設備全壽命周期管理1

1、1設備全壽命周期管理1.1基本概念傳統(tǒng)的設備管理（Equipment management）主要是指設備在役期間的運行維修管理，其出發(fā)點是設備可靠性的角度出發(fā)，具有為保障設備穩(wěn)定可靠運行而進行的維修管理的相關內涵。包括設備資產的物質運動形態(tài)，即設備的安裝，使用，維修直至拆換，體現出的是設備的物質運動狀態(tài)。資產管理(Asset management)更側重于整個設備相關價值運動狀態(tài)，其覆蓋購置投資，折舊，維修支出，報廢等一系列資產壽命周期的概念，其出發(fā)點是整個企業(yè)運營的經濟性，具有為降低運營成本，增加收入而管理的內涵，體現出的是資產的價值運動狀態(tài)?，F代意義上的設備全壽命周期管理，涵蓋了資產管理和

2、設備管理雙重概念，應該稱為設備資產全壽命周期管理（Equipment-Asset life-cycle management）更為合適，它包含了資產和設備管理的全過程，從采購，（安裝）使用，維修（輪換）報廢等一系列過程，即包括設備管理，也滲透著其全過程的價值變動過程，因此考慮設備全壽命周期管理，要綜合考慮設備的可靠性和經濟性。1.2.設備全壽命周期管理的任務以生產經營為目標，通過一系列的技術，經濟，組織措施，對設備的規(guī)劃，設計，制造，選型，購置，安裝，使用，維護，維修，改造，更新直至報廢的全過程進行管理，以獲得設備壽命周期費用最經濟、設備綜合產能最高的理想目標。1.3設備全壽命周期管理的階段設

3、備全壽命周期示意圖前 期 管 理運行維修管理輪換報廢管理設備的全壽命周期管理包括三個階段（1. 前期管理設備的前期管理包括規(guī)劃決策，計劃，調研，購置，庫存，直至安裝調試，試運轉的全部過程。(1) 采購期：在投資前期做好設備的能效分析，確認能夠起到最佳的作用，進而通過完善的采購方式，進行招標比價，在保證性能滿足需求的情況下進行最低成本購置。(2) 庫存期：設備資產采購完成后，進入企業(yè)庫存存放，屬于庫存管理的范疇。(3) 安裝期：此期限比較短，屬于過渡期，若此階段沒有規(guī)范管理，很可能造成庫存期與在役期之間的管理真空。（2運行維修管理包括防止設備性能劣化而進行的日常維護保養(yǎng)，檢查，監(jiān)測，診斷以及修理

4、，更新等管理，其目的是保證設備在運行過程中經常處于良好技術狀態(tài)，并有效地降低維修費用。在設備運行和維修過程中，可采用現代化管理思想和方法，如行為科學，系統(tǒng)工程，價值工程，定置管理，信息管理與分析，使用和維修成本統(tǒng)計與分析，ABC分析，PDCA方法，網絡技術，虛擬技術，可靠性維修等。（3. 輪換及報廢管理（1）輪換期：對于部分可修復設備，設備定期進行輪換和離線修復保養(yǎng)，然后繼續(xù)更換服役。此期間的管理對于降低購置及維修成本，重復利用設備具有一定的意義。（2）報廢期：設備整體已到使用壽命，故障頻發(fā)，影響到設備組的可靠性，其維修成本已超出設備購置費用，必須對設備進行更換，更換后的設備資產進行變賣或轉讓

5、或處置，相應的費用進入企業(yè)營業(yè)外收入或支出，建立完善的報廢流程，以使資產處置在帳管理，既有利于追溯設備使用歷史，也利于資金回籠。至此，設備壽命正式終結。1.4設備全壽命周期的閉環(huán)管理設備在管理的過程中會經歷一系列的設備及財務的臺賬和管理及維修記錄，如設備的可靠性管理及維修費用的歷史數據，都可以作為設備全壽命周期的分析依據，最終可以在設備報廢之后，對設備整體使用經濟性，可靠性及其管理成本作出科學的分析，并可以輔助設備采購決策，可以更換更加先進的設備重新進行全壽命周期的跟蹤，也可以仍然使用原型號的設備，并應用原設備的歷史數據進行更加科學的可靠性管理及維修策略，使其可靠性及維修經濟更加優(yōu)化，從而使設

