离散型制造企业中关键设备的预防性维护研究

摘要:文章阐述了离散型制造企业中关键设备的预防性维护,并对多台关键设备的预防性维护与车间作业计划管理的同步与协调模型进行研究。

关键词:离散型制造企业;关键设备;预防性维护

一、引言

关键设备在企业生产运营中对企业的生产起着决定性的作用,一旦这些设备出现故障引起生产线乃至整个生产系统的停产,将对制造企业造成不可估量的损失,因此加强对关键设备的预防性维护就成了离散型制造企业设备预防性维护管理的重点。离散型制造企业设备预防性维护的主要作用是在已有的设备维护系统所具有的维护、维修等常规功能的基础上,对关键设备进行预防性维护,并实现关键设备预防性维护与车间作业计划管理的同步与协调。

二、车间作业计划管理

车间作业计划管理也常称为车间生产调度管理或车间作业排序管理,设有n个作业,每个作业都由一组工序组成,有m台加工设备,则该问题可描述为:在指定的时间内,将n个作业按照一定的原则或算法分配到m台加工设备上进行加工,以满足一个或多个预定的性能指标。工序的加工必须按照可行的工艺次序进行,每个工序的完成都要占用一定数量的加工设备时间、人员及工装等相关制造资源。车间作业计划的目标是将作业合理地安排到各加工设备,并合理安排作业的加工次序和加工开始时间,使约束条件满足,同时优化一些性能指标。常用的目标有满货日期、极小化工序准备时间或成本、极小化在制品库存、极大化设备和劳动力的利用率。离散型制造企业以多品种、小批量加工为主,企业为了满足客户对交货期的严格要求,一般都以极大化设备利用率作为目标。

三、关键设备的预防性维护模型

如何合理地安排车间作业计划和关键设备的预防性维护以实现设备维护与车间作业计划的统筹安排正为越来越多的企业所关注。设备预防性维护尽管浪费实际生产时间,但是避免了因设备完全失效和产品报废造成的巨大经济损失,两者是紧密关联的,但是在实际应用中,人们往往把两者独立的进行决策,不可避免的增加了生产延误。因生产过程中设备的失效不可避免,必须在制定车间生产计划的同时考虑关键设备的预防性维护,只有如此才能真正达到关键设备的使用效率最高的目标。

(一)假设

1、关键设备预防性维护只维修或者更换失效零部件。

2、由于设备由许多的零部件所组成,任一零部件失效都会引起设备的失效,因此设备失效取决于设备的最弱环。假设设备失效服从威布尔分布。

(二)模型

在企业生产过程中,要使关键设备的利用率最高,即由于设备维护而延误设备生产的时间最小。

Li,j-1表示设备i加工第j个工件前的设备寿命。

y =1当设备i加工工件j0其他

i=1,2,…,m

j=1,2,…,ni

其中:m为加工该批工件某一工序的设备数量;ni为该批工件在设备i上加工的数量。

令ti表示设备i的失效时间,Fi表示设备i的失效概率分布函数。

那么:

F (t )=1-exp(-(t /η ) )

设备失效服从威布尔分布,在设备i加工第i个工件时,设备i失效的概率为:

Fij=Fi(tij+Li,j-1|Li,j-1)=Pi{t≤tij+Li,j-1|t>Li,j-1}=1-exp-+

其中tij表示设备i加工工件j所用的时间。

一个工件的加工时间是任意的离散变量,主要取决于:

1、执行该批生产任务前设备的寿命。

2、该工件的加工时间。

3、设备预防性维修需要的时间。

4、设备失效时的维修时间及进行该工件加工时设备失效的概率。

令tc[ij]表示设备i加工工件j的完成时间,那么:

t =ty + t +M

i=1,2,…,n;j=1,2,…,ni

其中:tip为设备i的预防性维修时间;tij为设备i加工工件j时的失效时间。

这里Mij是一个任意的离散变量,其表达式为:

Mij=ktirk=0,1,…ni

tir为设备i失效后维修的时间。

令Ni={1,2,…,m},Ni,j表示由设备所加工的工件,它的概率分布函数是:

π =P {M =kt }=Fj=0,1,…,ni

对所有的i=1,2,…,m,令

t =ty + t +kt j=0,1,…,nii=1,2,…,m设ψ[ij]表示设备i加工工件j的延误时间,它有j+1个可能取值:

θ[i,j]=max(0,tc[ij]-dij)j=0,1,…,ni

其中dij表示设备i完成工件j加工的预定时间。

因此设备i加工工件j的延误时间的期望值为:

E(ψ )= θ π

则关键设备i加工工件的延误时间的期望值为:E(ψi)= E(ψ )

将m台关键设备总的工作延迟时间最小作为决策目标,可得出目标函数为:

min E(ψi)

四、结束语

在离散型制造企业,保证设备的完好率,特别是关键设备,是提高制造企业生产率的重要因素。将关键设备的车间作业计划与预防性维修计划进行同步与协调,以达到设备利用率最高的目标,具有实际生产意义。

参考文献:

1、陈禹六.IDEF建模分析和设计方法[M].清化大学出版社,2000.

2、李铁克,张文新,崔建双.钢铁企业制造执行系统的体系结构[J].冶金自动化,2003(4).

3、巫世晶.设备管理工程[M].中国电力出版社,2005.

4、蒋亚男.设备维修管理模式的发展[J].机床与液压,2002(5).

5、应保胜,但斌斌,张华.生产计划和预防性维修计划的统筹优化模型[J].机械工程学报,2005(3).

(作者单位:浙江工业职业技术学院数控分院)

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