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）系統的核心技術——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，建立了電梯的交通流模型；根據交通流模型計算電梯平均日運行次數；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據的分析和統計驗證了計算方法的有效性。因此，將計算方法植入PLM軟件系統中，就可以自動計算出部件的生命周期。PLM系統可以跟據部件生命周期自動生成維保工作作業單和物料清單。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還可以根據部件生命周期估算出售后服務階段產品維護的費用（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。

關鍵詞：生命周期管理；交通流量；電梯部件

1 引言

隨著中國經濟的飛速發展，特別是房地產的大發展，帶動電梯行業高速發展，以至于電梯企業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品生命周期管理（一般稱為PLM）。產品生命周期管理是一個集成的、信息驅動的方法，它涵蓋了從設計、制造、配置、維護、服務到最終處理的產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境中產生出來的產品信息。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

大多數部件生命周期參數皆是運行次數，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F（F實際上就是電梯往返一周的啟動次數或者運行次數）。接著，根據每種模型所占的時間區間計算出在這個區間內的運行次數R。其后，將所有區間運行次數R加起來得到每天的運行次數Rd。最后，用部件的運行次數除以每天運行次數，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

電梯服務的環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——建立電梯的服務形式模型。本文做如下假設：

（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：根據統計學分析，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：上行單程區間快行。在上班交通中，從基站上行到某層是快行區間；再往上是短區間。下行是快行區間。

非高峰運行：往返區間快行。從基站到某一層的上下行都是快行區間；再往上的上、下行都是短區間的一種服務方式。根據交通流量統計圖，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，運輸的人員比較多，只不過上行和下行的人數差不多或者說相等。但是正常運行期間，雖然運行模型同午餐交通，但是運輸的人員只有午餐交通時的一半。

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

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，但是運輸的人員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、乘客年齡等因素有關。通過統計分析，損失時間為乘客出入總時間和電梯開關門總時間之和的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K和電梯往返一周可能停站數F有關。

Tp=0.8+KF1/3 （4）

在一個電梯運行周期RTT內，由于電梯乘客人數為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，電梯開關門總時間為：

Td=Td×F （6）

其中，F為電梯往返一周中可能的停站數，Td為單層開關門時間，在單程區間快行服務方式下，電梯行車總時間Tr為：

Tr=Trl+Tre （7）

其中，Trl為短區間行車總時間；Tre為快行區間行車總時間。

當Sf>2Sa時，

SH=（H-1）×Sf （8）

Tr=2SH/V+ta×F （9）

當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

F為電梯往返一周的停站數，即電梯的啟動次數或者運行次數。

（1）上、下班高峰，往返一周可能的停站數

F=fl+fe （11）

其中，fl為短程區間內可能停站數；fe為快行區間內可能停站數，等于2

（12）

（2）非上、下班高峰，往返一周可能的停站數

（13）

（14）

上文已經假設上行運輸的人數等于下行運輸的人數，所以ru=rd，同時，fe=2

（15）

2.3.3 電梯平均最高返回層

經過統計分析，電梯平均最高返回層H與電梯的層站數有關，如下式：

（16）

2.4 生命周期計算

有了電梯平均日運行次數Rd，用部件的運行次數除以日運行次數，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用和驗證

3.1 上、下班高峰每小時運行次數計算

（1）Tr的計算

應用公式16，計算電梯平均返回層

電梯乘客人數為r=0.8Re=0.8×10=8。

因為Sf>2Sa，所以應用公式（9），計算轎廂行駛時間

（2）每小時運行次數

因為是辦公樓電梯，所以通電持續率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

3.2 非高峰每小時運行次數計算（以午餐交通為例）

（1）Tr的計算

應用公式16，計算電梯平均返回層

電梯乘客人數為：ru=rd=0.4Re=0.4×10=4

因為Sf>2Sa，所以應用公式（9），計算轎廂行駛時間

（2）每小時運行次數

正如上文所述，午餐交通采用高峰運行通電持續率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AI=40（s）

計算午餐交通時一小時的運行次數

3.3 部件生命周期計算與驗證

3.3.1一年運行次數的計算和驗證

上面已經計算了上、下高峰的運行次數和午餐高峰的運行次數。同時，正常運行時運輸的人員只有午餐交通時的一半，因此，正常運行時的運行次數也可以認為是午餐交通的一半，因為運行次數和乘客人數是正比例關系。

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

為了驗證計算結果的有效性，利用電梯遠程監控系統對上萬臺電梯的運行情況進行檢測，電梯一年運行次數統計表如表1。

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

3.3.2 電梯部件生命周期計算

驗證了一年運行次數的準確性，用它除部件的運行次數，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為一百萬次，所以繼電器的壽命為：1000，000/250/947=4.2（年）。這個結果與日本電梯界4年更換一次繼電器的行業規定是一致的。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，科學的。

4 結論與貢獻

驗證的結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。日本電梯公司應用PLM比較早，它們的經驗證明采用PLM管理系統會對企業帶來如下收益。

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

（2） 維保方案將從常規性維保升級為戰略性維?；蛘甙葱杈S保。

（3） 維修中物料更換的準確率將是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系統中會提高工作效率，減少浪費，提高準確性，最終減少電梯的故障率，從而提高電梯的安全系數，保證乘客的人身安全。

參考文獻

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