6、備全壽命周期管理形成閉環(huán)。1.5設備全壽命周期管理系統(tǒng) 為了從管理上達到對設備全壽命周期的合理管理，必須構建一個適合本企業(yè)的設備全壽命周期管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅具有資產管理（臺賬），設備管理，維修工時和成本管理等基本功能，還應具有信息綜合分析、報警功能和診斷專家功能等，對資產，故障，潤滑，診斷，備件，維修工時，成本等信息能資源共享，進行綜合分析（輸入數據必須準確）并預報。全壽命周期管理系統(tǒng)要求將相關信息按時按規(guī)定記錄（必須真實）并輸入計算機，例如將故障類型，產生原因，停臺天數，維修工時，成本等相關數據及時輸入計算機，并對信息進行分析處理，然后利用分析結果采取針對性措施，以達到故障率大幅下降的目的

7、。 （1. 設備全壽命周期管理系統(tǒng)具體的管理功能（1）前期管理功能： 設備前期管理是保持和提高其后續(xù)管理中設備技術狀態(tài)和經濟效果的關鍵，是搞好后續(xù)管理的基礎。該部分主要包括設備規(guī)劃、選型、安裝、調試、驗收、申購計劃、申購合同、設備租賃、廠商信息等，其中設備規(guī)劃部分主要包括年度設備使用計劃、年度設備使用費計劃、設備使用計劃需求量等的制定。（2）臺帳管理功能： 臺帳數據是進行設備優(yōu)化配置管理的基礎，反映企業(yè)設備基本信息及其資產狀況，具有靜態(tài)和動態(tài)兩部分數據：靜態(tài)數據主要有設備編號、名稱、型號規(guī)格、廠商信息、所屬單位、原值、主要性能參數等；動態(tài)數據如設備凈值、折舊額、累計能耗費用、月有效工作臺班/

8、時數等。（3）設備狀態(tài)變動管理功能： 記錄設備的啟用、停用、閑置，租入、租出，轉入、轉出、故障、事故、報廢等的管理，為管理決策層準確快速地提供設備當前狀態(tài)。（4）運行狀態(tài)管理功能： 記錄設備日常運行工時信息、能源消耗信息、操作員信息等。（5）維修保養(yǎng)管理功能： 包括設備維修管理和設備保養(yǎng)管理：管理人員根據設備關鍵性及其各項經濟技術指標對設備分類，對不同類型的設備分別采用狀態(tài)檢測維修、定期維修、事后維修、改善性維修等不同的維修模式，維修管理包括編制及更改維修計劃，記錄維修信息，核算維修費用；設備保養(yǎng)管理主要進行潤滑定標、潤滑實施等管理。（6）統(tǒng)計分析功能： 統(tǒng)計設備各項技術經濟指標及綜合狀態(tài)，提

9、供針對不同管理層次需求的報表輸出。包括設備分布表、下屬部門設備分布表、工程機械費用核算明細表、單臺機械全項核算明細表、單臺機械實際費用圖表、機械運轉情況及經濟核算報表、租賃設備收支核算表等。通過各種統(tǒng)計數據及指標，使管理者全面、快速、準確的了解當前企業(yè)機械設備資產及使用情況，輔助領導進行企業(yè)管理決策。（7）備件管理功能： 對設備的備件進行必要的庫存管理，在保證設備正常運作的情況下，盡量降低其庫存，減少資金占用量。備件管理主要包括建立設備備件臺帳，完成備件的出入庫管理，制定備件儲備定額；備件采購計劃管理；對備件進行ABC分析，提供各類統(tǒng)計分析報表。（8）系統(tǒng)維護功能： 對系統(tǒng)進行維護，保證系統(tǒng)良

