簡(jiǎn)小剛,蔡帥博,陳前鋒,劉 釗,石來(lái)德

(1.同濟(jì)大學(xué) 機(jī)械與能源工程學(xué)院,上海 201804;2.廣西柳工機(jī)械股份有限公司,廣西柳州 545005)

?

面向全生命周期的產(chǎn)品可維護(hù)度評(píng)價(jià)

簡(jiǎn)小剛1,蔡帥博1,陳前鋒2,劉 釗1,石來(lái)德1

(1.同濟(jì)大學(xué) 機(jī)械與能源工程學(xué)院,上海 201804;2.廣西柳工機(jī)械股份有限公司,廣西柳州 545005)

對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行可維護(hù)性評(píng)價(jià),是優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案、提升產(chǎn)品品質(zhì)的有效手段.對(duì)產(chǎn)品可維護(hù)性研究的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀進(jìn)行了分析與梳理,結(jié)合實(shí)際需求提出了產(chǎn)品可維護(hù)度的概念及內(nèi)涵.基于產(chǎn)品全生命周期理論,建立了產(chǎn)品可維護(hù)度綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及其計(jì)算模型,并以實(shí)際案例驗(yàn)證其可行性,為產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案優(yōu)化提供依據(jù).

可維護(hù)度; 全生命周期; 模型; 評(píng)價(jià)方法TH 39

JIAN Xiao-gang1,CAI Shuai-bo1,Chen Qian-feng2,Liu Zhao1,Shi Lai-de1

(1.School of Mechanical Engineering,Tongji University,Shanghai 201804,China;2.Guangxi LiuGong Machinery Co.,Ltd,Liuzhou 545005,China)

產(chǎn)品維護(hù)的目的是保持或恢復(fù)其規(guī)定狀態(tài),相應(yīng)的可維護(hù)性也就是在規(guī)定的約束(包括條件、時(shí)間、方法等)下完成維護(hù)保養(yǎng)的能力[1].用“可維護(hù)度”來(lái)評(píng)價(jià)面向全生命周期的產(chǎn)品可維護(hù)性,有助于規(guī)范產(chǎn)品可維護(hù)性評(píng)價(jià)流程,促使產(chǎn)品設(shè)計(jì)的各項(xiàng)指標(biāo)改進(jìn),進(jìn)而實(shí)現(xiàn)優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案、提升產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)性的目的,同時(shí)也符合節(jié)能減排、保護(hù)生態(tài)環(huán)境的社會(huì)理念.

另一方面,產(chǎn)品可維護(hù)性的評(píng)價(jià)是一個(gè)涉及多因素、多目標(biāo)的決策過(guò)程,而目前關(guān)于產(chǎn)品可維護(hù)性的評(píng)價(jià)研究仍停留在定性的范圍內(nèi),維護(hù)工作仍然依賴于維護(hù)人員對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的熟悉程度[2].可維護(hù)度這個(gè)衡量產(chǎn)品可維護(hù)性的數(shù)量指標(biāo)的提出,相較于傳統(tǒng)的評(píng)價(jià)模型,其對(duì)于產(chǎn)品可維護(hù)性的評(píng)估更加精確,而國(guó)內(nèi)在這方面的研究目前還很缺乏,因此,建立一種新型的面向全生命周期產(chǎn)品可維護(hù)度評(píng)價(jià)模型已迫在眉睫.

1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

可維護(hù)性是指通過(guò)維護(hù)保養(yǎng),使產(chǎn)品盡量保持正常工作能力的特性,它是一種質(zhì)量特性,這種質(zhì)量特性既可以用定性的特征來(lái)表達(dá),也可以用定量的參數(shù)來(lái)表達(dá).可維護(hù)度評(píng)價(jià)是對(duì)產(chǎn)品可維護(hù)性的綜合度量,是一種定量評(píng)價(jià).表1為國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品可維護(hù)性評(píng)價(jià)研究現(xiàn)狀.

從以上的研究中仍然可以看到一些不足:一方面,目前國(guó)內(nèi)機(jī)械領(lǐng)域經(jīng)常將可維護(hù)性的含義包括在可維修性中,造成兩者混淆,事實(shí)上是錯(cuò)誤的.設(shè)備的日常維護(hù)保養(yǎng)通常包括清掃、潤(rùn)滑、緊固、堵漏等,而維修則是對(duì)于發(fā)生故障后的設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)修理,將其恢復(fù)至正常工作狀態(tài).兩者實(shí)施階段不同,操作方式不同,涉及費(fèi)用也不同.另一方面,評(píng)價(jià)產(chǎn)品維修性的方法各異,在評(píng)價(jià)指標(biāo)框架的建立上具有很強(qiáng)的主觀性,缺乏規(guī)范化的評(píng)價(jià)流程以及定量的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo),評(píng)估結(jié)果準(zhǔn)確性有待驗(yàn)證,難以在實(shí)際運(yùn)用中為產(chǎn)品設(shè)計(jì)部門(mén)提供有效的參考.

