系統(tǒng)可用性分析方法在瀝青拌和設(shè)備中的應(yīng)用

劉小鵝等

摘要：針對(duì)瀝青攪拌設(shè)備使用過程的問題，采用系統(tǒng)可用性分析方法進(jìn)行分析。介紹了進(jìn)行可用度權(quán)衡需考慮的問題和詳細(xì)步驟，對(duì)實(shí)際案例進(jìn)行分析，提出備選方案，比較后獲得最優(yōu)方案。簡要介紹了利用最佳費(fèi)用曲線模型對(duì)可用度與壽命周期費(fèi)用間的綜合權(quán)衡。最后結(jié)合實(shí)際案例，詳細(xì)介紹了該方法的分析過程，由此論證了系統(tǒng)可用性方法應(yīng)用到瀝青拌和設(shè)備中的可行性。

關(guān)鍵詞：系統(tǒng)可用性；瀝青拌和設(shè)備；設(shè)備壽命周期費(fèi)用；最佳費(fèi)用曲線

中圖分類號(hào)：U415.5文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

Abstract： In order to deal with problems of asphalt mixing equipment in using process， system availability analysis method was adopted. Problems and detailed procedure that deserve concern while weighing availability were introduced. Alternatives were put forward after analyzing practical case. Finally， the optimal case was chosen by comparison. Comprehensive weighing of availability and life cycle cost was introduced briefly by using the curve models of optimal cost. Analysis procedure of the method was explained in detail by utilizing a practical case in the end， which illustrates the feasibility of system availability analysis method.

Key words： system availability； asphalt mixing plant； equipment life cycle cost； optimal cost curve

0引言

可靠性、維修性和可用性都是對(duì)瀝青拌和設(shè)備系統(tǒng)效能的一種度量，三者間存在著相當(dāng)大的權(quán)衡余地。在設(shè)備的使用過程中，應(yīng)對(duì)技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、壽命周期費(fèi)用、維修等因素綜合考慮，在可靠性、維修性和可用性三者間求得合理的平衡。

可用度綜合權(quán)衡主要是通過確定可用度要求并落實(shí)到系統(tǒng)的可靠性、維修性指標(biāo)上，使系統(tǒng)達(dá)到預(yù)期的優(yōu)化目標(biāo)。本文采用系統(tǒng)可用性技術(shù)，針對(duì)瀝青攪拌設(shè)備在使用過程中出現(xiàn)的問題，實(shí)現(xiàn)對(duì)瀝青攪拌設(shè)備可靠性、維修性和可用性的綜合優(yōu)化。

1可靠性、維修性與可用度權(quán)衡的方法

在可用度權(quán)衡過程中，一般需要考慮3個(gè)主要方面的問題[1]。

（1） 故障的后果。故障的影響主要包括對(duì)安全性的影響、對(duì)工作能力的影響以及對(duì)所需負(fù)擔(dān)經(jīng)濟(jì)因素的影響。如果故障的后果超出了安全性故障允許的范圍，或影響任務(wù)的完成，則方案不可行，需要進(jìn)一步優(yōu)化。這方面的考慮通常是輸出系統(tǒng)的可靠性與維修性的最低可接受參數(shù)值。

（2） 技術(shù)可行性。分析所選定的有關(guān)參數(shù)在技術(shù)上是否可行，技術(shù)可行性分析構(gòu)成了系統(tǒng)可靠性、維修性參數(shù)的約束之一。

（3） 經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)能力。經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)是工程費(fèi)用、使用及維持費(fèi)用或壽命周期費(fèi)用。一般情況下，用壽命周期費(fèi)用進(jìn)行度量。

1.1可靠性、維修性與可用度權(quán)衡分析的步驟

對(duì)設(shè)備進(jìn)行可靠性、維修性與可用度權(quán)衡分析的步驟如下 [2]。

（1） 確定可行域。根據(jù)給定的固有可用度A，在以MTBF（平均故障間隔時(shí)間）為橫坐標(biāo)、MTTR（平均修理時(shí)間）為縱坐標(biāo)的坐標(biāo)系中，畫出可用度曲線，再根據(jù)技術(shù)可行性以及故障后果等因素確定MTBF和MTTR的上、下限，并在可用度曲線圖中進(jìn)行標(biāo)識(shí)，從而確定權(quán)衡的可行域。

（2） 擬定備選方案。從不同的角度出發(fā)，提出具有代表性的設(shè)計(jì)方案。例如，可靠性設(shè)計(jì)可以采用降額使用、余度設(shè)計(jì)、高可靠性的部件等，維修性設(shè)計(jì)可考慮模塊化設(shè)計(jì)、自測試方案等。

