港口設(shè)備自然壽命影響因素和預(yù)測模型

楊榮

隨著港口自動化程度和裝卸能力的提高，對港口設(shè)備運(yùn)行質(zhì)量的要求也越來越高。機(jī)械設(shè)備是港口生產(chǎn)的物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)，港口企業(yè)需要根據(jù)實際情況和經(jīng)濟(jì)效益對設(shè)備進(jìn)行合理的維護(hù)和更新。運(yùn)用科學(xué)方法預(yù)測港口設(shè)備的自然壽命，對提高港口企業(yè)的利潤和運(yùn)營質(zhì)量具有重要意義。本文在分析港口設(shè)備自然壽命影響因素的基礎(chǔ)上，選取天津港（集團(tuán)）有限公司下屬公司的部分港口設(shè)備，建立港口設(shè)備自然壽命與其影響因素的關(guān)系模型，并進(jìn)行實證分析，以期為港口企業(yè)預(yù)測港口設(shè)備自然壽命提供理論參考。

1 港口設(shè)備自然壽命影響因素

設(shè)備自然壽命指在規(guī)定的使用條件下，從設(shè)備投入使用（包括出廠、運(yùn)輸和上線運(yùn)行的過程）開始，到設(shè)備因有形磨損或某些人為或客觀因素而無法保持正常功能，以致終止使用的時間。[1]設(shè)備自然壽命主要受有形磨損的影響，摩擦、振動、腐蝕等外力作用會使設(shè)備實體產(chǎn)生磨損。[2]當(dāng)前，企業(yè)在判斷設(shè)備是否報廢時主要考慮其自然壽命，并且大多以設(shè)備平均使用年限折舊率為計算基礎(chǔ)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和市場競爭的加劇，在設(shè)備壽命期內(nèi)更高效地使用設(shè)備的做法更為合理。影響港口設(shè)備自然壽命的主要因素包括使用臺時、利用率、作業(yè)難度、維修保養(yǎng)和經(jīng)濟(jì)效益等。

（1）使用臺時 港口設(shè)備的自然壽命與使用臺時有著密切聯(lián)系，對使用臺時的研究有助于確定港口設(shè)備的合理使用年限及預(yù)測港口設(shè)備的平均自然壽命。

（2）利用率 港口生產(chǎn)涉及大量的機(jī)械設(shè)備，其中既有固定設(shè)備，也有流動設(shè)備；特別是件雜貨碼頭使用的機(jī)械設(shè)備的類型和數(shù)量更為繁多，包括門座式起重機(jī)、輪胎式起重機(jī)、叉車、牽引車等。設(shè)備利用率不僅會影響港口生產(chǎn)效率，也會影響設(shè)備自然壽命。

（3）作業(yè)難度 港口裝卸的貨物種類繁多，且貨物的理化特性各不相同，導(dǎo)致不同貨物的作業(yè)難度存在差異，進(jìn)而影響港口設(shè)備的自然壽命。

（4）維修保養(yǎng) 港口設(shè)備的維修保養(yǎng)狀況直接影響裝卸作業(yè)的質(zhì)量和效率，維持設(shè)備的完好率有助于延長設(shè)備自然壽命，確保設(shè)備功效得到充分發(fā)揮。

（5）經(jīng)濟(jì)效益 港口設(shè)備的自然壽命和性能顯著影響裝卸作業(yè)的質(zhì)量和效率，進(jìn)而影響港口設(shè)備產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益。

2 港口設(shè)備自然壽命預(yù)測模型

預(yù)測港口設(shè)備自然壽命需要分析港口設(shè)備自然壽命與各影響因素之間的關(guān)系。本文選取天津港（集團(tuán)）有限公司下屬公司的部分港口設(shè)備，建立港口設(shè)備自然壽命與其影響因素的關(guān)系模型，并進(jìn)行實證分析。

2.1 裝載機(jī)

