200米液壓鉆機變速箱的設計含5張CAD圖,液壓,鉆機,變速箱,設計,cad 附錄 1 外文文獻翻譯 某型鉆機經(jīng)濟使用壽命期: 關于采礦業(yè)的一項個案研究 Hussan Al-Chalabi* Division of Operation, Maintenance and Acoustics, Lule? University of Technology, SE-971 87 Lulea, Sweden and Mechanical engineering Department, College of Engineering, University of Mosul, 41002 Mosul, Iraq Email: hussan.hamodi@ltu.se *Corresponding author Jan Lundberg Division of Operation, Maintenance and Acoustics, Lule? University of Technology, SE-971 87 Lulea, Sweden Email: Jan.Lundberg@ltu.se Adam Jonsson Division of Mathematic Science, Lule? University of Technology, SE-971 87 Lulea, Sweden Email: adam.jonsson@ltu.se 摘要： 第 13 頁 在鉆井，充填，爆破，裝載，結垢，錨桿栓接等地下礦山流動性開采過程中，需要使用許多不同種類的機械設備。鉆機在礦物開采過程中起著至關重要的作用，因此在經(jīng)濟層面上也扮演著非常重要的角色。然而，伴隨著機器的老化，其效率和效用性下降， 對生產(chǎn)力和盈利能力產(chǎn)生負面影響，并增加總成本支出。因此，機器的經(jīng)濟更迭壽命周期關鍵取決于性能指標。本文介紹了一種為鉆機提供最佳的使用壽命的優(yōu)化模型。并在瑞典地下礦山已經(jīng)進行了一項案例研究，以確定鉆機的經(jīng)濟更迭周期。其考慮因素分別之于購買價格，維護和操作成本以及機器的二手價值。調(diào)查結果顯示，一臺鉆機在完成在該礦井 96 個月服役后更換較為適宜。所提出的模型可以用于其他地下采礦機械。 關鍵詞： 鉆機，經(jīng)濟更迭期，優(yōu)化模型，資產(chǎn)管理 參考： 此文章應該做如下引述：Al-Chalabi, H.,Lundberg, J. and Jonsson, A. (2015) 《某型鉆機經(jīng)濟使用壽命期：關于采礦業(yè)的一項個案研究》，國際性期刊，《戰(zhàn)略性工程資產(chǎn)管 理》，第 2 卷 ，第 2 期， 177-189 頁。 作者簡介： Hussan Al-Chalabi 于 1994 年在伊拉克摩蘇爾大學機械工程系獲學士學位，并于 2008 年獲得伊拉克摩蘇爾大學的熱力學機械工程碩士學位同時擔任摩蘇爾大學機械工程系講師。自 2011 年起，他加入了 LTU 的操作，維護和聲學部門，擔任博士研究生。 Jan Lundberg，是律勒歐大學技術學院的機械元件教授，同時也是運營和維護方面的教授，專注于產(chǎn)品開發(fā)。在 1983 - 2000 年期間，他的研究主要涉及工業(yè)環(huán)境中機械元件領 域的工程設計。在 2000 - 2006 年期間，他的研究主要涉及工業(yè)設計，人類工程學和 相關問題，如文化方面的設計和工業(yè)環(huán)境中有效工業(yè)設計的現(xiàn)代工具。從 2006 年開始， 他的研究就完全集中在維修問題上，如測量故障源的方法，如何設計維護以及如何設計以便于維護。 Adam Jonsson 是瑞典呂勒奧理工大學工程科學與數(shù)學系的高級講師。他于 2008 年獲得了統(tǒng)計博士學位。他的研究是應用概率和社會經(jīng)濟。 本文是其出席 2013 年 9 月 12 - 13 日，芬蘭拉彭蘭塔召開的 MPMM 2013 時發(fā)表 的題為《某型鉆機經(jīng)濟使用壽命期：關于采礦業(yè)的一項個案研究》的修訂和擴展版本。 