設(shè)備維修與生產(chǎn)排程問題之研究

楊永康

(云南德勝鋼鐵有限公司裝備部,云南楚雄 651200)

設(shè)備維修與生產(chǎn)排程問題之研究

楊永康

(云南德勝鋼鐵有限公司裝備部,云南楚雄 651200)

探討如何使用數(shù)據(jù)庫的方式進(jìn)行生產(chǎn)系統(tǒng)中主要設(shè)備各單元之失效間隔時(shí)間與所需的維護(hù)置換工時(shí)之分析,以及生產(chǎn)排程、維修及保養(yǎng)排程關(guān)系,提出連續(xù)性生產(chǎn)線的動(dòng)態(tài)排程架構(gòu)理念來排定生產(chǎn)作業(yè)時(shí)間。

設(shè)備維修 生產(chǎn)排程 問題研究

在過去排程問題多以探討各種不同的生產(chǎn)模式下應(yīng)如何排定生產(chǎn)排程或選用不同的排程績效來探討排程。然而對于一個(gè)復(fù)雜且連續(xù)性生產(chǎn)系統(tǒng),若只是單純的在可靠度、可用度或維護(hù)成本…等準(zhǔn)則中,只取單一準(zhǔn)則或其中幾項(xiàng)來制定維護(hù)策略,則可能面臨實(shí)際上要求生產(chǎn)而無法執(zhí)行維護(hù)及保養(yǎng)的情況,故在排定維護(hù)保養(yǎng)策略時(shí),應(yīng)在連續(xù)性生產(chǎn)線的動(dòng)態(tài)排程架構(gòu)下來制定,才是最適當(dāng)?shù)姆绞健?/p>

1 背景現(xiàn)狀

隨著社會(huì)的進(jìn)步,對于生產(chǎn)排程及維護(hù)排程方式亦需要有所升級。隨著系統(tǒng)愈為復(fù)雜,需要考慮的變量也越來越多,如何正確地評估其重要程度做成有效的決策絕非傳統(tǒng)決策模式所能解決。

2 重要性

生產(chǎn)計(jì)劃一般而言包括生產(chǎn)安排及維護(hù)安排兩部分,排程問題亦多以探討各種不同生產(chǎn)模式下應(yīng)如何排定生產(chǎn)安排或選用不同的排程績效來探討排程的方法,而缺乏探討有關(guān)生產(chǎn)安排及交貨期對維修保養(yǎng)的影響,要如何在已經(jīng)排定之生產(chǎn)計(jì)劃后,對于不同的生產(chǎn)作業(yè)策略以影響生產(chǎn)績效較小之情況下,將維修保養(yǎng)作業(yè)排入生產(chǎn)排程中,是重要之關(guān)鍵。

3 保養(yǎng)策略的演進(jìn)過程及問題說明

3.1 1950年以前維修方式以“事后維修”為主

機(jī)器發(fā)生故障之后才進(jìn)行修理,屬于以故障為主的被動(dòng)式管理,對于設(shè)備故障頻率的降低并無積極的幫助,但對生產(chǎn)作業(yè)及交貨期的影響非常大。

圖1 串聯(lián)系統(tǒng)之可靠度方塊圖

圖2 并聯(lián)系統(tǒng)之可靠度方塊圖

圖3 并串聯(lián)系統(tǒng)之可靠度方塊圖

3.2 1950年后“定期維護(hù)”為主

依排定時(shí)間表定期進(jìn)行偵測、檢查等,以及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題而予以矯正及預(yù)防;屬于以時(shí)間為主的較主動(dòng)維護(hù)方式,對生產(chǎn)作業(yè)及交貨期的影響較大,屬于選擇性的維修保養(yǎng)。

3.3 1980年后“預(yù)測或預(yù)知”式保養(yǎng)為主

屬于全面性的維修保養(yǎng),透過連續(xù)或間斷的方式監(jiān)控搜集設(shè)備的各重要參數(shù),在設(shè)備尚未發(fā)生異常或故障前采取適當(dāng)?shù)木S護(hù)動(dòng)作﹐以消除可能發(fā)生的故障。屬于以設(shè)備生命周期為主的主動(dòng)維護(hù)方式,但對生產(chǎn)作業(yè)及交貨期的影響仍然較大。

3.4 2004年后以“動(dòng)態(tài)機(jī)會(huì)性的維修保養(yǎng)”為主

近年來由于計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的進(jìn)步,可將歷年來的維護(hù)保養(yǎng)紀(jì)錄存放在計(jì)算機(jī)內(nèi),所以就能夠透過此方式實(shí)時(shí)得知各設(shè)備的狀況,進(jìn)一步利用搜集到的設(shè)備最新情況產(chǎn)生實(shí)時(shí)保養(yǎng)建議,并依據(jù)設(shè)備在該決策點(diǎn)的狀態(tài)決定出應(yīng)該采取之最佳保養(yǎng)動(dòng)作以降低損失是今后設(shè)備維修保養(yǎng)的發(fā)展趨勢。

4 維修置換策略

在維修置換策略的探討上,系統(tǒng)維護(hù)策略主要依照預(yù)防置換的時(shí)機(jī)來探討,可大概歸類如下:

(1)年齡置換策略。系統(tǒng)被置換于發(fā)生故障或年齡等于T時(shí),視何者先發(fā)生。每一次置換表示另一新周期的開始。則在長時(shí)間下可得到成本率函數(shù),可推導(dǎo)最佳置換年齡T,使得成本率最低。

