崔國梁， 楊振興， 賀 棟

（中煤平朔集團(tuán)有限公司露天設(shè)備維修中心， 山西 朔州 036006）

0 引言

現(xiàn)代大型礦山為保證生產(chǎn)效率，一般都是執(zhí)行倒班制度，同時(shí)為了提高設(shè)備的利用率和開機(jī)率，執(zhí)行的都是“人停車不?！钡淖鳂I(yè)方案，這就給設(shè)備的運(yùn)行連續(xù)性和可靠性提出了極高的要求。為了實(shí)現(xiàn)經(jīng)營(yíng)效益的最大化，需要盡可能地降低備件數(shù)量，盡可能地提高備件資產(chǎn)的周轉(zhuǎn)率[1]。在這種要求下，維持設(shè)備運(yùn)行的連續(xù)性和可靠性的壓力在很大程度上轉(zhuǎn)嫁到設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)中。

對(duì)于單臺(tái)或者少量設(shè)備而言，只要保證了備件的數(shù)量和維護(hù)保養(yǎng)質(zhì)量就能保證設(shè)備的連續(xù)高效運(yùn)行。但是，對(duì)由多種類、大批量設(shè)備構(gòu)成的生產(chǎn)單位而言，部門之間的協(xié)調(diào)、備件成本和數(shù)量以及作業(yè)人員的素養(yǎng)等都可能直接影響企業(yè)的連續(xù)運(yùn)行，因此在考慮企業(yè)連續(xù)性和可靠性的影響因素權(quán)重中，備件維修效率、故障處理效率、備件準(zhǔn)備效率以及備件投入時(shí)機(jī)的選擇就占著極大的比重[2]。

可見，在實(shí)際的生產(chǎn)運(yùn)行中，要想實(shí)現(xiàn)企業(yè)高效、可靠、連續(xù)運(yùn)行的目的，除了設(shè)備的使用因素外，設(shè)備維護(hù)也起著決定性的作用。從設(shè)備的使用方案、使用者的操作水平來保證企業(yè)的穩(wěn)定高效運(yùn)行，屬于企業(yè)管理的主要研究方向，而本文主要研究設(shè)備維護(hù)的方式方法，以及設(shè)備維護(hù)方案對(duì)企業(yè)連續(xù)運(yùn)行的影響。以中煤平朔集團(tuán)有限公司露天設(shè)備維修中心在用的100 臺(tái)930E 卡車為范例，通過設(shè)計(jì)一種維修方案，以期實(shí)現(xiàn)設(shè)備連續(xù)、高效運(yùn)行的目的。

1 設(shè)計(jì)理念

本文的研究對(duì)象為從2008 年開始陸續(xù)投入使用的100 臺(tái)930E 卡車。這批設(shè)備為中煤平朔露天采剝的主力設(shè)備，運(yùn)行在采剝第一線，主要為采礦作業(yè)的土方剝離轉(zhuǎn)用。這一步完成質(zhì)量差，或者斷續(xù)作業(yè)將會(huì)直接導(dǎo)致采礦作業(yè)的后續(xù)工作無法進(jìn)行。在長(zhǎng)達(dá)14 年的運(yùn)行中，駕駛員的操作沒有重大改變，同時(shí)這批卡車一直以三班四制的作業(yè)工序進(jìn)行作業(yè)，故基本可以看作設(shè)備使用因素在十幾年中無變化。因此，要想保證企業(yè)的連續(xù)、高效運(yùn)行，只能從維護(hù)保養(yǎng)方面探討研究。本文設(shè)計(jì)的總成件投入方法從某種程度上保證了設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)的高效有序進(jìn)行。

為了實(shí)現(xiàn)企業(yè)（930E 卡車車間，后簡(jiǎn)稱車間）連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，本文將所有100 臺(tái)930E 卡車通過類比法[3]等同為一個(gè)設(shè)備，將組成卡車的總成件類比等同為設(shè)備的零件，因此車間的日常作業(yè)就可以簡(jiǎn)化為“設(shè)備”維修。通過周期性的檢修，防止重大意外故障的發(fā)生；通過預(yù)防性的預(yù)警管理，消除設(shè)備失效和非正常中斷的概率；通過對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)的整理分析，預(yù)見性地維護(hù)更換總成件，從而實(shí)現(xiàn)車間高效、連續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)行。

