基于電梯交通流模型的部件生命周期計算方法研究

姚志勇

摘 要：本文針對生命周期管理（PLM，Product Lifecycle Management）系統(tǒng)的核心技術(shù)——電梯生命周期的計算，提出了基于電梯交通流模型的部件生命周期計算方法。該方法以電梯的交通流分析為基礎(chǔ)，建立了電梯的交通流模型；根據(jù)交通流模型計算電梯平均日運行次數(shù)；從而計算出電梯部件以時間為單位的生命周期。并且通過對大量交通流量數(shù)據(jù)的分析和統(tǒng)計驗證了計算方法的有效性。因此，將計算方法植入PLM軟件系統(tǒng)中，就可以自動計算出部件的生命周期。PLM系統(tǒng)可以跟據(jù)部件生命周期自動生成維保工作作業(yè)單和物料清單。這樣可以大大提高維保工作的效率，減少不必要的人員和材料的浪費。同時，PLM還可以根據(jù)部件生命周期估算出售后服務(wù)階段產(chǎn)品維護的費用（部件更換的工費和材料費），從而幫助公司做好運營決策，管理好資金流。

關(guān)鍵詞：生命周期管理；交通流量；電梯部件

1 引言

隨著中國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，特別是房地產(chǎn)的大發(fā)展，帶動電梯行業(yè)高速發(fā)展，以至于電梯企業(yè)如雨后春筍迅速增加，競爭日趨激烈。許多聰明的管理者引入了產(chǎn)品生命周期管理（一般稱為PLM）。產(chǎn)品生命周期管理是一個集成的、信息驅(qū)動的方法，它涵蓋了從設(shè)計、制造、配置、維護、服務(wù)到最終處理的產(chǎn)品生命周期的所有方面。PLM系列軟件能夠存取、更新、處理和推理由局部的和分布環(huán)境中產(chǎn)生出來的產(chǎn)品信息。換句話說，PLM將用低廉的信息比特（bits）的運動來代替昂貴的物理原子的運動。因此，用PLM系統(tǒng)解決售后電梯部件生命周期的過程，就是將生命周期計算模型植入計算機的過程。

2 基于交通流量模型的生命周期計算

大多數(shù)部件生命周期參數(shù)皆是運行次數(shù)，而不是時間。本文提出了基于電梯交通流模型的部件生命周期計算方法：首先依據(jù)每日的交通流量分析分解成幾種不同的電梯運行模型。然后，根據(jù)每一種模型計算往返一周時間RTT和電梯往返一周中可能的停站數(shù)F（F實際上就是電梯往返一周的啟動次數(shù)或者運行次數(shù)）。接著，根據(jù)每種模型所占的時間區(qū)間計算出在這個區(qū)間內(nèi)的運行次數(shù)R。其后，將所有區(qū)間運行次數(shù)R加起來得到每天的運行次數(shù)Rd。最后，用部件的運行次數(shù)除以每天運行次數(shù)，就可以得到以時間為單位的生命周期。

2.1 建筑物的客流分析及交通需求

電梯服務(wù)的環(huán)境因大樓的用途不同而千差萬別，所以電梯的交通流量狀況也各不相同。本文將以一個普通辦公大樓交通流量統(tǒng)計情況為例。辦公大樓的特點是上、下班以及中午時刻會出現(xiàn)客流高峰。上班時屬于上行高峰，客流的主要流量是由大樓的主端站，通常位于底層，流向各樓層。下班時相反，由各層流向主端站。中午的客流的方向視餐廳的位置而定。除了這三個時間的客流高峰外，其余時間的客流量都比較少。

2.2 交通流量模型

上面的客流分析和統(tǒng)計還是比較抽象，無法用來計算。因此，必須使其具體化、量化——建立電梯的服務(wù)形式模型。本文做如下假設(shè)：

（1）不考慮群控的情況。

（2）本文把電梯的運行情況視為對稱的--上高峰與下高峰對稱，平時往返一周的運行也是對稱的。這主要是從客流情況考慮的：根據(jù)統(tǒng)計學(xué)分析，每天有多少人次被運上去，就有多少人次被運下來。進一步，上、下高峰所運送的人次基本相同，只是方向相反；平時，一臺電梯向上運送的人次應(yīng)該基本等于向下運送的人次。從另一個角度分析，每一位大樓里的乘客一天在樓里的運動軌跡也遵循對稱的原則。（以上的分析是在不考慮群控的情況下做出的）