表1 國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品可維護(hù)性評(píng)價(jià)研究現(xiàn)狀

因此,要實(shí)現(xiàn)良好的產(chǎn)品可維護(hù)性評(píng)價(jià)就需要建立全面、系統(tǒng)、清晰的可維護(hù)性評(píng)價(jià)體系.

2 可維護(hù)度評(píng)價(jià)研究

2.1 可維護(hù)度定義及內(nèi)涵

根據(jù)以上分析,可維護(hù)度可定義為:產(chǎn)品在規(guī)定時(shí)間及條件下,通過(guò)維護(hù)保養(yǎng),保持規(guī)定功能狀態(tài)的難易程度(概率).概念采用了“三規(guī)定一概率”的定義方式,包含了與可維護(hù)度密切相關(guān)的五個(gè)要點(diǎn):產(chǎn)品、條件、時(shí)間、功能、概率,其關(guān)系如圖1所示.

圖1 可維護(hù)度要素

可維護(hù)度作為評(píng)價(jià)產(chǎn)品可維護(hù)性的定量指標(biāo),這一概念的提出,旨在通過(guò)前期小代價(jià)的維護(hù)保養(yǎng)措施,避免或降低故障發(fā)生后高昂的維修費(fèi)用,符合現(xiàn)代社會(huì)的理念.根據(jù)產(chǎn)品可維護(hù)度概念,其內(nèi)涵可分為兩個(gè)層面:一為產(chǎn)品各組成部分在維護(hù)保養(yǎng)時(shí)的相對(duì)難易程度;二為產(chǎn)品的所有組成部分有關(guān)可維護(hù)性的綜合度量.

2.2 可維護(hù)度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

根據(jù)可維護(hù)度概念及其內(nèi)涵,評(píng)價(jià)指標(biāo)體現(xiàn)為兩個(gè)方面:固有屬性和外部因素.固有屬性是產(chǎn)品在設(shè)計(jì)、制造中賦予的,包括出廠的設(shè)計(jì)等,這在很大程度上已經(jīng)決定維護(hù)時(shí)的難易程度;外部因素是產(chǎn)品在實(shí)際使用過(guò)程中表現(xiàn)的一種性能的特性,需要考慮操作使用和維修保障等方面因素的影響,外部因素的變化同樣也會(huì)影響設(shè)備維護(hù)的難易程度.

另一方面,產(chǎn)品全生命周期(如圖2所示)是指某一產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、使用直到報(bào)廢的全部時(shí)間.產(chǎn)品的全生命周期強(qiáng)調(diào)的是其在時(shí)間上的意義,不僅包括前期的方案探討、圖紙?jiān)O(shè)計(jì)及生產(chǎn)制造的全過(guò)程,還包括后期的使用、維護(hù)、報(bào)廢及回收[8].

?設(shè)計(jì)階段:產(chǎn)品出廠的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、零部件布局、模塊化與否等,這在很大程度上已經(jīng)決定了維護(hù)時(shí)的難易程度.

?制造階段:零部件的材料、用量及工藝均會(huì)影響其可維護(hù)度的大小.

?使用階段:涉及工作環(huán)境、燃潤(rùn)料品質(zhì)以及操作人員操作等.

?維護(hù)階段:考慮維護(hù)保養(yǎng)時(shí)維護(hù)人員的位置、動(dòng)作、操作等,以便考察維護(hù)的難易程度.此外,備件保障亦會(huì)影響其可維護(hù)度.

圖2 涉及可維護(hù)度的產(chǎn)品全生命周期示意圖

圖3 產(chǎn)品全生命周期與可維護(hù)度關(guān)系圖

據(jù)此可以確定評(píng)價(jià)指標(biāo),將其分為一級(jí)、二級(jí)和三級(jí)3個(gè)級(jí)別,繼而建立評(píng)價(jià)指標(biāo)集,具體步驟如下:

①將一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)確定為“固有屬性”和“外部因素”;

②將二級(jí)指標(biāo)分為4個(gè),從產(chǎn)品全生命周期著手,“固有屬性”下包括“設(shè)計(jì)”和“制造”階段,“外部因素”包括“使用”和“維護(hù)”階段;

③將三級(jí)指標(biāo)分為20個(gè),具體如圖4所示.