對(duì)于單臺(tái)設(shè)備來說，只要使用得當(dāng)、維修及時(shí)就能完全保證設(shè)備的連續(xù)運(yùn)行，這種作業(yè)，在備件管理[4]中相當(dāng)于備件數(shù)量不限、供貨時(shí)間為0，同時(shí)維修水平極高的“極限”作業(yè)。而在實(shí)際的生產(chǎn)作業(yè)中，總成件數(shù)量極大、周轉(zhuǎn)件有限、備件周期不確定，都是基本的制約條件。因此，在合理的時(shí)機(jī)下高效地將總成件投入使用，預(yù)見性的維護(hù)才是保證車間穩(wěn)定、持續(xù)運(yùn)行的關(guān)鍵。

2 方案執(zhí)行

由上分析可見，要想保證車間的連續(xù)運(yùn)行，必須在備件周轉(zhuǎn)數(shù)量、備件投入時(shí)機(jī)以及備件投入方式上作深入研究，前提是需要關(guān)注在用總成件的運(yùn)行情況，及時(shí)作出預(yù)警。也就是說，要想實(shí)現(xiàn)車間的連續(xù)、高效運(yùn)行，就需要根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際需要，選擇合適的時(shí)間停機(jī)，并在停機(jī)空檔期內(nèi)按時(shí)完成作業(yè)。

借用前文所述的類比關(guān)系，在“設(shè)備”（全部930E卡車）的維修和管理時(shí)，用來更換已磨損或者故障導(dǎo)致而不能使用的“零件”（總成件）的“維修”作業(yè)，就是備件管理。為了縮短設(shè)備修理的停機(jī)時(shí)間，事先組織采購、制造和儲(chǔ)備一定數(shù)量的配件就是本文所述的周轉(zhuǎn)件。車間可以根據(jù)具體的使用情況來確認(rèn)周轉(zhuǎn)件的數(shù)量，但是需要上級(jí)和其他有關(guān)部門的配合才能事先將周轉(zhuǎn)件的數(shù)量加以變更。因此，車間要實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的連續(xù)運(yùn)行，必須提前考慮備件情況，結(jié)合備件維修供貨時(shí)間來具體地安排設(shè)備的停機(jī)時(shí)間。

本文將設(shè)備的所有“零件”按拆裝時(shí)間軸做了全面統(tǒng)計(jì)，如表1 所示。這個(gè)統(tǒng)計(jì)表包括930E 卡車的所有總成件名稱、上下機(jī)時(shí)間、上下機(jī)原因、維修廠家等各類信息，是本文所述總成件投入方案設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。

表1 930E 發(fā)動(dòng)機(jī)更換記錄

2.1 預(yù)警時(shí)間設(shè)定

預(yù)警時(shí)間就是設(shè)備裝機(jī)后運(yùn)行至密封件開始老化，疲勞應(yīng)力急劇增加的壽命，這個(gè)階段設(shè)備還能正常運(yùn)行，但是故障率會(huì)極大增高，是設(shè)備完全破壞、功能喪失的可能性迅速增大的階段。一般情況下，預(yù)警時(shí)間遵循設(shè)備大修廠家提供的設(shè)備使用推介壽命。為了盡可能提高設(shè)備的利用率，降低單機(jī)維修成本，同時(shí)又不增加下機(jī)件的維修費(fèi)用，將預(yù)警時(shí)間在合理范圍內(nèi)延長(zhǎng)。本文通過總成件統(tǒng)計(jì)表，分別計(jì)算每次大修后的實(shí)際運(yùn)行時(shí)間，篩選掉非正常下機(jī)的總成件，求出總成件每次大修后的實(shí)際運(yùn)行平均壽命t1，反向篩選統(tǒng)計(jì)非正常下機(jī)的總成件在該輪大修中的占比η，以及非正常下機(jī)總成件的實(shí)際運(yùn)行壽命t2，通過公式t壽命=t1（1-η）+t2η，計(jì)算出該總成件在本輪大修的實(shí)際平均壽命。

分別計(jì)算出該總成件所有大修輪次的實(shí)際運(yùn)行壽命，由經(jīng)驗(yàn)公式[5]得出下一輪大修的預(yù)警壽命。擬合經(jīng)驗(yàn)公式時(shí)，需要考慮大修總輪次，總輪次越高，負(fù)向影響越大，同時(shí)需要考慮該總成件現(xiàn)在所處的運(yùn)行輪次，輪次越高負(fù)向影響同樣越大。由經(jīng)驗(yàn)公式設(shè)計(jì)出壽命修整參數(shù)μ，該參數(shù)一般隨著大修輪次的增加趨高。預(yù)警壽命按T預(yù)警=t壽命（1+μ）計(jì)算。