（3） 一棟樓的交通流量基本恒定，理論上會有變化，如有人出差，流量減少；相反，有客到訪，流量會增加。

上行高峰：上行單程區(qū)間快行。在上班交通中，從基站上行到某層是快行區(qū)間；再往上是短區(qū)間。下行是快行區(qū)間。

非高峰運行：往返區(qū)間快行。從基站到某一層的上下行都是快行區(qū)間；再往上的上、下行都是短區(qū)間的一種服務(wù)方式。根據(jù)交通流量統(tǒng)計圖，正常運行主要分為兩種情況：午餐交通和正常運行。午餐交通實際上如上下高峰，運輸?shù)娜藛T比較多，只不過上行和下行的人數(shù)差不多或者說相等。但是正常運行期間，雖然運行模型同午餐交通，但是運輸?shù)娜藛T只有午餐交通時的一半。

下行高峰：下行單程區(qū)間快行。在下班交通中，上行是快行區(qū)間。再往下是短區(qū)間，然后返回基站是快行區(qū)間。

運用以上4種運行模型簡化了電梯一天交通流量分布。其中，上、下高峰所運送的人次基本相同，只是方向相反。因此，可將上、下高峰模型合并處理。同時，正常運行期間，雖然運行模型同午餐交通，但是運輸?shù)娜藛T只有午餐交通時的一半。因此，可以重點討論午餐交通模型，然后將其結(jié)果減半來代替正常運行模型。

2.3 電梯交通流量計算

2.3.1往返一周時間RTT（Round Trip Time）

所謂往返一次時間是從轎廂回到基站開始算起，把乘客從基站送到前方層再回到基站所用的時間。通常RTT由以下幾部分組成：乘客出入轎廂時間Tp；開關(guān)門的總時間Td；轎廂行駛時間Tr；運行一周損失時間Tl。所以單梯往返一周的時間為：

RTT=Tp+Td+Tr+Tl （1）

損耗時間Tl和轎廂門寬、電梯乘客人數(shù)、乘客年齡等因素有關(guān)。通過統(tǒng)計分析，損失時間為乘客出入總時間和電梯開關(guān)門總時間之和的10%，所以：

Tl=0.1（Tp+Td） （2）

RTT=1.1（Tp+Td）+Tr （3）

已知每個乘客出入時間為Tp，它與出入寬度系數(shù)K和電梯往返一周可能停站數(shù)F有關(guān)。

Tp=0.8+KF1/3 （4）

在一個電梯運行周期RTT內(nèi)，由于電梯乘客人數(shù)為r，所以計算電梯出入總時間為：

Tp=r×Tp （5）

在一個運行周期內(nèi)，電梯開關(guān)門總時間為：

Td=Td×F （6）

其中，F(xiàn)為電梯往返一周中可能的停站數(shù)，Td為單層開關(guān)門時間，在單程區(qū)間快行服務(wù)方式下，電梯行車總時間Tr為：

Tr=Trl+Tre （7）

其中，Trl為短區(qū)間行車總時間；Tre為快行區(qū)間行車總時間。

當(dāng)Sf>2Sa時，

SH=（H-1）×Sf （8）

Tr=2SH/V+ta×F （9）

當(dāng)Sf<2Sa時，

Tr=tr×fl+（Se+SH）/V+2ta （10）

其中，Sa為電梯加速距離；SH為電梯從底層到平均最高返回層的距離；Se為上、下行單程區(qū)間快行距離；Sf為平均電梯層高（除了大廳層，一棟建筑的層高通常都一樣）；H為平均最高返回層；ta為電梯加速時間；tr為層間運行時間。

2.3.2 電梯往返一周可能的停站數(shù)

F為電梯往返一周的停站數(shù)，即電梯的啟動次數(shù)或者運行次數(shù)。

（1）上、下班高峰，往返一周可能的停站數(shù)

F=fl+fe （11）

其中，fl為短程區(qū)間內(nèi)可能停站數(shù)；fe為快行區(qū)間內(nèi)可能停站數(shù)，等于2

（12）

（2）非上、下班高峰，往返一周可能的停站數(shù)

