煤礦設(shè)備維修策略優(yōu)化模型研究

趙劍

摘要：本文在研究煤礦設(shè)備人-機(jī)-環(huán)境的基礎(chǔ)上，結(jié)合煤礦井下生產(chǎn)系統(tǒng)的特點(diǎn)，根據(jù)具備小修的基本維修策略，將小修維修時(shí)間、預(yù)防性維修時(shí)間均做隨機(jī)過(guò)程處理，同時(shí)模型創(chuàng)造性地引入了設(shè)備維修微損量的概念，很好地解決了煤礦實(shí)際維修作業(yè);在模型的具體應(yīng)用中，可以根據(jù)煤礦采掘接替計(jì)劃及當(dāng)前地質(zhì)條件不斷的調(diào)整維修計(jì)劃期確定最佳維修周期，具有較強(qiáng)的可操作性。

關(guān)鍵詞：煤礦設(shè)備;維修微損量;維修計(jì)劃期;威布爾分布

1 引言

根據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，我國(guó)煤礦的固定資產(chǎn)中有55-65%為機(jī)電設(shè)備和設(shè)施，原值約為200-245億元，是煤礦固定資產(chǎn)的重要組成部分，它在礦山生產(chǎn)中與井巷工程具有同等重要的地位，而且機(jī)電設(shè)備所花費(fèi)的資金約占生產(chǎn)成本的40%以上。在煤炭生產(chǎn)中，從工作面采煤、裝煤、運(yùn)煤直到大巷運(yùn)輸、提升、通風(fēng)、排水、選煤以及儲(chǔ)、裝、運(yùn)的全過(guò)程，都已普遍采用各種不同類型的機(jī)械化設(shè)備。因此，煤礦生產(chǎn)能否順利、正常地進(jìn)行，在很大程度上取決于設(shè)備的完善程度，只有設(shè)備經(jīng)常處于良好狀態(tài)，不間斷地安全運(yùn)轉(zhuǎn)，生產(chǎn)才有可靠地保證，煤礦實(shí)際的生產(chǎn)能力才能達(dá)到理論核定的產(chǎn)出量。另外，從安全生產(chǎn)角度來(lái)看，煤礦設(shè)備多，環(huán)節(jié)多，互相聯(lián)系，彼此制約，一個(gè)設(shè)備發(fā)生問(wèn)題，輕則影響局部生產(chǎn)，重則涉及全礦被迫停產(chǎn)甚至?xí)鹑松碇卮笫鹿?。煤礦生產(chǎn)具有其環(huán)境特殊性，如扇風(fēng)機(jī)、排水設(shè)備以及各種電氣設(shè)備，特別是防爆設(shè)備等，它們技術(shù)狀態(tài)的好壞直接關(guān)系到人身與礦井的安全。

由于井下生產(chǎn)環(huán)境惡劣，煤礦設(shè)備故障大多為隨機(jī)性的。如何對(duì)隨機(jī)發(fā)生故障的設(shè)備作出正確的維修決策，不僅要保證煤礦企業(yè)的安全、高效生產(chǎn)，而且要盡量減少設(shè)備維修成本，提高煤礦企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。但在實(shí)際煤礦企業(yè)的生產(chǎn)中，為了追求煤炭產(chǎn)量和井下生產(chǎn)的連續(xù)性，企業(yè)往往忽視了過(guò)高的維修成本。隨著綜合機(jī)械化采煤技術(shù)的成熟，煤礦設(shè)備也向著大型化、復(fù)雜化、精細(xì)化方向發(fā)展，由此帶來(lái)的是越來(lái)越高的維修復(fù)雜度和維修成本，因此探索符合煤礦生產(chǎn)設(shè)備的維修決策模型是煤礦設(shè)備管理工作勢(shì)在必行的一項(xiàng)重要內(nèi)容。

2基本維修決策

2.1等周期維修策略

3煤礦設(shè)備維修策略模型構(gòu)建

3.1模型假設(shè)