1.介紹 礦山是能源和礦物的來源。因此，礦業(yè)在工業(yè)化國家的經(jīng)濟增長中起著關鍵的作用。許多不同的機器在礦物開采過程中是必不可少的。其中一例便是鉆機，經(jīng)濟競爭和客戶需求推動公司通過更大的機械化和自動化來實現(xiàn)更高的生產(chǎn)率。 （Duffuua et al。1998） 地下采礦中設備越來越大，價格越來越昂貴的趨勢越來越成為成本效益的問題提出了替代的問題。公司何時應該更換現(xiàn)有的設備以降低成本？由于鉆機是生產(chǎn)的關鍵部件，它們在經(jīng)濟上是非常重要的，一個重要的成本問題是機器的維護成本。在長期的盈利能力上，維護對于企業(yè)來說可以起到關鍵的作用，因為它可以對成本產(chǎn)生重大影響（Baglee 和 Knowles，2010）。維護成本占據(jù)了高達 40％的重工業(yè)的產(chǎn)值（ Lee 和 Wang，1999 年）瑞典采礦業(yè)的一項研究表明，高度機械化礦山的維護成本可能是運營成本的 40-60％ （Danielson，1987）。因此，為衡量他們的表現(xiàn)需要以這些成本背后的重要因素，比如測量由維護創(chuàng)造的價值，證明投資和修改資源分配（Patida and Kumar，2006）。而這些事實與采礦設備的成本及其經(jīng)濟壽命息息相關。 2.文獻調(diào)查 面臨生產(chǎn)機器的經(jīng)濟替代的基本問題是研究人員，經(jīng)濟工程師和管理工程師。關注成本優(yōu)化的研究人員則對生產(chǎn)成本優(yōu)化的最佳更換時間特別感興趣。 近幾十年來，對資本設備經(jīng)濟壽命建模的興趣日益增長，因為第一個最優(yōu)資產(chǎn)置換 模型是由 Bellman 在 1955 年開發(fā)的（Hritonenko 和 Yatsenko，2008）Elton 和 Grube（r 1976） 證明了在技術無限變革下的等壽命原則是最優(yōu)的。相應地，許多后來的替代模型都假定資產(chǎn)的最佳壽命是不變的。許多研究人員已經(jīng)研究了用新設備代替舊設備的最佳程序。 （Bellman，1955; Bethuyne，1998; Elton and Gruber，1976; Hartman 和 Yatsenko，2008; Mardin 和 Arai，2012），有人使用了動態(tài)規(guī)劃理論。另一項使用積分模型（Yatsenko 和 Hritonenko，2005）優(yōu)化了資本設備的使用壽命;本研究設計了一個最佳的 Scarf 和 Bouamra（1999）的綜合調(diào)查框架，在有限的時間范圍內(nèi)使用打折成本標準來解決資本置換問題。他們提出了一個強有力的方法來解決車隊更換問題，車隊的規(guī)模允許在更換時發(fā)生變化。 Hritonenko 和 Yatsenko（2007）研究了沒有矛盾情境下的最佳設備更換規(guī)律。使用積分模型計算設備的經(jīng)濟壽命，并考慮技術更迭（TC），表明 TC 愈發(fā)激烈之時，設備使用的經(jīng)濟適用周期越短。 許多研究者通過經(jīng)濟理論研究了資本設備的最優(yōu)壽命，用數(shù)學方法用具有未知積分 未知極限的非線性 Volterra 積分方程來表示（Boucekkine et al.，1997; Cooley et al.，1997; Hritonenko and Yatsenko， 2003; Hritonenko，2005）Hartman 和 Murphy（2006）提出了一種動態(tài)規(guī)劃方法來解決固定成本的有限時域設備替換問題。他們的模型被引入研究無界的解決方案（在經(jīng)濟壽命末期不斷取代設備）和有限時域解決方案之間的關系。 