2.1.1 基本模型

首先考慮裝載機(jī)的自然壽命與使用臺時和利用率之間的關(guān)系。本文選取天津港遠(yuǎn)航礦石/散貨碼頭有限公司、天津港焦炭碼頭有限公司、天津港第四港埠有限公司和天津港第五港埠有限公司等4家公司的裝載機(jī)的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。有效樣本量共682個，將裝載機(jī)的自然壽命記為序列Slife，使用臺時記為序列Sope，利用率記為序列Suse。對所有樣本序列進(jìn)行對數(shù)化處理，并分析裝載機(jī)的自然壽命、使用臺時、利用率之間的相關(guān)性，結(jié)果如表1所示：裝載機(jī)的自然壽命與使用臺時呈一定的正相關(guān)關(guān)系，與利用率呈較弱的負(fù)相關(guān)關(guān)系。

以裝載機(jī)的自然壽命為因變量，使用臺時和利用率為自變量建立模型，參數(shù)估計結(jié)果如表2所示：自變量和常數(shù)項的T統(tǒng)計量的絕對值較大，且相伴概率近似于0，說明3個參數(shù)均顯著；方程的擬合優(yōu)度為，接近于1，說明方程擬合效果較好；F統(tǒng)計量的絕對值較大，且相伴概率近似于0，說明方程回歸效果較好。

將各參數(shù)代入方程中，得到裝載機(jī)自然壽命的基本模型為

Slife= 7.469 4 + 0.988 1Sope 1.480 3Suse

由此可見，裝載機(jī)的平均自然壽命與使用臺時呈正相關(guān)關(guān)系，與利用率呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。將相應(yīng)數(shù)據(jù)代入上述方程中，得到裝載機(jī)的平均自然壽命為12.87年。

2.1.2 多因素模型

在考慮使用臺時和利用率的基礎(chǔ)上，在裝載機(jī)自然壽命的基本模型中加入更多因素，并選取天津

港遠(yuǎn)航礦石/散貨碼頭有限公司、天津港焦炭碼頭有限公司、天津港第四港埠有限公司和天津港第五港埠有限公司等4家公司的裝載機(jī)的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。將裝載機(jī)的作業(yè)難度數(shù)據(jù)記為序列Swork，維修保養(yǎng)數(shù)據(jù)記為序列Srep，經(jīng)濟(jì)效益數(shù)據(jù)記為序列Seff。分析裝載機(jī)的自然壽命、使用臺時、利用率、作業(yè)難度、維修保養(yǎng)、經(jīng)濟(jì)效益之間的相關(guān)性，結(jié)果如表3所示：裝載機(jī)的自然壽命與使用臺時、作業(yè)難度和維修保養(yǎng)呈一定的正相關(guān)關(guān)系，與利用率和經(jīng)濟(jì)效益呈較弱的負(fù)相關(guān)關(guān)系。

以裝載機(jī)的自然壽命為因變量，使用臺時、利用率、作業(yè)難度、維修保養(yǎng)、經(jīng)濟(jì)效益等為自變量建立模型，參數(shù)估計結(jié)果如表4所示：自變量和常數(shù)項的T統(tǒng)計量的絕對值較大，且相伴概率近似于0，說明6個參數(shù)均顯著；方程的擬合優(yōu)度為，接近于1，說明方程擬合效果較好；F統(tǒng)計量的絕對值較大，且相伴概率近似于0，說明方程回歸效果較好。

將各參數(shù)代入方程中，得到裝載機(jī)自然壽命的多因素模型為

Slife= 7.232 1 + Sope Suse Swork + 0.094 0Srep + 0.086 0Seff

由此可見，裝載機(jī)的平均自然壽命受使用臺時和利用率的影響較大，與作業(yè)難度、維修保養(yǎng)和經(jīng)濟(jì)效益的相關(guān)性較弱。將相應(yīng)數(shù)據(jù)代入上述方程中，得到多因素條件下裝載機(jī)的平均自然壽命為11.85年。

