前不可按时完成预防性维修成本为c 故障后维修成本为c ，在单位故障前预防性维修周期内，单体部件可靠度为 R(T)[4-5]，其中R( )的取值范围为(0，1]，尺( )为 1时，说明设备是终身免维护的，R(T)越小，说明设备可靠度越差。

在一年时间内，预防性维修的次数与预防性维修周期成反比。则一年内设备预防性维修总费用 c的表达式为：C={C R( ) +C以 ( )(1一 )+c [1一尺( )]}(365／T) (1)式中：c。为故障前可按时完成预防性维修成本；cp 为故障前不可按时完成预防性维修成本；C 为故障后维修成本； 为设备故障前可按时完成预防性维修的概率；R( )为零件可靠度；T为预防性维修周期，取值范围为(0，365]。

以可靠度作为约束条件，由此建立预防性维修优化模型为：minC=min{CPR( ) +CpdR( )(1一 )+c [1一月( )]}(365／T) (2)0

举升机是汽车生产线中极为重要的组成部分，其主要任务是在汽车装配过程中将待装配车体从吊具上移至不同的装配线上，使得流水式生产线能够顺利开动。举升机组成结构主要包括滑动轨道、配重块、吊带、举升驱动电动机、举升传动机构，锁紧电动机以及锁紧机构等。经过长时间的实践发现，此举升机中维修周期较短的部件主要有举升驱动电动机、举升传动机构、锁紧电动机、锁紧机构、导轨滑轮及滑轮轴系部件，这些部件的故障前可按时完成预防性维修成本、故障前不可按时完成预防性维修成本、故障后维修成本及各部件数量如表 1所示。

表 1 举升机各部件维修成本及数量举升驱动电动机举升传动机构锁紧电动机锁紧机构滑轮轴系部件导轨滑轮3 0002 2oo1 0001 400l 00070010 0006 3005 0006 0004 5oo3 00014 0008 0006 ooO8 0007 ooO5 000举升机各个部件的可靠度分布类型主要有威布尔分布以及指数分布两种 J，其中威布尔分布的概率密度函数P( )为：， 、口P(T)=exp[一f÷1] (3)、 u ，式中：o／为尺度参数，反应了设备平均故障间隔时间；为形状参数，反映了设备故障的概率。

指数分布的概率密度函数 ( )为：(T)=e (4)式中：A为率参数。

举升机各部件的预防性维修周期 、设备故障前可按时完成预防性维修概率 、可靠度分布类型、威布尔分布参数和指数分布参数如表 2所示。可靠度( )可以由威布尔分布函数或者指数分布函数求得。

由于 目前举升机预防性维修周期为半年，即 T=180天。肛 的数据来源于对检修工作的统计。，由于威布尔分布参数 和 分别表示设备平均故障间隔时间和设备故障概率，所以这些数据都可以在平时故障记录中统计得到。对于指数分布参数A值，可以根据指数分布的数学期望 (T)=1／A得到，数学期望 E( )11 8表 2 举升机各部件维修参数本文采用 Matlab软件中的Surf函数、Plot3函数，以及 Fmincon函数进行数据分析。依照本文建立的数学模型以及相关的各类数据，最终绘得预防性维修周期 、设备可靠度R( )以及维修总成本 C的关系图如图1所示。

1＼ 0 ×U图 1 预防性维修周期 、设备可靠度R(T)以及维修总成本 C关系图由图 1所示可以看出，一年内设备预防性维修的总成本随着预防性维修周期的增加而呈递减趋势，而设备的可靠度同样随着预防性维修周期的递增呈下降趋势。管理者的目标是在降低预防性维修总成本的同时保证设备的可靠度，图1中的点A表明，以92天为预防性维修周期，可以保证设备的可靠度为90％，此时预防性维修总成本约为 28万元，点 A是满足设备可靠度要求且预防性维修总费用最低的平衡点。

根据优化结果，制定了举升机关键部件的检修周期为季检。在保证设备可靠度的同时，使维修费用降到最低，举升机设备点检卡如图2所示。

4 结语本文以轿车厂总装车间的举升机设备为研究对象，通过分析该设备以往维修记录，以及调研先进的王胜利，等：总装车间举升机最小成本预防性维修策略研究 2013年第 10期一 汽一大众汽车有耀公司轿车=厂总装车御设鲁点检卡(维修>盛●毫粕 一 举^地 盘 癌t●●Ih 州硪鲁·一 ‘rol 潞 ■一 妻耆 ■■t ^
n -_ 墨- 豳 · ●啊 点播人签字轻 长蕾字图2 举升机设备点检卡维修管理理论，讨论了预防性维修策略。同时建立了以举升机预防性维修总成本最小化为目标的数学模型，以设备的可靠度为约束条件，经Matlab软件计算得出既能够保证车间的生产效率又能使维修费用降到最低的预防性维修周期。实践表明，按照优化后的预防性维修周期对设备进行定时维护，能够在较大程度上提高生产效率，提升举升机的可靠度。

由于总装车问的总装生产线由众多各类型的设备组成，各设备间存在较大的差异性，因而本文建立的数学模型具有局限性，仅能够实现局部优化。若想实现整体车间的维修策略，仍需对数学模型进行不断的研究和优化。

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作者简介：王胜利，硕士研究生，研究方向为企业管理。

E—mail：shengli．wang### faw一、w．COITI收稿 日期 ：2012 8-05(上接第28页)4)AMC电磁转矩的波动幅值与感应电流及输出转差率的稳定性有关。当电流波形为稳定的正弦曲线且转差率恒定时，电磁转矩波动幅值最小，曲线趋于稳定。

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作者简介 ：葛研军，教授，博士，主要研究方向：电磁传动及智能控制。

贾峰 ，硕士研究生，研究方向为：机械制造及其 自动化。

E—mail：jr861 125###yeah．net收稿 日期 ：2012439~0119