計(jì)算示例（后懸掛第三輪大修預(yù)警壽命）：

篩選整理總成件統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表得出后懸掛第一輪大修數(shù)據(jù)如表2 所示，分析后懸掛數(shù)據(jù)可得，后懸掛第一輪大修合計(jì)196 件，正常下機(jī)192 件，t1為33 007，t2值為13 358，η=（196-192）/196=2.04%，則t壽命1=t1（1-η）+t2η=33 007×（1-0.020 4）+13 358×0.020 4=32 606。

表2 后懸掛第一輪大修基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

同理篩選整理總成件基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表后，算出：t壽命2=27 370。

t壽命3=（t壽命1+t壽命2）/2=（32 606+27 370）/2=29 988，分析第二輪大修數(shù)據(jù)，可見大修后懸掛總數(shù)由196 減少為150，實(shí)際使用壽命由32 660 降至27 370，擬合數(shù)據(jù)分析，得出第三輪大修預(yù)警壽命修整參數(shù)μ 值為-15%，因此，第三輪大修時(shí)，后懸掛的預(yù)警壽命為：T預(yù)警3=t壽命3（1+μ）=29 988×（1-0.15）=25 490。

分析各個(gè)總成件現(xiàn)在運(yùn)行在第幾輪大修周期內(nèi)，并分別計(jì)算出其預(yù)警壽命，作為后續(xù)設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)所在。

2.2 監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行

這部分工作主要集中在日常保養(yǎng)和點(diǎn)檢作業(yè)中，需要關(guān)注各總成件的運(yùn)行情況、數(shù)據(jù)參數(shù)、油樣報(bào)告等狀態(tài)數(shù)據(jù)，并將這些資料記錄在日常故障維修中，如表3 所示。按總成件連續(xù)運(yùn)行的維修需求，將總成件一個(gè)大修周期內(nèi)的壽命分為質(zhì)保期、使用期、磨損期三個(gè)區(qū)間，不同區(qū)間監(jiān)控內(nèi)容側(cè)重不同。質(zhì)保期主要監(jiān)控總成件的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)是否符合使用需求，根據(jù)需求對(duì)總成件進(jìn)行注油、調(diào)整等作業(yè)；使用期主要通過各種維修監(jiān)控手段，判斷設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性，研判設(shè)備是否存在影響其壽命的嚴(yán)重隱患，比如發(fā)動(dòng)機(jī)是否存在曲軸箱壓力趨高，油樣中某一類元素含量異常變化等非正常數(shù)據(jù)；磨損期主要關(guān)注設(shè)備的疲勞參數(shù)，以及明顯異常，比如管路的老化程度，運(yùn)行參數(shù)的異常波動(dòng)，是否到達(dá)或趨近預(yù)警壽命等。

表3 日常維修故障

2.3 備件準(zhǔn)備

這部分工作需要全面了解車間總成件修理的分類狀態(tài)，不同的維修廠家修理周期不同，車間自修件的修理壽命受備件供貨情況的制約。維修周期長(zhǎng)、合同簽訂周期長(zhǎng)的總成件，按年用量簽訂合同，按月送出拆下舊件，及時(shí)提醒維修廠家，按時(shí)供貨，按計(jì)劃停機(jī)更換即可，對(duì)于維修周期短、到貨時(shí)間短的總成件，按季度或月用量簽訂合同，根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，聯(lián)系廠家供貨。

因此，車間需要定時(shí)關(guān)注設(shè)備總成件在機(jī)運(yùn)行時(shí)間記錄，隨時(shí)調(diào)整備件籌備工作，如表4 所示。對(duì)于處于質(zhì)保期的總成件，只要確保其工況良好、參數(shù)正常就行，突發(fā)故障由應(yīng)急備件和質(zhì)保備件協(xié)同解決；處于使用期的總成件，備件工作需要參考狀態(tài)分析中的故障趨勢(shì)來準(zhǔn)備，工況趨勢(shì)差的總成件，需要做好備件提前籌備工作；對(duì)于處于磨損期的總成件，從全局角度關(guān)注其運(yùn)行壽命，達(dá)到預(yù)警壽命的及時(shí)更換，沒有達(dá)到預(yù)警壽命的關(guān)注故障記錄，及時(shí)更換總成件。