2.1.3 算例分析

2.1.3.1 沃爾沃180型裝載機(jī)

由于樣本中沃爾沃180型裝載機(jī)的相關(guān)數(shù)據(jù)均來自天津港遠(yuǎn)航礦石/散貨碼頭有限公司，其作業(yè)難度、維修保養(yǎng)和經(jīng)濟(jì)效益等3項指標(biāo)的數(shù)據(jù)均相同，無法加入模型分析，故僅分析沃爾沃180型裝載機(jī)的自然壽命與使用臺時和利用率的關(guān)系。

沃爾沃180型裝載機(jī)自然壽命基本模型的參數(shù)估計結(jié)果如表5所示：常數(shù)項的T統(tǒng)計量的相伴概率大于10%，說明常數(shù)項不顯著。除去常數(shù)項后再估計，結(jié)果如表6所示：自變量的T統(tǒng)計量的絕對值較大，且相伴概率近似于0，說明2個參數(shù)均顯著；方程的擬合優(yōu)度為，說明方程擬合效果一般。

參數(shù)估計結(jié)果（不含常數(shù)項）

將各參數(shù)代入方程中，得到沃爾沃180型裝載機(jī)自然壽命的基本模型為

Slife=0.134 2Sope 1.261 7Suse

由此可見，沃爾沃180型裝載機(jī)的平均自然壽命更多地受利用率的影響：利用率越高，平均自然壽命越短。將相應(yīng)數(shù)據(jù)代入方程中，得到沃爾沃180型裝載機(jī)的平均自然壽命為12.56年。

2.1.3.2 卡特980型裝載機(jī)

由于樣本中卡特980型裝載機(jī)的相關(guān)數(shù)據(jù)均來自天津港遠(yuǎn)航礦石/散貨碼頭有限公司，其作業(yè)難度、維修保養(yǎng)和經(jīng)濟(jì)效益等3項指標(biāo)的數(shù)據(jù)均相同，無法加入模型分析，故僅分析卡特980型裝載機(jī)的自然壽命與使用臺時和利用率的關(guān)系。

卡特980型裝載機(jī)自然壽命基本模型的參數(shù)估計結(jié)果如表7所示：自變量和常數(shù)項的T統(tǒng)計量的絕對值較大，且相伴概率近似于0，說明3個參數(shù)均顯著；方程的擬合優(yōu)度為，接近于1，說明方程擬合效果較好；F統(tǒng)計量的絕對值較大，且相伴概率近似于0，說明方程回歸效果較好。

將各參數(shù)代入方程中，得到卡特980型裝載機(jī)自然壽命的基本模型為

Slife= 7.209 8 + 0.919 9Sope 1.046 3Suse

由此可見，卡特980型裝載機(jī)的平均自然壽命受使用臺時和利用率的影響程度相似，且與使用臺時呈正相關(guān)關(guān)系，與利用率呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。將相應(yīng)數(shù)據(jù)代入方程中，得到卡特980型裝載機(jī)的平均自然壽命為10.34年。

2.2 輪胎式起重機(jī)

2.2.1 基本模型

首先考慮輪胎式起重機(jī)的自然壽命與使用臺時和利用率之間的關(guān)系。本文選取天津港第一港埠有限公司、天津港第二港埠有限公司、天津港第三港埠有限公司、天津港第四港埠有限公司、天津港第五港埠有限公司、天津港匯盛碼頭有限公司、天津港物流發(fā)展有限公司等7家公司的輪胎式起重機(jī)的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。有效樣本量共650個，將輪胎式起重機(jī)的自然壽命記為序列Slife，使用臺時記為序列Sope，利用率記為序列Suse。對所有樣本序列進(jìn)行對數(shù)化處理，并分析輪胎式起重機(jī)的自然壽命、使用臺時、利用率之間的相關(guān)性，結(jié)果如表8所示：輪胎式起重機(jī)的自然壽命與使用臺時的正相關(guān)關(guān)系十分微弱，與利用率呈較弱的負(fù)相關(guān)關(guān)系。