(2)區(qū)間置換策略。系統(tǒng)被置換于發(fā)生故障及時(shí)間T、2T在不同時(shí)間的區(qū)間置換。求出時(shí)間的區(qū)間T、2T內(nèi)的故障次數(shù)。依此可推導(dǎo)最佳周期時(shí)間*T,使得成本率最低。明顯的,上述兩種維修置換策略對于故障系統(tǒng)皆以新系統(tǒng)置換為原則。

(3)失效置換策略。維修置換策略考慮系統(tǒng)在時(shí)間區(qū)間[0,T]內(nèi)故障以小修理修復(fù),直到大于或等于時(shí)間T時(shí)才將系統(tǒng)予以置換。然而當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生致命故障時(shí),置換系統(tǒng)往往比小修理來得有利。

(4)周期置換策略。此置換是以周期置換作為處理。因此可以推導(dǎo)出最佳的預(yù)防周期置換時(shí)間。將小修理的觀念引入沖擊模型,同時(shí)考慮系統(tǒng)置換于累積磨損量超過Z時(shí),視第N次故障或者是時(shí)間T何者會(huì)先發(fā)生作為置換依據(jù)。

(5)逐次預(yù)防維修的策略。考慮系統(tǒng)失效受制于故障的發(fā)生,并且考慮隨機(jī)的小修理成本及操作期間的維護(hù)成本,假設(shè)在每次維修后系統(tǒng)的壽命分配改變,而改變的方式是隨著維修的次數(shù)增加,則壽命分配的危險(xiǎn)率亦會(huì)增加。

5 系統(tǒng)可靠度

一個(gè)系統(tǒng)往往由很多的零組件所組成,要對系統(tǒng)的可靠度做一個(gè)合理的預(yù)測和評估,除了要先知道系統(tǒng)各組件的可靠度、失效率等數(shù)據(jù)外,仍需了解系統(tǒng)中各組件間的關(guān)系,借著可靠度方塊圖,經(jīng)簡化及分解技巧,方可估算系統(tǒng)的可靠度。以下就說明不同的系統(tǒng)組合結(jié)構(gòu)及其系統(tǒng)可靠度如何選擇:

5.1 串聯(lián)系統(tǒng)

在串聯(lián)系統(tǒng)必須每一個(gè)分系統(tǒng)均正常操作,系統(tǒng)才能滿足既定之工作需求,在此系統(tǒng)中任一組件或分系統(tǒng)故障皆會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)故障。假設(shè)系統(tǒng)由n個(gè)分系統(tǒng)所組成之串聯(lián)系統(tǒng)之可靠度方塊圖,如(圖1)所示,且各分系統(tǒng)均互相獨(dú)立,則系統(tǒng)可靠度(Rs)為各個(gè)分系統(tǒng)可靠度(Ri,i=1,2,..n)之乘積,亦即

5.2 并聯(lián)系統(tǒng)

并聯(lián)系統(tǒng)是另一種常用的系統(tǒng)可靠度模式。在并聯(lián)系統(tǒng)中,只要任一分系統(tǒng)功能正常,系統(tǒng)即能滿足既定之工作需求。一般而言,大都使用在某些重要系統(tǒng)中,其系統(tǒng)可靠度方塊圖如圖2所示。

5.3 復(fù)聯(lián)系統(tǒng)

某些設(shè)計(jì)須利用并聯(lián)與串聯(lián)合并而成的模式或更復(fù)雜的模式來分析。至于串、并聯(lián)復(fù)合系統(tǒng)又可分為并串聯(lián)系統(tǒng)與串并聯(lián)系統(tǒng)兩種。圖3為并串聯(lián)系統(tǒng)之可靠度方塊圖,其分析的過程可先求得屬于串聯(lián)模式之各分系統(tǒng)的可靠度,再以并聯(lián)系統(tǒng)模式推演得所示之并串聯(lián)系統(tǒng)的系統(tǒng)可靠度RS為其中Rij,i=1,2,..,m;j=1,2,.n代表第i個(gè)并聯(lián)分系統(tǒng)中,第j個(gè)串聯(lián)單機(jī)之可靠度。若各單機(jī)均由相同組件所構(gòu)成,且可靠度均等于R(Rij=R,i=1,2,..m;j=1,2,..n),則此并串聯(lián)系統(tǒng)可靠度可簡化為

5.4 n中取k復(fù)聯(lián)系統(tǒng)

此種復(fù)聯(lián)系統(tǒng)與并聯(lián)系統(tǒng)有部份不同,當(dāng)系統(tǒng)成功的要求須在n個(gè)相同的復(fù)聯(lián)分系統(tǒng)中,至少有k個(gè)功能正常,系統(tǒng)才能保持正常運(yùn)作,這種復(fù)聯(lián)系統(tǒng)即稱為n中取k復(fù)聯(lián)系統(tǒng)。

6 結(jié)論與建議

針對連續(xù)性生產(chǎn)系統(tǒng),透過連續(xù)或間斷的方式監(jiān)控搜集設(shè)備的各重要參數(shù),結(jié)合歷年來的維護(hù)保養(yǎng)紀(jì)錄集合在計(jì)算機(jī)內(nèi),借助計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)建立相應(yīng)模型綜含分析,就能實(shí)時(shí)得知各設(shè)備的狀況以作為決策使用。在已排定之生產(chǎn)計(jì)劃后,適時(shí)提出保養(yǎng)建議,將維修保養(yǎng)之作業(yè)排入生產(chǎn)排程內(nèi)制定連續(xù)性生產(chǎn)線的動(dòng)態(tài)排程架構(gòu),是今后設(shè)備維修保養(yǎng)的發(fā)展趨勢。

[1]陳學(xué)楚主編.現(xiàn)代維修理論[M].國防工業(yè)出版社,2003.