隨著機(jī)械化采煤工藝的發(fā)展，煤礦井下生產(chǎn)系統(tǒng)的連續(xù)性越來(lái)越高，某一子系統(tǒng)的設(shè)備出現(xiàn)故障將導(dǎo)致整個(gè)采煤系統(tǒng)地停工，從而帶來(lái)巨大地經(jīng)濟(jì)損失。在分析基本維修決策模型地基礎(chǔ)上，本文將生產(chǎn)損失成本納入維修費(fèi)用，同時(shí)將預(yù)防維修成本做隨機(jī)過(guò)程處理。為了更好的求解模型，做如下假設(shè)：

（1）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析和理論推導(dǎo)，煤礦主要生產(chǎn)設(shè)備的可靠度服從二參數(shù)威布爾分布，并且設(shè)備初始可用度為A;

（2）設(shè)備狀態(tài)模式：設(shè)備只有“運(yùn)行”和“失效”兩種狀態(tài);

（3）設(shè)備劣化模式：以一個(gè)遞增失效率函數(shù)來(lái)表示其劣化過(guò)程;

（4）維修時(shí)間：設(shè)備小修的維修時(shí)間服從均值為的一般分布;預(yù)防性維修時(shí)間服從均值為的一般分布;

（5）維修效果：在同一個(gè)預(yù)防性維修周期內(nèi)，故障小修只恢復(fù)設(shè)備的功能，不改變?cè)O(shè)備可靠性;而預(yù)防性維修則可以使設(shè)備“恢復(fù)如新”;

（6）維修費(fèi)用：停產(chǎn)損失成本是預(yù)防性維修時(shí)間的確定函數(shù);預(yù)防性維修成本是維修時(shí)間和維修周期的一個(gè)二元函數(shù)。

3.2目標(biāo)函數(shù)

預(yù)防性維修減少了隨機(jī)故障的發(fā)生次數(shù)，降低了設(shè)備的運(yùn)行費(fèi)用和產(chǎn)品的附加成本，但需花費(fèi)一定的時(shí)間和費(fèi)用。過(guò)多的預(yù)防性維修活動(dòng)會(huì)使總維修成本增加，造成過(guò)維修;而維修活動(dòng)不足會(huì)使故障發(fā)生的頻率增高，增加設(shè)備的故障維修成本，造成欠維修。在眾多的文獻(xiàn)專著中，確定設(shè)備維修策略優(yōu)化解一般是以最少的總運(yùn)行費(fèi)用C*來(lái)尋求最佳的維修更換周期T*。然而在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，由于受到作業(yè)場(chǎng)所、設(shè)備操作人員、設(shè)備維修人員能力以及設(shè)備環(huán)境可達(dá)性等因素的影響，精確的統(tǒng)計(jì)維修成本往往是不可能的。本文在考慮煤礦井下生產(chǎn)條件惡劣、要求生產(chǎn)連續(xù)性高以及噸煤市場(chǎng)價(jià)格等因素下，提出煤礦設(shè)備維修決策優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)應(yīng)該是以設(shè)備平均可用度不變或者微損為約束條件來(lái)求解最佳維修周期T*，盡量降低井下設(shè)備維修次數(shù)，從而保證生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)間盡可能的長(zhǎng)。在時(shí)間t內(nèi)，設(shè)備的總維修成本由小修費(fèi)用、預(yù)防性維修費(fèi)用以及生產(chǎn)損失成本三部分構(gòu)成[2]，其優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)為：

結(jié)論

本文在研究煤礦設(shè)備人-機(jī)-環(huán)境的基礎(chǔ)上，結(jié)合煤礦生產(chǎn)作業(yè)的特點(diǎn)，基于具備小修的基本維修策略，將小修維修時(shí)間、預(yù)防性維修時(shí)間均做隨機(jī)過(guò)程處理，同時(shí)模型創(chuàng)造性的引入了設(shè)備維修微損量的概念，按照設(shè)備重要程度進(jìn)行分類選擇，從而適合于實(shí)際維修作業(yè);使用模型的過(guò)程中，可以根據(jù)煤礦采掘接替計(jì)劃及當(dāng)前生產(chǎn)地質(zhì)條件不斷的調(diào)整維修計(jì)劃期確定最佳維修周期，具有較強(qiáng)的可操作性。

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