（13）

（14）

上文已經(jīng)假設(shè)上行運輸?shù)娜藬?shù)等于下行運輸?shù)娜藬?shù)，所以ru=rd，同時，fe=2

（15）

2.3.3 電梯平均最高返回層

經(jīng)過統(tǒng)計分析，電梯平均最高返回層H與電梯的層站數(shù)有關(guān)，如下式：

（16）

2.4 生命周期計算

有了電梯平均日運行次數(shù)Rd，用部件的運行次數(shù)除以日運行次數(shù)，就可以得到以天為單位的生命周期。進一步，如果是辦公電梯，一年通常工作250天，用以天單位的生命周期除以250就可以得到以年為單位的生命周期；如果是住宅電梯，一年工作365天，用以天單位的生命周期除以365就可以得到以年為單位的生命周期。

3 生命周期計算方法應(yīng)用和驗證

3.1 上、下班高峰每小時運行次數(shù)計算

（1）Tr的計算

應(yīng)用公式16，計算電梯平均返回層

電梯乘客人數(shù)為r=0.8Re=0.8×10=8。

因為Sf>2Sa，所以應(yīng)用公式（9），計算轎廂行駛時間

（2）每小時運行次數(shù)

因為是辦公樓電梯，所以通電持續(xù)率DC=0.5，RTT+AI=Tr/15=99.2/0.5=198.4（秒）

計算上、下高峰時一小時的運行次數(shù)

3.2 非高峰每小時運行次數(shù)計算（以午餐交通為例）

（1）Tr的計算

應(yīng)用公式16，計算電梯平均返回層

電梯乘客人數(shù)為：ru=rd=0.4Re=0.4×10=4

因為Sf>2Sa，所以應(yīng)用公式（9），計算轎廂行駛時間

（2）每小時運行次數(shù)

正如上文所述，午餐交通采用高峰運行通電持續(xù)率DC=0.5，RTT+AI=Tr/DC=89.6/0.5=179.2（秒）

計算上、下高峰時一小時的運行次數(shù)AI=40（s）

計算午餐交通時一小時的運行次數(shù)

3.3 部件生命周期計算與驗證

3.3.1一年運行次數(shù)的計算和驗證

上面已經(jīng)計算了上、下高峰的運行次數(shù)和午餐高峰的運行次數(shù)。同時，正常運行時運輸?shù)娜藛T只有午餐交通時的一半，因此，正常運行時的運行次數(shù)也可以認為是午餐交通的一半，因為運行次數(shù)和乘客人數(shù)是正比例關(guān)系。

計算平均日運行次數(shù)：Rd=140+140+149+74×7=947（次），辦公樓一年運行天數(shù)為250天，所以電梯一年的運行次數(shù)為：Ry=947×250=236，750（次）

為了驗證計算結(jié)果的有效性，利用電梯遠程監(jiān)控系統(tǒng)對上萬臺電梯的運行情況進行檢測，電梯一年運行次數(shù)統(tǒng)計表如表1。

可見，計算結(jié)果落在統(tǒng)計區(qū)間中（190，000～333，000），因此運用交通流量模型計算的結(jié)果與統(tǒng)計的結(jié)果是吻合的。

3.3.2 電梯部件生命周期計算

驗證了一年運行次數(shù)的準(zhǔn)確性，用它除部件的運行次數(shù)，就可以得到以年為單位的生命周期。下面以電梯控制繼電器為例進行生命周期計算，繼電器通常運行次數(shù)為一百萬次，所以繼電器的壽命為：1000，000/250/947=4.2（年）。這個結(jié)果與日本電梯界4年更換一次繼電器的行業(yè)規(guī)定是一致的。因此，基于電梯交通流模型的部件生命周期計算方法是通用的，科學(xué)的。

4 結(jié)論與貢獻

驗證的結(jié)果表明基于電梯交通流模型的部件生命周期計算方法是有效的，它可以計算出部件以時間為單位的生命周期。日本電梯公司應(yīng)用PLM比較早，它們的經(jīng)驗證明采用PLM管理系統(tǒng)會對企業(yè)帶來如下收益。

（1） 如果人員數(shù)量不變，那么維保臺量可以增加一倍。如果臺量不變，那么維保人員數(shù)量可以減少一半。

（2） 維保方案將從常規(guī)性維保升級為戰(zhàn)略性維保或者按需維保。

（3） 維修中物料更換的準(zhǔn)確率將是100%。

（4） 電梯使用故障率將從2.8降到1以下，甚至更低（日本現(xiàn)在的故障率為0.2-0.3）。

總之，將生命周期計算方法植入到PLM系統(tǒng)中會提高工作效率，減少浪費，提高準(zhǔn)確性，最終減少電梯的故障率，從而提高電梯的安全系數(shù)，保證乘客的人身安全。

參考文獻

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