港口設備自然壽命影響因素和預測模型

楊榮

隨著港口自動化程度和裝卸能力的提高，對港口設備運行質量的要求也越來越高。機械設備是港口生產的物質技術基礎，港口企業需要根據實際情況和經濟效益對設備進行合理的維護和更新。運用科學方法預測港口設備的自然壽命，對提高港口企業的利潤和運營質量具有重要意義。本文在分析港口設備自然壽命影響因素的基礎上，選取天津港（集團）有限公司下屬公司的部分港口設備，建立港口設備自然壽命與其影響因素的關系模型，并進行實證分析，以期為港口企業預測港口設備自然壽命提供理論參考。

1 港口設備自然壽命影響因素

設備自然壽命指在規定的使用條件下，從設備投入使用（包括出廠、運輸和上線運行的過程）開始，到設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備實體產生磨損。[2]當前，企業在判斷設備是否報廢時主要考慮其自然壽命，并且大多以設備平均使用年限折舊率為計算基礎。隨著科學技術的發展和市場競爭的加劇，在設備壽命期內更高效地使用設備的做法更為合理。影響港口設備自然壽命的主要因素包括使用臺時、利用率、作業難度、維修保養和經濟效益等。

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

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

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

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

（5）經濟效益 港口設備的自然壽命和性能顯著影響裝卸作業的質量和效率，進而影響港口設備產生的經濟效益。

2 港口設備自然壽命預測模型

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

2.1 裝載機

2.1.1 基本模型

首先考慮裝載機的自然壽命與使用臺時和利用率之間的關系。本文選取天津港遠航礦石/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家公司的裝載機的相關數據進行分析。有效樣本量共682個，將裝載機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。對所有樣本序列進行對數化處理，并分析裝載機的自然壽命、使用臺時、利用率之間的相關性，結果如表1所示：裝載機的自然壽命與使用臺時呈一定的正相關關系，與利用率呈較弱的負相關關系。

以裝載機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，參數估計結果如表2所示：自變量和常數項的T統計量的絕對值較大，且相伴概率近似于0，說明3個參數均顯著；方程的擬合優度為，接近于1，說明方程擬合效果較好；F統計量的絕對值較大，且相伴概率近似于0，說明方程回歸效果較好。

將各參數代入方程中，得到裝載機自然壽命的基本模型為

Slife= 7.469 4 + 0.988 1Sope 1.480 3Suse

由此可見，裝載機的平均自然壽命與使用臺時呈正相關關系，與利用率呈負相關關系。將相應數據代入上述方程中，得到裝載機的平均自然壽命為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上，在裝載機自然壽命的基本模型中加入更多因素，并選取天津

港遠航礦石/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家公司的裝載機的相關數據進行分析。將裝載機的作業難度數據記為序列Swork，維修保養數據記為序列Srep，經濟效益數據記為序列Seff。分析裝載機的自然壽命、使用臺時、利用率、作業難度、維修保養、經濟效益之間的相關性，結果如表3所示：裝載機的自然壽命與使用臺時、作業難度和維修保養呈一定的正相關關系，與利用率和經濟效益呈較弱的負相關關系。

以裝載機的自然壽命為因變量，使用臺時、利用率、作業難度、維修保養、經濟效益等為自變量建立模型，參數估計結果如表4所示：自變量和常數項的T統計量的絕對值較大，且相伴概率近似于0，說明6個參數均顯著；方程的擬合優度為，接近于1，說明方程擬合效果較好；F統計量的絕對值較大，且相伴概率近似于0，說明方程回歸效果較好。

將各參數代入方程中，得到裝載機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，裝載機的平均自然壽命受使用臺時和利用率的影響較大，與作業難度、維修保養和經濟效益的相關性較弱。將相應數據代入上述方程中，得到多因素條件下裝載機的平均自然壽命為11.85年。

2.1.3 算例分析

2.1.3.1 沃爾沃180型裝載機

由于樣本中沃爾沃180型裝載機的相關數據均來自天津港遠航礦石/散貨碼頭有限公司，其作業難度、維修保養和經濟效益等3項指標的數據均相同，無法加入模型分析，故僅分析沃爾沃180型裝載機的自然壽命與使用臺時和利用率的關系。

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

參數估計結果（不含常數項）

將各參數代入方程中，得到沃爾沃180型裝載機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。將相應數據代入方程中，得到沃爾沃180型裝載機的平均自然壽命為12.56年。