以輪胎式起重機(jī)的自然壽命為因變量，使用臺時和利用率為自變量建立模型，參數(shù)估計結(jié)果如表9所示：常數(shù)項的T統(tǒng)計量的相伴概率大于1%。為保證模型的精確度，除去常數(shù)項后再估計，結(jié)果如表10所示：自變量的T統(tǒng)計量的絕對值較大，且相伴概率近似于0，說明2個參數(shù)均顯著；方程的擬合優(yōu)度為，數(shù)值較小，說明方程擬合效果一般。

（不含常數(shù)項）

將各參數(shù)代入方程中，得到輪胎式起重機(jī)自然壽命的基本模型為

Slife=0.258 9Sope 1.674 2Suse

由此可見，輪胎式起重機(jī)的平均自然壽命與使用臺時呈正相關(guān)關(guān)系，與利用率呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。將相應(yīng)數(shù)據(jù)代入方程中，得到輪胎式起重機(jī)的平均自然壽命為16.89年。

2.2.2 算例分析

2.2.2.1 QLY40型輪胎式起重機(jī)

QLY40型輪胎式起重機(jī)自然壽命基本模型的參數(shù)估計結(jié)果如表11所示：自變量和常數(shù)項的T統(tǒng)計量的絕對值較大，且相伴概率近似于0，說明3個參數(shù)均顯著；方程的擬合優(yōu)度為，接近于1，說明方程擬合效果較好；F統(tǒng)計量的絕對值較大，且相伴概率近似于0，說明方程回歸效果較好。

將各參數(shù)代入方程中，得到QLY40型輪胎式起重機(jī)自然壽命的基本模型為

Slife= 7.099 3 + 0.922 7Sope 1.151 9Suse

由此可見，QLY40型輪胎式起重機(jī)的平均自然壽命與使用臺時呈正相關(guān)關(guān)系，與利用率呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，且利用率的負(fù)面影響更為顯著。將相應(yīng)數(shù)據(jù)代入方程中，得到QLY40型輪胎式起重機(jī)的平均自然壽命為13.94年。

2.2.2.2 QLY50型輪胎式起重機(jī)

QLY50型輪胎式起重機(jī)自然壽命基本模型的參數(shù)估計結(jié)果如表12所示：自變量和常數(shù)項的T統(tǒng)計量的絕對值較大，且相伴概率近似于0，說明3個參數(shù)均顯著；方程的擬合優(yōu)度為，大于0.5，說明方程擬合效果較好；F統(tǒng)計量的絕對值較大，且相伴概率近似于0，說明方程回歸效果較好。

將各參數(shù)代入方程中，得到QLY50型輪胎式起重機(jī)自然壽命的基本模型為

Slife= 1.592 5 + 0.396 9Sope 1.221 6Suse

由此可見，QLY50型輪胎式起重機(jī)的平均自然壽命與使用臺時呈正相關(guān)關(guān)系，與利用率呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，且利用率的負(fù)面影響更為顯著。將相應(yīng)數(shù)據(jù)代入方程中，得到QLY50型輪胎式起重機(jī)的平均自然壽命為17.01年。

2.3 集裝箱正面吊

2.3.1 基本模型

首先考慮集裝箱正面吊的自然壽命與使用臺時和利用率之間的關(guān)系。本文選取天津港第二港埠有限公司、天津東方海陸集裝箱碼頭有限公司、天津港國際物流發(fā)展有限公司、天津港集裝箱碼頭有限公司、天津港聯(lián)盟國際集裝箱碼頭有限公司、天津港太平洋國際集裝箱碼頭有限公司、天津港五洲國際集裝箱碼頭有限公司和天津港物流發(fā)展有限公司等8家公司的集裝箱正面吊的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分

