徐 宏，全湘平，唐 敏

(1.湖南省高速公路監(jiān)控中心，湖南長沙 410003;2.湖南省交通科學(xué)研究院，湖南長沙 410015)

0 引言

高速公路機(jī)電設(shè)備是高速公路正常運(yùn)營的基礎(chǔ)保障，對于發(fā)揮高速公路的高品質(zhì)服務(wù)起著舉足輕重的作用，由于高速公路的不間斷運(yùn)營特點，對其配套的機(jī)電設(shè)備也提出了高質(zhì)量的要求。高速公路機(jī)電設(shè)備數(shù)量大、種類多，隨著使用年限的增加，必然會存在使用性、經(jīng)濟(jì)性等下降的現(xiàn)象，并對系統(tǒng)運(yùn)營產(chǎn)生不可忽視的影響。而目前對機(jī)電設(shè)備使用壽命的研究多是針對于設(shè)備的使用、保養(yǎng)、維修、管理的過程和設(shè)備的故障率［1～6］，很少從設(shè)備壽命方面進(jìn)行研究，導(dǎo)致設(shè)備的報廢更新沒有明確的時間依據(jù)。本文通過對高速公路機(jī)電設(shè)備進(jìn)行壽命分析，提出以經(jīng)濟(jì)壽命為主要指標(biāo)的壽命確認(rèn)方法，為機(jī)電設(shè)備的報廢更新提供依據(jù)。

1 高速公路機(jī)電設(shè)備壽命類別

高速公路機(jī)電設(shè)備的壽命可分為自然壽命、經(jīng)濟(jì)壽命和技術(shù)壽命。設(shè)備的自然壽命，是指設(shè)備從開始使用到報廢為止所經(jīng)歷的時間，其長短主要取決于設(shè)備的自身質(zhì)量、運(yùn)行過程中的使用、保養(yǎng)和正常維護(hù)。設(shè)備的經(jīng)濟(jì)壽命是指設(shè)備從使用到因經(jīng)濟(jì)上不合算而停止使用所經(jīng)歷的時間。這里所說的不合算是指維持設(shè)備的繼續(xù)使用所需要的維持費(fèi)用大于設(shè)備繼續(xù)使用所帶來的收益。設(shè)備的技術(shù)壽命是指設(shè)備從開始使用到技術(shù)過時的時間，其在很大程度上取決于社會技術(shù)進(jìn)步和技術(shù)更新的周期。

對于高速公路機(jī)電設(shè)備來說，自然壽命一般由設(shè)備制造商根據(jù)多年的生產(chǎn)經(jīng)驗和大量的數(shù)據(jù)累積，以及用戶的反饋信息來確定給出。技術(shù)壽命由于科技發(fā)展的不可預(yù)見性，往往難以計算得出，但其相對較長，且對設(shè)備更換的影響較?。?］。設(shè)備的經(jīng)濟(jì)壽命與設(shè)備本身的物理性能、自然壽命、技術(shù)進(jìn)步速度、設(shè)備使用的外部環(huán)境的變化等都有直接的聯(lián)系。在設(shè)備更新分析中，經(jīng)濟(jì)壽命是確定設(shè)備最優(yōu)更新期的主要依據(jù)。這也符合經(jīng)濟(jì)效率最大化的經(jīng)濟(jì)原則。一般而言，自然壽命和技術(shù)壽命都要長于其經(jīng)濟(jì)壽命。

考慮實際情況，以及經(jīng)濟(jì)效益最大化的經(jīng)濟(jì)原則，高速公路機(jī)電設(shè)備的更新可采用設(shè)備的經(jīng)濟(jì)壽命為中主要依據(jù)。

2 高速公路機(jī)電設(shè)備經(jīng)濟(jì)壽命的確定

設(shè)備經(jīng)濟(jì)壽命的確定主要有兩種方法:年平均使用成本法和低劣化數(shù)值法。

2.1 年平均使用成本法

年平均使用成本即每年使用固定資產(chǎn)的平均成本。它由兩個部分組成:一是持有成本，這部分是設(shè)備成本的年攤銷額，主要包括折舊、占用資金利息等。二是運(yùn)行成本。主要包括維修費(fèi)用以及原材料、能源消耗增加費(fèi)用等。

隨著固定資產(chǎn)的價值逐漸減少，折舊費(fèi)用隨之減少，因此運(yùn)行成本與持有成本兩者是互為消長關(guān)系。在固定資產(chǎn)使用前期，持有成本的減少大于運(yùn)行成本的提高。固定資產(chǎn)的年平均使用成本呈下降趨勢，但超過一定期限后，持有成本減少就小于運(yùn)行成本的提高，使用固定資產(chǎn)平均使用成本轉(zhuǎn)而上升，兩者之和呈馬鞍形，如圖1示。因此，必然存在一個最經(jīng)濟(jì)的使用年限。

