某型公交车二级保养决策优化

某型公交车二级保养决策优化 张国凤, 刘望球 (长沙理工大学 汽车与机械工程学院, 湖南 长沙 � 410004) 摘 � 要: 选择合适的预防维修周期是预防维修工作的主要问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 之一,传统研究中多以时间为 量度, 要求每个维修周期的长度相同,但设备随使用时间的延长其性能会逐渐降低, 以固定时间作 为预防维修长度存在一定的局限性。该文利用某公交公司车辆使用过程中维修的现场数据记录, 结合数学模型, 利用失效计数方法来确定二级保养时间,优化维修决策。 关键词: 汽车; 公交车; 保养周期; 小修数; 决策优化 中图分类号: U472. 1 � � � � � � � 文献标志码: A � � � � � � � 文章编号: 1671- 2668( 2010) 04- 0024- 04 � � 城市公交公司一般拥有成百上千辆车, 每年需 进行多次维修和保养来保证这些车辆的正常运行。 根据调查结果, 维修和保养费用在车辆运行成本中 占有很大比例, 一般可达 25%。而维修和保养的时 间及方式对车辆运行成本影响很大。因此, 公交公 司对汽车维修保养制度的优化应给予足够重视。 现代工厂和企业多采用预防性维修的方法, 通 过对产品的系统检查、检测,发现故障征兆, 防止故 障发生,使其保持在规定状态下完成全部活动。预 防性维修方法包括调整、润滑、定期检查和必要的修 理等。而预防性维修中普遍采用的形式是定期维 修,即每隔一定的时间进行一次维修保养。但是, 由 于维修和保养几乎都属于不完美维修, 不能等同于 更新过程,因此设备随使用时间的延长其整体性能 会不断下降,直到报废停止使用。定期维修没有考 虑设备性能的这种变化, 容易出现有些设备不能得 到及时修复或在使用性能仍良好时就进行维修的情 况,既造成人力、物力浪费, 还可能影响整个生产调 度 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 的实施。 车辆使用过程中, 小修发生频率在一定程度上 反映了车辆的性能状态, 并且记录小修次数也较为 容易。因此,该文提出利用小修数来规划公交车二 级维护周期, 即失效计数方法。通过分析某公交公 司同类型 26辆车的现场维修数据,对小修数据进行 可靠性建模,建立确定汽车最优维护周期的数学模 型,优化二级保养时间。 1 � 模型优化 一般情况下, 随着使用时间的延长,系统的性能 会逐渐下降,失效发生频率(与失效率不同,文献[ 5] 介绍了两者的区别)也会随之增加。因此,可以考虑 采用计数失效发生次数(取小修次数)的方法来规划 二级保养周期。设二级保养费用为 Cp ,小修费用为 C f , 则车辆在一个二级保养周期 T 内的费用率 C (T )可用下式求得: C( T )= Cp+ Cf H (T ) T (1) 式中: H ( T)为失效发生率。 重型车各自的安置角范围内优化 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 结构参数。装 配主、副滚筒同步带进行标定,在用车检测时可拆除 同步带,使检测站、修配厂在统一台架上能进行轻型 车工况法、重型车加载减速法和动力性等准确检测。 参考文献: [ 1] � H T/ T 292- 2006,柴油车加载减速工况法排气烟度测 量设备技术要求[ S] . 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[ 6] � 吴明.底盘测功机不同行业 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 的比较[ J] . 公路与汽 运, 2009( 4) . 收稿日期: 2009- 11- 02 24 � � � � � 公 � 路 � 与 � 汽 � 运 � � �� � H ighway s & A utomotiv e A p p lications � � � � � � 第 4期2010年 7月 � � � 将式(1)对 T 求导,并使: d dT [ C( T) ] = TC f H �( T )- [ Cp + Cf H (T) ] T 2 = 0 ( 2) 则满足式(2)的 T 即为最佳的二级维护周期时间长 度。整理得: TH�( T)- H (T) = Cp C f ( 3) 设失效发生率期望值(即时间 T 内的失效发生 次数)的数学计算公式为: E[ H (T ) ] = ( T + �� ) - ( �� ) ( 4) 式中: 和�分别为形状参数和尺度参数; �为位置 函数。 式(4)是一个三参数威布尔分布函数的失效发 生率计算公式。 在对设备的失效数据进行分析时, 选择的数据 不一定是从设备刚投入使用就开始记录的, 如果设 备在记录失效数据前已使用过一段时间, 那么这段 时间对设备性能的影响也应考虑进去。这时 �理论 值应为设备开始记录失效数据前所运行的时间长度 值。但因在设备运行阶段会受到很多因素影响, 如 环境、操作水平、维修和保养活动等,这些都会对设 备的性能产生影响。对失效数据进行建模, 也只是 找出设备的一般失效规律, 而不能说设备自始至终 都是符合一种失效分布的。因此, 这里的 �可作为 一个影响系数考虑。