K?rri （2007）研究了舊機器的最優(yōu)更換時間（ORT），他使用了一個使機器成本最小化的優(yōu)化模型，該模型用于擴展和替換情況，舊機器的成本用簡單的線性函數(shù)他在研究中使用的所有成本都是沒有通貨膨脹的實際成本，他還使用了另一個最大化利潤的優(yōu)化模型 Hritonenko 和 Yatsenko（2009）構造了一個計算算法來求解一個非線性積分方程。解決方案對于在技術進步中找到最佳的設備更換策略是很重要的。其他研究人員（如 Galar 等人，2012）使用不同的成本模型來定義在有限的時間范圍內(nèi)工業(yè)裝置的運行效率。他們制定了計算工業(yè)設施運營成本的方法。 設備的最佳更換年齡定義為總成本達到其最低值的時間（Jardine and Tsang，2006）。在本文中，鉆機的經(jīng)濟壽命被定義為使調(diào)整成本總值最小化的最佳年限。“總調(diào)整成本” 一詞定義為機器購買價格，運行成本，維護成本和機器二手價值的總和，機器二手價值是機器在公司銷售在本研究中，考慮了鉆機經(jīng)濟壽命中影響最大的因素，并收集了四年的成本數(shù)據(jù)。 文獻顯示，有許多研究者專注于估計的最佳生命周期的設備考慮技術的變化通過使用積分模型，理論動態(tài)編程，復古資本模型和算法解決一個非線性積分方程。除去可用的信息，它可以是困難的用戶能夠?qū)崿F(xiàn)復雜的模型來計算的 ORT 的設備。此外，這些模型有時需要特定類型的數(shù)據(jù)，因為在我們的情況下研究中，是不可獲得的。這些則包括數(shù)據(jù)產(chǎn)量， labour/output 技術性系數(shù)，收入，利潤等。因此，這項研究是旨在目前一個實際的優(yōu)化模型更輕松地估計鉆機的經(jīng)濟壽命，使用提供的數(shù)據(jù)的挖掘公司的目標我們的優(yōu)化模型是為了最大限度地減少總鉆孔機調(diào)整成本值。 其余的研究如下所示。第 3 節(jié)描述了鉆床，而第 4 節(jié)討論數(shù)據(jù)收集。方法和模型開 發(fā)是提出了在第 5 節(jié);結果和討論出現(xiàn)在第 6 部分;第 7 部分提供結束語和第 8 部分提供了未來工作。 3 鉆機 所有采礦鉆機都由相似的操作設計單元組成：機艙，動臂，鑿巖機，給料機，服務平臺，前千斤頂，液壓泵，后千斤頂，電控箱，卷管機組，電纜卷取機組，柴油機，液壓油箱，操作面板和水箱。圖 1 顯示了一臺典型的鉆機（阿特拉斯·科普柯鑿巖機 AB， 2010）。 由不同公司制造的鉆機具有不同的技術特性，例如容量和功率。根據(jù)合作礦山的操作手冊，現(xiàn)場觀測和維護報告，本研究將鉆機視為一個系統(tǒng)，將其劃分為幾個主要的子系統(tǒng)，以串聯(lián)的形式連接起來。如果任何子系統(tǒng)發(fā)生故障，操作員將停止機器進行維護。因此，所有機器子系統(tǒng)同時工作以實現(xiàn)所需的功能。圖 2 是鉆機子系統(tǒng)的框圖。 圖 1 鉆機 資源: Atlas Copco Rock Drills AB（阿特拉斯·科普柯鑿巖機 AB） 圖 1 鉆機 圖 2 鉆機子系統(tǒng)框表 圖 2 鉆機子系統(tǒng)框表 4 數(shù)據(jù)收集 本研究中使用的成本數(shù)據(jù)是四年來在 Maximo 計算機化維護管理系統(tǒng)（CMMS）中收集的。成本數(shù)據(jù)包含糾正和預防性維護成本以及修復時間。糾正和預防性維修費用包含零部件和人工（維修人員）費用。在 CMMS 中，成本數(shù)據(jù)是根據(jù)日歷時間記錄的。由于鉆井不是一個連續(xù)的過程，運營成本是通過考慮機器的利用率來估算的。本研究中使用的所有成本數(shù)據(jù)都是沒有通貨膨脹的實際成本。 5 方法和模型的發(fā)展 在這項研究中，維護和運營成本的表示法以及優(yōu)化問題中使用的其他數(shù)量的機器購買價格在表 1 中給出。 表 1 模型變量定義 表 1 模型變量定義 每個營業(yè)月的維護成本（糾正和預防）計算如下： 確定鉆機的利用率是基于估算運營成本，因為鉆井不連續(xù)在合作礦井中的過程公司計劃使用該機器十年因此，已經(jīng)為維護和運營成本數(shù)據(jù)進行了外推。