圖1 固定資產(chǎn)的年平均使用成本

設(shè)備經(jīng)濟(jì)壽命計算模型:年平均使用成本最小法:

式中:C為固定資產(chǎn)原值;Sn為n年后固定資產(chǎn)余值;Cn為第n年運(yùn)行成本;n為預(yù)計使用年限;i為投資最低報酬率;UAC為固定資產(chǎn)平均年成本;P/(A，i，n)為普通年金現(xiàn)值系數(shù)。

因此，UAC為最小值時的n，為該固定資產(chǎn)的更新年限。

2.2 低劣化數(shù)值法

設(shè)備隨著使用年限的增長，有形磨損和無形磨損不斷加劇，設(shè)備的運(yùn)行費(fèi)用相應(yīng)增大，這就是設(shè)備成本低劣化現(xiàn)象。如果能按照統(tǒng)計資料預(yù)測這種低劣化程度每年以λ的數(shù)值呈線性遞增，則可能在設(shè)備使用早期即可測定設(shè)備的最佳更新期。每年是以λ的數(shù)值呈線性遞增，則t年內(nèi)每年的平均低劣化值為λ，平均每年的設(shè)備費(fèi)用為［8］:

設(shè)備的最佳使用期te為C最低時的使用年限。令=0，則:

式中:C為設(shè)備年使用費(fèi)用;t為設(shè)備的使用年限;A為設(shè)備的購置費(fèi);Lt為設(shè)備第t年年末時的殘值;i為資金年利息率;B為設(shè)備1 a的正常運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)。

3 應(yīng)用實例

以湖南某條高速公路的機(jī)電設(shè)備壽命分析為例，具體的機(jī)電設(shè)備如下:

收費(fèi)系統(tǒng):工控機(jī)、收發(fā)卡機(jī)、顯示器、收費(fèi)鍵盤、票據(jù)打印機(jī)、自動欄桿、費(fèi)額顯示器、車牌識別、計重設(shè)備、服務(wù)器、工作站、UPS、激光打印機(jī) 、內(nèi)部對講、廣場攝像機(jī)、車道攝像機(jī)、室內(nèi)攝像機(jī)、硬盤錄像機(jī)、監(jiān)視器、視頻分配器等。

監(jiān)控系統(tǒng):大型可變情報板、車檢器、限速標(biāo)志、能見度儀、外場攝像機(jī)、彩色噴墨打印機(jī)、多串口卡、光端機(jī)、地圖板、大屏等。

主要是分析貴重、復(fù)雜、耐用設(shè)備的經(jīng)濟(jì)壽命，其他廉價、簡單、消耗性設(shè)備直接利用自然壽命，不做經(jīng)濟(jì)壽命分析。經(jīng)濟(jì)壽命分析采用年平均使用成本最小法，分析結(jié)果如表1所示。

表1 某條高速公路機(jī)電設(shè)備壽命分析 a

續(xù)表1 某條高速公路機(jī)電設(shè)備壽命分析 a

最終得出設(shè)備更換計劃表，見表2。

4 結(jié)束語

科學(xué)合理地確定高速公路機(jī)電設(shè)備的壽命，能夠提高設(shè)備的使用效率和降低能耗，對充分發(fā)揮高速公路的效能和正常運(yùn)行具有重大作用。本文關(guān)于高速公路機(jī)電設(shè)備的壽命分析還有較多不足之處，各類壽命指標(biāo)可以進(jìn)行綜合考慮，還有待進(jìn)一步加強(qiáng)。

表2 某條高速公路機(jī)電設(shè)備更換計劃表

［1］李榮平.對高速公路機(jī)電設(shè)備使用壽命的思考［J］.中國交通信息產(chǎn)業(yè)，2010:106-108.

［2］Ruey huei yeh，Kow-Chin Kao.Optimal Preventive Maintenance Policy for Leased Equipment Using Failure Rate Reduction［J］.Computer＆Industrial Engineering，2009，57(1):304-309.

［3］Nader M O，Dan M F.Redundancy of Structural Systems with and Without Maintenance:An Approach Based on Lifetime Functions［J］.Reliability Engineering and System Safety，2010，95(5):520-533.

［4］Natali Hritonenko，Yuri Yatsenko.The Dynamics of Asset Lifetime Under Technological Change［J］.Operations Research Letters，2008，36:565-568.

［5］李 卓.高速公路機(jī)電設(shè)備故障預(yù)測及維修決策系統(tǒng)研究［D］.西安:長安大學(xué)，2009.

［6］陳 琦.基于可靠性的設(shè)備維護(hù)優(yōu)化研究［D］.天津:天津大學(xué)，2008.

［7］饒永波，常治元，等.高速公路機(jī)電設(shè)備使用壽命預(yù)測模型［J］.河南科技大學(xué)學(xué)報，2011，32(2):12-15.

［8］李景元，李久州，等.油氣管道站場生產(chǎn)設(shè)備使用壽命研究［J］.油氣儲運(yùn)，2009，28(9):73-75.