如果所要分析的数据是从设备 投入使用时即开始记录的, 则可取 �= 0, 即成为一 个二参数威布尔分布,文献[ 4]中即为该类情况。 将式(4)代入式(3) , 整理得车辆最优二级维护 周期计算式: ( T + �) - 1( T- T - �)= Cp� C f - � (5) 利用式(5)可求得二级保养最优周期的时间长 度,而通过式(4)中时间与失效数的对应关系,可求 出一个最优周期内所发生的小修次数。 从理论上说, 小修次数相同的情况下,对应的时 间长度应随时间的延长而变短, 也就是说以固定小 修次数来规划二级保养周期的方法是使保养周期的 时间长度逐渐缩短的, 与实际情况相符,这一点将在 第 3节中加以验证。 2 � 案例研究 2. 1 � 研究背景 以长沙某公交公司的公交车为研究对象,该公 司承担市内 1/ 4 以上线路的运行, 拥有上千辆车。 公司针对这些车辆,主要采取定期预防维修的政策。 车辆的维修方式主要包括一保、二保、三保(或称发 动机高保)、大修和不固定小修。另外, 公交公司现 已不提倡单独进行大修活动,而将大修的一些作业 内容归入到平时的修理和保养中。要研究的安凯公 交车在 5年多的使用过程中没有进行过以大修为主 的维修活动。 对保养周期的长度国家没有明确的规定,它一 般由多种因素决定。车辆类型不同, 保养周期也不 一样,这主要考虑的是车辆出厂时的性能差别; 另 外,还与实际应用中的行驶路况和机油的品质等有 关。大部分车辆的保养周期都是根据生产厂家和经 销商提供的用户手册及实际使用情况确定的。 公交公司关于保养情况也有相关规定,表 1给 出了公交公司关于一般车辆保养的规定。但考虑到 车辆在实际运用中可能会受到多种因素的影响,实 表 1� 安凯公交车保养间隔规定 保养类别 主要维修活动 里程/ km 费用/元 对应时间 一级保养 清洁, 润滑,紧固 ,更换燃油滤芯、空气滤芯、机油滤芯和机油 3 500 100~ 200 半个月 二级保养 检查和调整 28 000 1 000~ 2 000 4 个月 三级保养(发动机高保) 发动机总成解体, 清洗,检查, 调整 112 000 9 000~ 10 000 3 年以后第一次,之后约每年一次 大修(发动机大修 + 底盘三保) 发动机与整车的全面修理 224 000 1 万以上 3年以上 际执行时并未严格执行此规定,仅供参考。 公交车每天行驶的线路和时间一般相差不多, 日行驶里程也较稳定。因此, 用使用天数来对应行 驶里程不会产生较大差别。国家规定公交车最长行 驶周期一般为 8年, 公交公司对于使用寿命达到 8 年的车辆实行强制报废的政策。而对于提前报废的 25 � � � � � 公 � 路 � 与 � 汽 � 运 � � � �� 总第 139期 � � � � � � � H ighway s & A utomotiv e A p p lications � � � � � � � � � � 车辆,国家会给予一定的补贴。 2. 2 � 二级保养情况 选取的 26 辆安凯车, 投入运营的时间相同, 运 行路线也基本一样, 只是在 2007年 4 6月及 2009 年 5月以后,分别调动其中 6 辆车和另外 2辆车运 行于其他路线,调用时间最长为154 d、最短为20 d。 因调用时间相对于总行驶时间不长,且路线状况相 差不大,为便于统计,假定调用对车辆的使用状况不 产生影响。这批车是从 2004年 10月 24日开始投 入使用的,但该公司从 2006年 9月才开始运用信息 管理系统记录数据, 因此能获知的数据是从 2006年 9月 1日开始的, 之前的维修和保养记录不详。 从 2006年 9月 1 日起,顺次选取这 26辆车的 前 3次二级保养后的小修发生时间,并分别对齐, 求 出每次小修发生时间的平均值,结果见表 2。 保养后的初期维修情况可以反映保养的效果, 比较表 2中 3组数据, 第二次保养的效果比另外两 次差一些。从表 2可见, 随着时间的延长,小修间隔 越来越短; 3组数据中,每组的第 7次小修及之后的 小修平均发生时间随保养次数的增加逐渐减小。 2. 3 � 小修数据分析 三级保养(或大修)属于较大型的维修活动, 对 车辆性能影响较大。这 26辆车在 2008年之前没有 进行过三级保养(或大修)活动, 这里暂不考虑三级 保养对车辆性能及维修活动的影响。所以从2006 表 2 � 各次二级保养中小修发生平均时间 小修发生 次数 n/次 各次二级保养中小修发生平均时间/ d 1 2 3 1 11. 46 5. 08 11. 00 2 20. 50 11. 73 16. 85 3 33. 08 18. 85 21. 69 4 46. 38 24. 85 27. 04 5 56. 38 32. 42 32. 08 6 65. 77 38. 50 40. 23 7 74. 38 45. 38 44. 92 8 83. 31 52. 54 52. 00 9 93. 58 58. 92 57. 35 10 100. 19 65. 81 65. 08 11 72. 12 72. 00 12 77. 69 13 83. 81 14 88. 65 15 95. 04 16 100. 23 17 106. 77 年 9月 1日起到车辆开始进行三级保养为止,记录 每辆车发生小修时的时间及顺序数。