圖 3 和圖 4 說明了預期的維護和運行成本數(shù)據(jù)外推。 圖 3 預期維護成本 圖 3 預期維護成本 圖 4 預期操作成本 圖 4 預期操作成本 在圖 3 和圖 4 中，點表示維護和運行成本的實際數(shù)據(jù)。通過使用表格曲線 2D 軟件來完成曲線擬合，以顯示在收集數(shù)據(jù)之前和之后機器在這些成本方面的行為。請注意， 如果更多的數(shù)據(jù)可用于四年以上的時間，那么擬合會更好。該軟件使用最小二乘法找到 非線性擬合的魯棒（最大似然）優(yōu)化。數(shù)字顯示，維護和運營成本隨著時間的推移而增加。存在可能地，故障的數(shù)量隨時間增加和/或機器由于機器退化而消耗更多的能量。值得一提的是本案例中的鉆機沒有多層次的預防性維護程序。另外，在利用開始時是新的。這是前幾個月維護成本相當?shù)偷闹饕?。歷史表明，當維護成本開始增長時，用戶公司開始跟蹤成本數(shù)據(jù)。 使用下降的余額折舊模型來模擬機器每個月運行后的二手價值。機器的二手價值從以下公式估算（Luderer 等，2010; Eschenbach，2010）： 其中（t）代表以（月）為單位計算的時間，t=1,2,3…120. 在機器計劃壽命結束時允許完全折舊的折舊率通過以下公式進行建模（Luderer et al.，2010） （L）表示機器的計劃使用壽命（在這種情況下）（1）其中（L）表示機器的計劃壽命 （在這種情況下 120 個月）。機器的二手價值是用下面的公式來模擬的： 其中 a 代表機器在使用第一天的價值貶值。假定在使用的第一天機器的總損失值將是 10％。因此，運行第一天結束時機器的二手價值為（pp-a）0.9 x pp。 我們選擇了下降的余額折舊模型，因為它適合于表示這種情況下的折舊。下降的余額折舊模型假定在設備計劃壽命開始時發(fā)生更多的折舊，最后減少。新設備的生產(chǎn)效率更高，由于設備劣化，生產(chǎn)率不斷下降。因此，在其計劃壽命的最初幾年，它會比后來創(chuàng)造更多的收入。在會計中，折舊是指同一概念的兩個方面。首先是設備價值的下降。第二個是將設備的成本分配到使用期間。廢品價值是設備處置價值的估算值，假設廢品價值為 50 立方厘米。由于公司的保密政策，所有的成本數(shù)據(jù)都被編碼和表示為貨幣單位 cu。圖 5 顯示了使用余額遞減折舊模型的鉆機的二手價值。 圖 5 預期二手殘值 圖 5 預期二手殘值 圖 5 顯示，機器的二手價值隨著時間的推移而下降，直到它在計劃壽期結束時達到廢品價值。計算中的下一步是使用以下公式計算運行期 i 的總調(diào)整成本 TAC： 其中 i = 1, 2, 3, …, n. n 代表營業(yè)月數(shù)。例如，TACI 表示營業(yè)第一個月后的總調(diào)整費用， TAC2 表示營業(yè)后兩個月的調(diào)整費用總額。優(yōu)化模型假定替換機具有與舊機器相同的性能和成本。優(yōu)化時間范圍內(nèi)的替換次數(shù)由以下公式確定： 圖 6 所示的是是設備全計劃使用周期的預期調(diào)整成本。 第 19 頁 圖 6 預期調(diào)整成本 圖 6 預期調(diào)整成本 圖 6 顯示總調(diào)整成本隨著時間的推移而增加，原因有二：首先，維護和運營成本隨著時間的推移而增加;其次，機器的二手價值隨著時間而下降。 為了顯示最佳更換時間之后的優(yōu)化曲線的行為，我們假設機器將在 360 個月的有限時間范圍內(nèi)存活;見圖 7.通過使用總調(diào)整成本函數(shù)計算優(yōu)化時間范圍的每個運行月份的總調(diào)整成本。這個函數(shù)是在計劃壽命（120 個月）內(nèi)計算的總調(diào)整成本的合適值。使用表格曲線 2D 軟件來查找可用于任何時間范圍的總調(diào)整成本函數(shù)。