（3） 權(quán)衡決策。根據(jù)已經(jīng)確定的可行域和備選方案，確定優(yōu)化準(zhǔn)則，選定最佳方案。

1.2案例分析

設(shè)計(jì)要求瀝青拌和設(shè)備的固有可用度為0.99，并且MTTR不大于4 h，MTBF不小于200 h。如圖1所示。

（1） 畫出可用度曲線，可行域如圖1中陰影部分。如果沒有其他限制，凡在陰影區(qū)內(nèi)的方案都能滿足要求，該陰影區(qū)就是權(quán)衡區(qū)，即可行區(qū)。

可以從兩個(gè)角度考慮權(quán)衡問題：一是將可用度固定，在該可用度的斜線上兩個(gè)允許的端點(diǎn)間選擇MTTR和MTBF的合適組合；二是將可用度提高，這樣可以選擇的范圍逐漸增加，直至擴(kuò)大到整個(gè)陰影區(qū)。

（2） 確定備選方案。提出4種備選方案， 4個(gè)備選方案都在可行域內(nèi)，如表1所示。

（3） 權(quán)衡決策。由于4個(gè)備選方案都在可行區(qū)內(nèi)，都符合基本的要求，因此必須施加某些其他的約束條件從中擇優(yōu)。現(xiàn)以費(fèi)用最低作為約束條件，估算不同方案的費(fèi)用（包含采購費(fèi)用、使用及維持費(fèi)用和壽命周期費(fèi)用），具體數(shù)據(jù)如表2所示。

表1備選設(shè)計(jì)方案

方案序號(hào)設(shè)計(jì)方案AMTBF/hMTTR/h

1可靠性設(shè)計(jì)采用降額，維修性采用模塊化及自檢測0.9902003.0

2可靠性設(shè)計(jì)采用高可靠性部件，維修性采用局部模塊化及半自檢測0.9903003.0

3可靠性設(shè)計(jì)采用部分余度技術(shù)，維修性采用有限模塊化及手工自檢測0.9913503.0endprint

4可靠性設(shè)計(jì)采用高可靠性部件，維修性采用模塊化及自檢測0.9933002.0

2最佳費(fèi)用曲線模型

在一定的LCC（壽命周期費(fèi)用）約束下，利用可用度進(jìn)行綜合權(quán)衡的實(shí)質(zhì)是權(quán)衡維修性、可靠性間的關(guān)系問題。可用度權(quán)衡問題與壽命周期費(fèi)用權(quán)衡問題本是兩類權(quán)衡問題，對(duì)兩者進(jìn)行權(quán)衡分析，可使其轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)權(quán)衡問題。最佳費(fèi)用曲線的理論為解決上述問題提供了理論指導(dǎo)[3]。

下面結(jié)合瀝青拌和設(shè)備實(shí)例，對(duì)如何利用最佳費(fèi)用曲線模型進(jìn)行可用度與LCC綜合權(quán)衡予以簡要介紹。

2.1等費(fèi)用曲線模型

該曲線上可用度為相同值，壽命周期費(fèi)用為不同值。自原點(diǎn)作出圖中所示帶箭頭的直線，該直線與等可用度曲線相交于一點(diǎn)，朝向箭頭右側(cè)的交點(diǎn)代表可用度增加。

2.3最佳費(fèi)用曲線

在瀝青拌和設(shè)備的使用過程中，需達(dá)到兩種特殊要求：某一可用度下，存在最少壽命周期費(fèi)用；某一壽命周期費(fèi)用下，存在最大可用度。MTTR和MTBF的最佳組合和最佳費(fèi)用點(diǎn)的獲取方法為：把上述已求取的等費(fèi)用曲線與等可用度曲線重疊，找到兩曲線的切點(diǎn)，該切點(diǎn)即為所求點(diǎn)。

4結(jié)語

（1） 對(duì)于瀝青攪拌設(shè)備在使用過程中的可用度問題，可以通過確定瀝青攪拌設(shè)備可靠性、維修性和可用性的各項(xiàng)指標(biāo)來實(shí)現(xiàn)綜合優(yōu)化。

（ 2） 結(jié)合瀝青攪拌設(shè)備的案例分析，證明提出的可靠性、維修性與可用度權(quán)衡分析方法是有效可行的。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳永平.工程機(jī)械可靠性[M].北京：人民交通出版社，2002.

[2]李良巧.可靠性工程師手冊(cè)[M].北京：中國人民大學(xué)出版社，2012.

[3]彭舉.瀝青混合料攪拌設(shè)備控制系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)[D].西安：長安大學(xué)，2009.

[4]高志偉.乳化瀝青微表處混合料耐火性研究[J].筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2014，31（9）：6871.

[5]林俊濤，吳小鵬.瀝青路面功能性預(yù)養(yǎng)護(hù)材料的養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī)研究[J].中國公路學(xué)報(bào)，2014，27（9）：1924.

[6]劉洪濤，周峰，董進(jìn)勇.攪拌設(shè)備瀝青配料誤差分析與修正技術(shù)研究[J].筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2014，31（1）：99102.

[責(zé)任編輯：王玉玲]endprint