2.1.3.2 卡特980型裝載機

由于樣本中卡特980型裝載機的相關數據均來自天津港遠航礦石/散貨碼頭有限公司，其作業難度、維修保養和經濟效益等3項指標的數據均相同，無法加入模型分析，故僅分析卡特980型裝載機的自然壽命與使用臺時和利用率的關系。

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

將各參數代入方程中，得到卡特980型裝載機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關系，與利用率呈負相關關系。將相應數據代入方程中，得到卡特980型裝載機的平均自然壽命為10.34年。

2.2 輪胎式起重機

2.2.1 基本模型

首先考慮輪胎式起重機的自然壽命與使用臺時和利用率之間的關系。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、天津港物流發展有限公司等7家公司的輪胎式起重機的相關數據進行分析。有效樣本量共650個，將輪胎式起重機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。對所有樣本序列進行對數化處理，并分析輪胎式起重機的自然壽命、使用臺時、利用率之間的相關性，結果如表8所示：輪胎式起重機的自然壽命與使用臺時的正相關關系十分微弱，與利用率呈較弱的負相關關系。

以輪胎式起重機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，參數估計結果如表9所示：常數項的T統計量的相伴概率大于1%。為保證模型的精確度，除去常數項后再估計，結果如表10所示：自變量的T統計量的絕對值較大，且相伴概率近似于0，說明2個參數均顯著；方程的擬合優度為，數值較小，說明方程擬合效果一般。

（不含常數項）

將各參數代入方程中，得到輪胎式起重機自然壽命的基本模型為

Slife=0.258 9Sope 1.674 2Suse

由此可見，輪胎式起重機的平均自然壽命與使用臺時呈正相關關系，與利用率呈負相關關系。將相應數據代入方程中，得到輪胎式起重機的平均自然壽命為16.89年。

2.2.2 算例分析

2.2.2.1 QLY40型輪胎式起重機

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

將各參數代入方程中，得到QLY40型輪胎式起重機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型輪胎式起重機的平均自然壽命與使用臺時呈正相關關系，與利用率呈負相關關系，且利用率的負面影響更為顯著。將相應數據代入方程中，得到QLY40型輪胎式起重機的平均自然壽命為13.94年。

2.2.2.2 QLY50型輪胎式起重機

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

將各參數代入方程中，得到QLY50型輪胎式起重機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型輪胎式起重機的平均自然壽命與使用臺時呈正相關關系，與利用率呈負相關關系，且利用率的負面影響更為顯著。將相應數據代入方程中，得到QLY50型輪胎式起重機的平均自然壽命為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、天津港國際物流發展有限公司、天津港集裝箱碼頭有限公司、天津港聯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展有限公司等8家公司的集裝箱正面吊的相關數據進行分

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。對所有樣本序列進行對數化處理，并分析集裝箱正面吊的自然壽命、使用臺時、利用率之間的相關性，結果如表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關系，與利用率也呈現一定的正相關關系。

之間的相關性

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，參數估計結果如表14所示：自變量和常數項的T統計量的絕對值較大，且相伴概率近似于0，說明3個參數均顯著；方程的擬合優度為，數值較小，說明方程擬合效果一般；F統計量的絕對值較大，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關系，與利用率呈負相關關系。將相應數據代入方程中，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估計結果如表15所示：常數項的T統計量的相伴概率大于10%，說明常數項不顯著。除去常數項后再估計，結果如表16所示：自變量的T統計量的絕對值較大，且相伴概率近似于0，說明2個參數均顯著；方程的擬合優度為，數值較小，說明方程擬合效果一般。

參數估計結果（不含常數項）

將各參數代入方程中，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。將相應數據代入方程中，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估計結果如表17所示：利用率的T統計量的相伴概率大于10%，說明該參數不顯著。除去利用率后再估計，結果如表18所示：自變量和常數項的T統計量的絕對值較大，且相伴概率近似于0，說明2個參數均顯著；方程的擬合優度為，接近于1，說明方程擬合效果較好；F統計量的絕對值較大，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關系，與利用率基本無關。將相應數據代入方程中，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：

[1] 王佳興. 基于GMDH方法的設備剩余壽命預測[D]. 武漢：武漢科技大學，2010.

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

（編輯：張敏 收稿日期：2016-08-10）