10、好運作。系統(tǒng)維護主要是管理、創(chuàng)建和調整系統(tǒng)的角色、用戶及其權限，并進行系統(tǒng)操作權限分配；設置和調整系統(tǒng)的實時信息反饋；完成操作日志、數據備份及數據恢復操作。2設備全壽命周期費用管理 2.1.基本概念設備全壽命周期費用（Life Cycle Cost）管理是從設備的長期經濟效益出發(fā)，全面考慮設備的規(guī)劃、設計、制造、購置、安裝、運行、維修、改造、更新，直至報廢的全過程，使LCC最小的一種管理理念和方法。LCC管理的核心內容是從一開始就把工作做好，對設備項目或系統(tǒng)進行LCC分析，并進行決策。2.2.設備全壽命周期費用管理國內外應用情況LCC概念起源于瑞典鐵路系統(tǒng)，1965年美國國防部研究實施LCC技

11、術并普及全軍，之后，英國、德國、法國、挪威等軍隊普遍運用LCC技術。1999年6月，美國總統(tǒng)克林頓簽署政府命令，各州所需的裝備及工程項目，要求必須有LCC報告。沒有LCC估算、評價，一律不準簽約。同年，以英國、挪威為首組建了LCC國際組織，由50個國家、地區(qū)參加。該組織為保護參加國購置裝備的經濟利益，要求設備、工程中間商、推銷商為買方提供LCC估算。 美國將LCC管理的方法首先應用于核電站，因為核電站建設是以可靠作為優(yōu)先考慮因素，因而在可靠性的基礎進行LCC管理，更具必要性和緊迫性。在此基礎上，再將該項技術推向了發(fā)電機、大型變壓器、勵磁機、低壓輸配電系統(tǒng)、儀用空氣系統(tǒng)。加拿大和歐洲一些國家將L

12、CC管理和可持續(xù)性發(fā)展結合起來，偏向于電力系統(tǒng)中的綠色能源，在計算成本時考慮了環(huán)境的影響。來自制造廠的專家也提出LCC管理方法在高壓開關、變電站方面的應用。 2.3.設備全壽命周期費用分析的方法（1 貝葉斯推斷法貝葉斯一詞源于18世紀一個牧師TOMASBAYES，由于他的發(fā)現，使帶有主觀經驗性的知識信息，被用于統(tǒng)計推斷和決策巾來。當未來決策因素不完全確定時，必須利用所有能夠獲得的信息，包括樣本信息和先于樣本的所有信息，其中包括來自經驗、直覺、判斷的主觀信息，來減少來來事物的不確定性，這就是貝葉斯推斷原理。（2 馬爾可夫過程分析法由于設備的全壽命周期過程常常伴隨一定的隨機過程，而在隨機過程理論中

13、的一種重要模型就是馬爾可夫過程模型。在一個隨機過程中，對于每一初始時刻，系統(tǒng)的下一個時刻狀態(tài)概率僅與初始時刻的狀態(tài)有關，而與系統(tǒng)是怎樣和何時進入這種狀態(tài)無關，即所謂無后效性或無記憶性，這種隨機過程稱為馬爾可夫隨機過程。（3 層次分析法（AHP）AHP是美國著名運籌學家、匹茲堡大學教授TLSatty等人在20世紀70年代中期提出的一種定性與定量分析相結合的多準則決策方法。AHP經?？梢宰鳛橐环N確定指標權重的方法加以應用。AHP的特點是：將人的思維過程數學化、模型化、系統(tǒng)化、規(guī)范化，便于人們接受，但在運用上也有較多的局限性。在AHP使用過程中無論是建立層次結構還是構造判斷矩陣，人的主觀判斷、選擇對

14、結果的影響較大。使得AHP進行決策的主觀成分很大。鑒于標準AHP在使用中存在的不足，人們對其進行大量的修改，這些修改主要集中在以下幾個方面：對標度方法的修改；對單排序方法的改進；一致性檢驗的處理；大規(guī)模指標判斷矩陣的給出。（3 模糊綜合評價法模糊綜合評判法是利用模糊關系合成的原理，從多個因素對評判事物隸屬情況進行綜合性評價的一種方法。作為模糊數學的一種具體應用方法，最早是由我國學者汪培莊提出來的。它主要分為兩步：第一步先按每個因素單獨評判；第二步再按所有因素進行綜合評判。該方法是解決定性和定量問題的經典方法，能夠較好解決判斷的模糊性和不確定問題，在許多領域得到廣泛應用。模糊綜合評判的優(yōu)點是可以