④將圖4中的評(píng)價(jià)指標(biāo)用因素集的形式表示,即可得到評(píng)價(jià)因素集U,U={U1,U2},其中,U1={U11,U12},U2={U21,U22},U11={U111,U112,U113,U114,U115,U116},U12={U121,U122,U123},U21={U211,U212,U213},U22={U221,U222,U223,U224,U225,U226,U227,U228}.

圖4 面向全生命周期的產(chǎn)品可維護(hù)度評(píng)價(jià)體系框架圖

2.3 可維護(hù)度評(píng)價(jià)模型

產(chǎn)品可維護(hù)度評(píng)價(jià)模型包含各組成部分的評(píng)價(jià)模型和整體的綜合評(píng)價(jià)模型.各組成部分的可維護(hù)度主要依據(jù)優(yōu)先關(guān)系矩陣和相關(guān)矩陣進(jìn)行計(jì)算(如表2所示).首先,根據(jù)模糊層次法計(jì)算在各自指標(biāo)體系中從上至下各級(jí)指標(biāo)的權(quán)重;其次,專家對(duì)各指標(biāo)的等級(jí)(3個(gè)等級(jí):良好、一般、差)予以評(píng)價(jià);最后,自下而上對(duì)指標(biāo)進(jìn)行融合計(jì)算,得到各組成部分的可維護(hù)度評(píng)價(jià)值.

根據(jù)上述可維護(hù)度評(píng)價(jià)模型的思路,評(píng)價(jià)流程如圖5所示.

圖5 產(chǎn)品可維護(hù)度評(píng)價(jià)流程圖

2.4 權(quán)重系數(shù)的確定

根據(jù)上述建立的評(píng)價(jià)指標(biāo)集,采用模糊層次分析法確定各指標(biāo)的權(quán)重系數(shù).

(1) 構(gòu)建優(yōu)先關(guān)系矩陣Q,使用優(yōu)先關(guān)系矩陣數(shù)量標(biāo)度方法把qij的取值分為3個(gè)標(biāo)度,具體如表2所示.

表2 優(yōu)先關(guān)系矩陣數(shù)量標(biāo)度方法

構(gòu)建每個(gè)級(jí)別評(píng)價(jià)指標(biāo)的優(yōu)先關(guān)系矩陣,將二級(jí)指標(biāo)之間的優(yōu)先關(guān)系矩陣記為Q1,將二級(jí)指標(biāo)中設(shè)計(jì)指標(biāo)之間的優(yōu)先關(guān)系矩陣記為Q2,將二級(jí)指標(biāo)中制造指標(biāo)之間的優(yōu)先關(guān)系矩陣記為Q3,將二級(jí)指標(biāo)中使用指標(biāo)之間的優(yōu)先關(guān)系矩陣記為Q4,將二級(jí)指標(biāo)中維護(hù)指標(biāo)之間的優(yōu)先關(guān)系矩陣記為Q5,表示如下:

上述矩陣中,qi,j表示矩陣的具體賦值,即各因素對(duì)應(yīng)的優(yōu)先關(guān)系矩陣數(shù)量標(biāo)度.

(2) 構(gòu)造模糊一致矩陣R=(rij)n×n.對(duì)模糊互補(bǔ)矩陣Q=(qij)n×n按行求和,記為

(1)

式中:qi為對(duì)矩陣Q進(jìn)行按行求和.

實(shí)施如下變換:

(2)

式中:qj為對(duì)矩陣Q進(jìn)行按列求和.

得模糊一致矩陣R=(rij)n×n.

(3) 計(jì)算R的權(quán)向量gij

(3)

(4)

式中:gi為對(duì)gij進(jìn)行按行求和.

3.5 評(píng)價(jià)細(xì)則的擬定

建立三級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)價(jià)規(guī)范,分析其影響因素,以確定評(píng)價(jià)細(xì)則.具體步驟如下:

① 對(duì)各項(xiàng)三級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)分析影響因素;

② 運(yùn)用模糊層次分析法確定各影響因素權(quán)重;

③ 每項(xiàng)因素以語(yǔ)言定性地表述各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)及其等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn),指標(biāo)的評(píng)語(yǔ)設(shè)為三個(gè)等級(jí),即良好、一般、差.