析。有效樣本量共663個，將集裝箱正面吊的自然壽命記為序列Slife，使用臺時記為序列Sope，利用率記為序列Suse。對所有樣本序列進(jìn)行對數(shù)化處理，并分析集裝箱正面吊的自然壽命、使用臺時、利用率之間的相關(guān)性，結(jié)果如表13所示：集裝箱正面吊的自然壽命與使用臺時存在明顯的正相關(guān)關(guān)系，與利用率也呈現(xiàn)一定的正相關(guān)關(guān)系。

之間的相關(guān)性

以集裝箱正面吊的自然壽命為因變量，使用臺時和利用率為自變量建立模型，參數(shù)估計結(jié)果如表14所示：自變量和常數(shù)項的T統(tǒng)計量的絕對值較大，且相伴概率近似于0，說明3個參數(shù)均顯著；方程的擬合優(yōu)度為，數(shù)值較小，說明方程擬合效果一般；F統(tǒng)計量的絕對值較大，且相伴概率近似于0，說明方程回歸效果較好。

將各參數(shù)代入方程中，得到集裝箱正面吊自然壽命的基本模型為

Slife= 0.692 5 + 0.246 3Sope 0.028 1Suse

由此可見，集裝箱正面吊的平均自然壽命與使用臺時呈正相關(guān)關(guān)系，與利用率呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。將相應(yīng)數(shù)據(jù)代入方程中，得到集裝箱正面吊的平均自然壽命為16.85年。

2.3.2 算例分析

2.3.2.1 DRF450型集裝箱正面吊

DRF450型集裝箱正面吊自然壽命基本模型的參數(shù)估計結(jié)果如表15所示：常數(shù)項的T統(tǒng)計量的相伴概率大于10%，說明常數(shù)項不顯著。除去常數(shù)項后再估計，結(jié)果如表16所示：自變量的T統(tǒng)計量的絕對值較大，且相伴概率近似于0，說明2個參數(shù)均顯著；方程的擬合優(yōu)度為，數(shù)值較小，說明方程擬合效果一般。

參數(shù)估計結(jié)果（不含常數(shù)項）

將各參數(shù)代入方程中，得到DRF450型集裝箱正面吊自然壽命的基本模型為

Slife=0.338 5Sope 3.217 0Suse

由此可見，DRF450型集裝箱正面吊的平均自然壽命更多地受利用率的影響：利用率越高，平均自然壽命越短。將相應(yīng)數(shù)據(jù)代入方程中，得到DRF450型集裝箱正面吊的平均自然壽命為18.10年。

2.3.2.2 SC4531TB5型集裝箱正面吊

SC4531TB5型集裝箱正面吊自然壽命基本模型的參數(shù)估計結(jié)果如表17所示：利用率的T統(tǒng)計量的相伴概率大于10%，說明該參數(shù)不顯著。除去利用率后再估計，結(jié)果如表18所示：自變量和常數(shù)項的T統(tǒng)計量的絕對值較大，且相伴概率近似于0，說明2個參數(shù)均顯著；方程的擬合優(yōu)度為，接近于1，說明方程擬合效果較好；F統(tǒng)計量的絕對值較大，且相伴概率近似于0，說明方程回歸效果較好。

將各參數(shù)代入方程中，得到SC4531TB5型集裝箱正面吊自然壽命的基本模型為

Slife= 9.435 8 + 1.117 2Sope

由此可見，SC4531TB5型集裝箱正面吊的平均自然壽命與使用臺時呈正相關(guān)關(guān)系，與利用率基本無關(guān)。將相應(yīng)數(shù)據(jù)代入方程中，得到SC4531TB5型集裝箱正面吊的平均自然壽命為19.16年。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 李俊，金家善，郁軍. 考慮維修影響的機(jī)械設(shè)備剩余壽命模型[J]. 中國修船，2004（2）：37-39.

（編輯：張敏 收稿日期：2016-08-10）