15、對涉及模糊因素的對象系統(tǒng)進行綜合評價。其不足之處是：不能解決評價指標相關造成的評價信息重復問題，隸屬函數的確定還沒有系統(tǒng)的方法，而且合成的算法還有待進一步探討；其評價過程大量應用了人的主觀判斷，由于各因素權重的確定帶有一定的主觀性，因此總的來說，模糊綜合評判足一種基于主觀信息的綜合評價方法。（4 數據包絡分析（DEA）DEA是著名運籌學家ACharnes和WWCopper等學者以“相對效率”為基礎發(fā)展起來的一種新的系統(tǒng)分析方法。它主要采用線性規(guī)劃方法。利用觀察到的有效樣本數據，對決策單元(Decision Making Units，DMU)進行生產有效性評價。白思俊曾對DEA方法在項目評價中的

16、應用進行了研究。DEA方法是一種定量評價方法，其特點是完全基于指標數據的客觀信息進行評價，剔除了人為因素帶來的誤差。其優(yōu)點是評價多輸入多輸出的大系統(tǒng)，并可以利用“窗口”技術找出單元薄弱環(huán)節(jié)加以改進。缺點是只能表明評價單元的相對發(fā)展指標，無法表示出實際發(fā)展水平。（5 人工神經網絡（ANN）ANN評價方法是一種交互式評價方法，它可以根據用戶期望的輸出不斷修改指標的權值，直到用戶滿意為止。ANN評價方法能夠充分考慮評價專家的經驗和直覺思維的模式，又能降低綜合評價過程中的不確定性因素，能夠較好解決綜合評價過程中出現的隨機性和評價專家主觀上的不確定性及認識上的模糊性問題。ANN評價方法具有自適應能力、可

17、容錯性能夠處理非線性、非局域性的大型復雜系統(tǒng)。在對學習樣本訓練中，無須考慮輸入因子之間的權系數，ANN通過輸出值與期望值之間的誤差比較，沿原連接權自動地進行調節(jié)和適應，因此該方法體現了因子之間的相互作用。但ANN方法也存在一些缺點。如需要大量的訓練樣本，精度不高；評價算法復雜，只能借助計算機處理；網絡收斂速度慢，影響評價工作效率等。（5 灰色綜合評價法灰色綜合評價方法是一種定性分析和定量分析相結合的綜合評價方法，這種方法可以較好的解決評價指標難以準確量化和統(tǒng)計的問題，可以排除人為因素帶來的影響，使評價結果更加客觀準確。其整個計算過程簡單，通俗易懂。易為人們所掌握；數據不必進行歸一化處理，可用原

18、始數據進行直接計算，可靠性強；評價指標體系可以根據具體情況增減；無須大量樣本，只要有代表性的少量樣本即可。缺點是要求樣本數據具有時間序列特性。而且，基于灰色關聯系數的綜合評價具有相對評價的全部缺點。另外，灰色關聯系數的計算還需要確定“分辨率”，而它的選擇并沒有一個合理的標準。在以上幾種方法中，目前最為流行的是人工神經網絡和灰色綜合評價法。下面詳細介紹神經網絡及灰色理論在設備全壽命周期費用分析的應用。2.4.神經網絡在設備全壽命費用分析中的應用在設備全壽命分析過程中，全壽命費用與其影響因素之間存在著極其復雜的非線性關系，對這一非線性關系的模擬和識別及其全局優(yōu)化問題還沒有得到很好的解決。近幾年來神