公式（9）表示這里使用的總調(diào)整成本函數(shù)： 其 中 a = 814.0, b = 13834.3, c = –56718.9, d = 95747.0, e = –86169.8, f = 45829.6, g = –14863.2, h = 2890.3, i = –309.9, and j = 14.1 。 而最小化了總調(diào)整成本價值的最優(yōu)更迭時點(rT)則可通過下列公式計算： 6 結果與討論 使用微軟 Excel?軟件來實現(xiàn)公式（10）的 rT 變化（360 個月的時段），以確定最小值 TACvalue rT.的鉆機最佳更迭壽命，圖 7 顯示 TACvalue rT.值與不同更換時間 rT，顯然，可以通過每 96 個月（8 年）更換設備來實現(xiàn)盡可能低的 TACvalue rT.，但必須注意的是，rT 96 個月產(chǎn)生的絕對最低成本如圖 7 所示在這個范圍內(nèi)（如 90-102 個月），實際上仍然可以達到最小 TAC 值，本研究稱之為經(jīng)濟替代區(qū)間，找到經(jīng)濟替代區(qū)間是我們的一個重要結果因為它可以幫助用戶進行規(guī)劃，在這個經(jīng)濟的替代范圍之前或之后更換機器的決定會給用戶公司造成更大的成本支出。 圖 7 設備經(jīng)濟更迭期 圖 7 設備經(jīng)濟更迭期 由于較高的投資成本，使用較低的經(jīng)濟替代年齡（即 90 個月以上）會導致較高的成本。 同時，如果機器的使用壽命超過這個范圍的上限（即超過 102 個月），損失將會增加， 原因有兩個： 1 由于機器老化造成的操作時間增加，維護和運行成本增加。 2 機器二手價值將會下降，直到在計劃壽命結束時達到廢品價值 120 個月。 7 結束語 本研究提出了一種全面實用的方法，可以提供地下采礦鉆機的經(jīng)濟更迭時間。因此，我們從本研究得出以下結論： 1 本研究為確定鉆機的經(jīng)濟壽命提供了一個基本的方法，便于投資決策的管理。因此， 決定在其經(jīng)濟壽命之前或之后更換舊機器將導致更高的成本開支。 2 當使用購買價格，運行和維護成本以及二手價值時，設備的經(jīng)濟壽命是相關聯(lián)的最小總和總調(diào)整成本值。 3 根據(jù)優(yōu)化曲線得出的結果，案例研究礦井鉆機的絕對經(jīng)濟壽命為 96 個月（8 年）。然 而，經(jīng)濟壽命的范圍為 90 至 102 個月，在此期間總的調(diào)整成本價值幾乎保持不變。這意 味著公司可以靈活地在最佳的更換年齡范圍內(nèi)，即 12 個月內(nèi)進行更換。因此，沒有固定的日期或年齡 TAC 值是最小的。通常，一個月的范圍提供了最小的 TAC 值。 4 這個模型可以幫助工程師和決策者決定何時以最經(jīng)濟的方式替換舊的機器。因此，它可以擴展到采礦業(yè)的更普遍的應用。 8 深入研究方向 未來工作需要進一步的研究，通過進行敏感性分析來擴展開發(fā)模型，以確定采購價格， 運營和維護成本對鉆機對采礦業(yè)的經(jīng)濟更換時間的影響。應該注意的是，在本文中，我們提出了一個簡單和基本的礦山機械更換經(jīng)濟時間的模型。因此，在今后的工作和研究中將增加凈現(xiàn)值，貼現(xiàn)率等更重要的經(jīng)濟因素，實現(xiàn)礦山設備更新?lián)Q代時間的綜合模型。可靠性和可維護性方面也可以考慮。 鳴謝 作者感謝審稿人和客座編輯的有用評論。作者要感謝阿特拉斯·科普柯的財務支持。博利登公司在這項研究中的幫助也感激不盡。作者還要感謝 Alireza Ahmadi 和 Behzad Ghodrati 的幫助。 參考文獻 [1] Atlas Copco Rock Drills AB (2010) Atlas Copco Boomer L1C, L2C Mk 7B Operator’s Instructions, Manual Edition, Atlas Copco Rock Drills AB, Sweden. 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