表4 總成件在機(jī)運(yùn)行時(shí)間記錄單位：h

2.4 停機(jī)更換

停機(jī)更換屬于本方案的最后執(zhí)行階段，需要考慮的是停機(jī)時(shí)機(jī)。這個(gè)時(shí)機(jī)的確認(rèn)需要根據(jù)具體的總成件和生產(chǎn)需要確認(rèn)，在保證更換作業(yè)的同時(shí)，不能對(duì)連續(xù)作業(yè)造成太大影響。根據(jù)設(shè)備的投入運(yùn)行數(shù)量、作業(yè)司機(jī)人數(shù)、配套電鏟的運(yùn)行數(shù)量以及月產(chǎn)量的要求，綜合考慮總成件更換停機(jī)時(shí)間，同時(shí)停機(jī)更換總成件需要參考總成件更換的作業(yè)時(shí)間。對(duì)于更換時(shí)間少于8 h 的作業(yè)不必要專門停機(jī)作業(yè)，這部分總成件的最佳更換時(shí)機(jī)可以安排在設(shè)備保養(yǎng)當(dāng)天，而作業(yè)時(shí)間超過8 h 的須專門調(diào)車停機(jī)，計(jì)劃更換總成件。

這部分設(shè)計(jì)中，生產(chǎn)的月計(jì)劃隨市場(chǎng)及供應(yīng)條件日趨變化，沒有任何規(guī)律可言。因此，按照在生產(chǎn)作業(yè)強(qiáng)度高時(shí)，總成件更換數(shù)量相應(yīng)減少的理念進(jìn)行模糊設(shè)計(jì)；設(shè)備投入數(shù)量對(duì)生產(chǎn)礦整體來說，沒有變化，但是對(duì)應(yīng)到獨(dú)立的作業(yè)礦區(qū)，又是隨采區(qū)變化而稍有變動(dòng)的，因此這部分因素對(duì)本文設(shè)計(jì)的投入方案的影響較??；配套電鏟、作業(yè)司機(jī)的數(shù)量在以年為單位的時(shí)間跨度內(nèi)，變化很小，因此對(duì)停機(jī)時(shí)機(jī)設(shè)計(jì)的影響基本為0，可以不予考慮。所有本文將這些考量因數(shù)整合為時(shí)間變量因子μ變量，取值一般為2%～7%，設(shè)備運(yùn)行的極限壽命設(shè)計(jì)為：Tmax=T預(yù)警（1+μ變量），設(shè)計(jì)要求在總成件達(dá)到極限壽命時(shí)必須進(jìn)行更換作業(yè)。

假設(shè)備件供貨時(shí)間為T供貨，設(shè)備預(yù)警時(shí)間為T預(yù)警，總成件更換作業(yè)時(shí)間為T更換，設(shè)備的極限運(yùn)行時(shí)間為Tmax，設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行時(shí)間為T實(shí)際。那么，為了實(shí)現(xiàn)設(shè)備的連續(xù)運(yùn)行，就是必須保證實(shí)際運(yùn)行時(shí)間介于極限運(yùn)行時(shí)間與總成件預(yù)警運(yùn)行時(shí)間和更換作業(yè)時(shí)間和之間，即T預(yù)警+T更換≤T實(shí)際≤Tmax。同時(shí)保證供貨時(shí)間處于預(yù)警時(shí)間和極限運(yùn)行時(shí)間之間：T預(yù)警≤T供貨≤Tmax。由這兩個(gè)不等式，可得出以下結(jié)論：必須在設(shè)備運(yùn)行至預(yù)警壽命至極限壽命之間時(shí)，完成總成件的籌備，在這個(gè)時(shí)間區(qū)間內(nèi)擇機(jī)更換總成件；適時(shí)調(diào)整變量因子可以動(dòng)態(tài)調(diào)整設(shè)備下機(jī)的整體時(shí)段選擇，為應(yīng)對(duì)生產(chǎn)緊張時(shí)的需求提供理論支持；如圖1 所示，縮短更換時(shí)間可以將更換作業(yè)盡可能地靠近極限運(yùn)行時(shí)間，即更換作業(yè)的時(shí)間可以影響設(shè)備連續(xù)運(yùn)行的時(shí)間，同樣縮短維修作業(yè)時(shí)間可以提高設(shè)備的使用率。

圖1 總成件運(yùn)行壽命

3 結(jié)語

本文實(shí)際總成件投入使用方案試運(yùn)行以來，極大提高了總成件的使用率，同時(shí)合理、及時(shí)、高效的總成更換也保證了930E 卡車的連續(xù)運(yùn)行，基本實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)目的。當(dāng)然本文設(shè)計(jì)方案只考慮正常情況下的總成投入方案，不涉及總成件升級(jí)改造、互換調(diào)整等方面的內(nèi)容，同時(shí)本文方案對(duì)突發(fā)異常故障而更換的總成件按整合歸納的方法進(jìn)行了折算，因此可能在實(shí)際操作中存在精確性不足的問題，這些問題也是后續(xù)方案設(shè)計(jì)的方向所在。