3.6 計(jì)算可維護(hù)度

建立評(píng)價(jià)模型,設(shè)定總分1 000分,根據(jù)所對(duì)應(yīng)的權(quán)重,將各項(xiàng)指標(biāo)分?jǐn)?shù)(指標(biāo)分?jǐn)?shù)=權(quán)重×A)、各維護(hù)項(xiàng)目對(duì)應(yīng)不同的評(píng)價(jià)指標(biāo),檢查所得分?jǐn)?shù),相加計(jì)算總得分,最后進(jìn)行無(wú)量綱化處理,得出可維護(hù)度M.A為總分1 000分.

(5)

4 實(shí)例分析

以某型裝載機(jī)檢查變速箱油位可維護(hù)度評(píng)價(jià)為例,具體步驟如下:

(1) 將各評(píng)價(jià)指標(biāo)用因素集的形式表示,即可得到評(píng)價(jià)因素集U,U={U1,U2},其中,U1={U11,U12},U2={U21,U22},U11={U111,U112,U113,U114,U115,U116},U12={U121,U122,U123},U21={U211,U212,U213},U22={U221,U222,U223,U224,U225,U226,U227,U228}.

(2) 確定各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重

采用模糊層次分析法,建立的優(yōu)先關(guān)系矩陣Q1,Q2,Q3,Q4,Q5:

經(jīng)過(guò)計(jì)算可得各項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重值

R1的權(quán)向量為(0.6729,0.5445,0.4137,0.2767),歸一化權(quán)重向量w1=(0.353,0.285,0.217,0.145);R2的權(quán)向量為(0.4356,0.3463,0.2512,0.5659,0.5659,0.6942),歸一化權(quán)重向量w2=(0.152,0.121,0.088,0.198,0.198,0.243);R3的權(quán)向量為(0.6525,0.4807,0.3029),歸一化權(quán)重向量w3=(0.454,0.335,0.211);R4的權(quán)向量為(0.6525,0.3029,0.4807),歸一化權(quán)重向量w4=(0.454,0.211,0.335);R5的權(quán)向量(0.7042,0.6403,0.5111,0.5759,0.4456,0.3447,0.3447,0.2354),歸一化權(quán)重向量w5=(0.185,0.168,0.134,0.151,0.117,0.091,0.091,0.063).Ri(i=1,2,3,4,5)分別為與矩陣Qi(i=1,2,3,4,5)對(duì)應(yīng)的模糊一致矩陣.

(3) 分析各項(xiàng)三級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)的影響因素,建立評(píng)價(jià)規(guī)范,擬定評(píng)價(jià)細(xì)則;

(4) 根據(jù)不同的維護(hù)項(xiàng)目,考察指標(biāo)各有不同,檢查變速箱油位指標(biāo),具體如表3所示;

(5) 專家根據(jù)不同的維護(hù)項(xiàng)目,參照評(píng)價(jià)細(xì)則進(jìn)行打分(檢查變速箱油位分值具體如表4所示),計(jì)算可維護(hù)度.

標(biāo)準(zhǔn)得分=43+30+86+99+46+73+27+24+20+22+17+13+9=509

實(shí)際得分=43+30+86+70+40+73+9+24+20+22+15+13+7=452

經(jīng)評(píng)測(cè),該型裝載機(jī)檢查變速箱油位可維護(hù)度為0.88,屬于良好狀況.

5 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)產(chǎn)品可維護(hù)性研究的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀進(jìn)行了分析與梳理,結(jié)合實(shí)際需求提出了產(chǎn)品可維護(hù)度的概念及內(nèi)涵.通過(guò)建立產(chǎn)品可維護(hù)度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系與評(píng)價(jià)算法,綜合各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo),能夠準(zhǔn)確定量評(píng)估產(chǎn)品可維護(hù)性,為產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案優(yōu)化提供依據(jù).此外,該評(píng)價(jià)方法在實(shí)際操作中簡(jiǎn)單易行,評(píng)價(jià)過(guò)程清晰規(guī)范,具有較好的推廣應(yīng)用價(jià)值.

表3 檢查變速箱油位的考察指標(biāo)

表4 檢查變速箱油位分值表

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Entire life cycle oriented product maintainability evaluation

Owing that the product maintainability evaluation plays a critical role in product design optimization and quality improvement,the advances of domestic and foreign researches are first investigated.Then,the conception and connotation are practically proposed.Based on entire product life cycle,the evaluation indexing system and calculation model are finally established.By applying practical cases for feasibility verification,this approach provides a reference to design option optimization.

maintainability;entire life cycle;model;evaluation method

國(guó)家“八六三”高技術(shù)發(fā)展計(jì)劃資助項(xiàng)目(2014AA041502)

簡(jiǎn)小剛(1975-),男,副教授.E-mail:jianxgg@#edu.cn

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)： 1672-5581(2016)01-0006-06