19、經網絡得到了飛速的發(fā)展，已廣泛應用于人工智能、自動控制、統(tǒng)計學等領域，特別是 BP網絡以其良好的非線性功能、自學習功能等許多優(yōu)良特性而在很多領域獲得了成功，已漸漸成為解決此類問題的工具。人工神經網絡及BP網絡原理人工神經網絡是一個并行和分布式的信息處理網絡結構。近年較為流行的反向傳播神經網絡（簡稱BP，Back Propagation）網絡，以其良好的非線性映射能力而成為一種應用最廣泛的神經網絡模型。它在分類， 預測，故障診斷和參數檢測中具有廣泛的應用。BP網絡算法的學習過程，由正向傳播和反向傳播組成。通常標準的BP網絡由3層神經元組成， 最下一層為輸入層， 中間層為隱含層， 最上層為輸出層，

20、每層由若干神經元組成。各層次之間的神經元形成全互連接，各層次內的神經元之間沒有連接。BP神經網絡的預測功能是通過誤差的反向傳播學習算法來實現。其主要思想是：對于個學習樣本：，. ，與其對應的輸出樣本為：，. 學習的目的是用網絡的實際輸出，. 與目標矢量，. 之間的誤差來修改其權值，使與期望的盡可能的接近，即使網絡輸出層的誤差平方和最小。它通過連續(xù)不斷的相對于誤差函數斜率下降方向上，計算網絡權和偏差的變化而逼近目標。每一次權值和偏差的變化都與網絡誤差成正比，并以反向傳播的方式傳輸到每一層。設輸入為P，輸入神經元有r個，隱含層內有s1個神經元，激活函數為f1，輸出層內有s2個神經元，對應的激活函數

21、為f2， 輸出為A，目標矢量為T，其步驟如下：（1） 隱含層中第i個神經元的輸出： （2） 隱含層中第k個神經元的輸出： （3）定義誤差函數為： （4）用梯度法求輸出層的權值變化對從第i個輸入到第k個輸出的權值變化為：其中 同理可得：（5）利用梯度法求隱含層權值變化對從第j個輸入到第i個輸出的權值為：其中： 2.4.1全壽命費用預測結構神經網絡設計（1全壽命費用分解結構的構成因素全壽命費用可認為是設備從其概念系統(tǒng)方案的形成到設備退役為止，這一壽命剖面的各個事件內所消耗的總費用，即設備在開發(fā)、試驗、 裝備、使用、維護一直到最后廢棄或退役等過程中各項費用總和。為了便于對全壽命費用進行估算和組織管理

22、。通常按設備類別和系統(tǒng)分析原理進行費用分解。在提出設備在其壽命周期內的費用分解結構時，應準確的估算或預測出在全壽命階段設備的全壽命費用，并同時對各項費用做出合理評價。根據以往的經驗，通常構成全壽命費用分解結構有以下幾個方面：（1）研究與研制費研究與研制費是指設備的全部技術研究、型號設計、樣機和原型機制造、各種試驗和鑒定的費用。研究和研制費基本上是固定的且是一次性支付的，與最終該型設備的生產量無關。（2）最初投資費用最初投資費用是最初工廠裝備一套設備所花的全部費用，主要包括設備的采購費，包括生產費、運輸費等、設施建筑費、人員訓練費及首批備件的采購費。 最初投資費用也是一次性支付的。（3）使用保障

23、費用使用保障費用是一個設備在裝備之后，使用過程中所需的全部費用。這些費用包括能源費用、使用費用、維護修理費用等。使用保障費用通常要高于研究與研制費用和最初投資費用。 （4）退役費用退役費用是設備退役或報廢時，加以處理所用的費用。與前 3類相比，退役費用的數額很小。（2全壽命費用預測神經網絡模型設計現在的問題已經不是設備的研究與研制費、最初投資費、使用保障費和退役費等分別加以管理，而是把這幾個環(huán)節(jié)結合起來作為全壽命費用進行綜合管理。為了給設備的全壽命分析提供一個參考依據，可以運用神經網絡的模型設計方法，對整個設備的全系統(tǒng)、全壽命費用進行綜合設計，得出其預測模型。（1）輸入輸出層的設計對于設備的全