这 26辆车中 到三级保养时发生小修数最少的为 52次,则每辆车 均选择前 52次失效。将这些车的失效时间分别对 齐,求得小修发生时间的平均值,结果见表 3。 表 3� 小修次数与发生时间 小修发 生次数 n/次 小修发生的 平均时间 t/ d 小修发 生次数 n/次 小修发生的 平均时间 t/ d 小修发 生次数 n/次 小修发生的 平均时间 t/ d 小修发 生次数 n/次 小修发生的 平均时间 t/ d 小修发 生次数 n/次 小修发生的 平均时间 t/ d 1 8. 96 12 129. 12 23 220. 46 34 289. 42 45 352. 62 2 20. 58 13 137. 35 24 227. 77 35 296. 81 46 358. 73 3 34. 62 14 149. 96 25 232. 88 36 304. 00 47 366. 88 4 46. 81 15 160. 00 26 239. 85 37 309. 42 48 373. 35 5 57. 62 16 169. 96 27 246. 62 38 315. 27 49 378. 15 6 69. 69 17 180. 19 28 254. 08 39 321. 73 50 384. 77 7 78. 92 18 185. 38 29 260. 58 40 327. 00 51 389. 65 8 91. 12 19 191. 88 30 265. 81 41 331. 00 52 395. 88 9 100. 23 20 199. 35 31 271. 31 42 336. 35 10 108. 15 21 208. 19 32 276. 96 43 342. 54 11 120. 15 22 215. 50 33 281. 69 44 347. 81 � � 运用最小平方误差法求得其参数估计结果为 � = 104. 92, = 2. 19, �= 297. 28。这 26辆车从 2004 26 � � � � � 公 � 路 � 与 � 汽 � 运 � � �� � H ighway s & A utomotiv e A p p lications � � � � � � 第 4期2010年 7月 � 年 10月投入使用, 假设中间没有停止工作的情况, 则到开始有数据记录时已行驶了近 700 d,计算得到 的 �= 297. 28与实际值存在较大差别。 3 � 二级维护周期确定 通过数据的统计分析可得这 26辆车的二级保 养平均费用为 2 885. 77 元/次, 小修平均费用为 262. 52元/次。这里维修费用只包括直接修理费 用,即零件费和工时费(工时费的计算方法为工时分 ! 1. 67元) ,而停机损失等间接费用难以统计, 一般 只能通过估计来确定,取间接费用系数 p = 1. 2。将 Cp = 2 885. 77、C f = 262. 52、p= 1. 2 代入式( 5) , 可 计算出最优二级保养的时间长度;再将所得时间代 入式( 4) , 得到当 N (T ) = 26 时费用最小, C ( T ) = 46. 17元。也就是说, 经过 25 次小修后进行一次二 级维护是最优的。图 1 为费用率与小修数的关系, 图 2为按小修数来规划二级保养时间时每次二级保 养所对应的时间长度。 图 1 � 小修数与费用率的关系 图 2 � 各次二级保养所需时间 由图 2 可知: 第一次二级保养发生时间在第 240天左右, 第二次保养时间在第 392天左右, 相隔 152 d,并依次呈递减的趋势, 这与车辆的实际使用 情况相符。除第一次二级保养时间与后面相差较大 外,其他各次近乎呈线性下降。出现这种情况的可 能原因为车辆开始投入使用时性能较好, 失效频率 也较低,可允许车辆在较长时间后再进行保养。 图 2中的数据只能代表一个保养时间的发展趋 势,实际操作并不一定按此执行。因为车辆在经过 保养后其性能会有所提高,再经过相同次数的失效 后,所经历的时间长度应比图 2中给出的长。 4 � 结果分析 对于车辆的二级保养, 如果按照 4个月(或其 他)定期保养的模式,在车辆开始使用阶段,车辆性 能良好,保养过频会造成资源浪费;而在车辆使用几 年后,虽经过保养、大修等多种维护措施, 但仍不能 改变其性能逐渐下降的趋势,小修发生也更加频繁, 这时仍采用定期维修则会出现维护保养不足的现 象,车辆得不到及时维护, 导致其性能下降更快, 同 样造成资源浪费。 根据分析结果, 以小修数来规定二级保养时间 的方法求得的费用率为 46. 17元;而按定期维修,以 公交公司规定的 4个月(取 122 d)为准, 利用式( 1) 求得费用率为 52. 93元。前者节约费用约 12. 8%。 对于拥有上千辆车的企业来讲, 一年可节约很可观 的费用。 图 2 中, 二级保养的时间长度也不可能是无限 缩短的,大修或三级保养等较大规模的维修活动势 必对车辆整体可靠性产生较大影响, 需要重新确定 较为合适的二级保养周期,这个问题的解决办法还 需更进一步研究。 总的来说,维修在车辆使用预算中占有重要的 地位,合理安排维修计划, 是节约能源的重要前提, 应当引起足够重视。 参考文献: [ 1] � 王世文.汽车二级维护的优化[ J] .汽车运输, 1998( 6) . 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