24、壽命費用而言，按照以上的 4個分解結構就可以把其應用到實際中， 但這并不是包括了全部費用。在實際使用中，根據影響費用因素的重要程度，可以分為采購費、使用費、維修費、后勤保障費、培訓費、技術改進費和退役處理費等，其中已包括了主要費用因素。依據BP網絡的設計特性不考慮各因素之間的相互影響關系，即各層次內的神經元之間沒有連接，可以選其作為輸入層，其輸入節(jié)點數為7。輸出層為全壽命費用，則輸出層的節(jié)點數為1。（2）隱含層節(jié)點數及選取隱含層節(jié)點選取是一個復雜的問題，節(jié)點數太多會導致訓練時間過長，誤差可能達不到預期的要求。若節(jié)點數太少會導致容錯性較差，不能識別新的樣本。所以隱含層節(jié)點數要根據經驗來選取，一般

25、的選取方法如下：式中：為隱含層節(jié)點的數目；為輸入層節(jié)點數；為輸出層節(jié)點數；為1-10,的常數，根據上式權衡最優(yōu)可以確定隱含層的節(jié)點數為5。（3）初始權值的選取由于在設備全壽命費用神經網絡模型設計中，費用是呈非線性變化的，因而，初始權值的選取對于是否能達到所預計的全壽命費用最小，是否能夠收斂以及訓練時間的長短等關系很大，那么在模型預測過程中，如果初始權值太大，使得加權之后的輸入和N落在了網絡模型的S型激活函數的飽和期中，從而會導致非常小。而在其后計算各個階段費用的權值修正公式中，因為正比于，當時，則有，使得，從而使得調節(jié)過程幾乎停頓不前，不能如期完成對某類設備的全壽命費用預測。所以，一般總是希望

26、經過初始加權后的每個費用神經元的輸出值都應為零，這樣才可以保證費用神經元都能夠在s型函數最大之處進行調節(jié)。所以，一般取初始權值在(-1,1)之間的隨機數，對于在全壽命費預測中的2層網絡，為了防止出現局部最小值，不收斂或訓練時間過長等情況，可以采用威得羅選定初始權值的策略，選擇權值的量級為，其中，為第1層神經元的數目。利用此法可以在較少的訓練次數下得到滿意的費用結果。（4）目標值的選取在設備的設計開始，就應對其全壽命費用進行論證。根據支付費用狀況，采用多元回歸法、參數費用法、類推費用法、外推費用法、估算費用法等來估算此設備的預期費用，作為輸出的目標值。設計者依據設備全壽命費用目標值來確定期望誤差

27、值，以及依照精度的要求來選定最大循環(huán)次數。通過以上的分析可得網絡結構如圖1。在對此網絡進行訓練的過程中，先要取一定數量的樣本，選定其初始權值進行學習，然后其輸出層的結果即為全壽命費用。在對全壽命費用的神經網絡的預測模型中，要用各個費用的大量數據進行訓練，可以得出最佳的效果，對于各個費用和全壽命費用之間不需要作出更多的假設，其分析過程可以從預測模型的自適應學習中獲得，從而大大減少了人為的影響， 對全壽命費用的預測會更高。2.5.灰色理論在設備全壽命費用分析中的應用灰色系統(tǒng)理論主要研究系統(tǒng)模型不明確、行為信息不完全、運行機制不清楚系統(tǒng)的建模、預測、決策和控制，在研究系統(tǒng)時，該理論能夠抓住表征信息，

28、利用關聯分析、灰色聚類、灰數生成、灰色建模等信息加工手段，尋求系統(tǒng)內在規(guī)律，用于預測系統(tǒng)未來的發(fā)展狀態(tài)。2.5.1設備全壽命費用預測指標體系對設備費用進行預測必須對設備體系進行分析，同時還需要對設備從生產到報廢中所涉及到的各個階段的費用進行分析即進行所謂的全壽命費用分析。（1設備全壽命費用結構設備全壽命費用是設備在預定的壽命周期內，由于設備的論證、研制、生產、使用、維修和保障直至報廢所所產生的費用之和，包括直接和間接費用、經常性和一次性費用及其他有關費用。設備全壽命費用構成可以是多視角的，為了分析方便，根據再生產原理，從資金循環(huán)周期看，設備壽命周期全過程可劃分為預研、研制、試驗、生產、部署、使用和退役處置等階段，概括為科研、采購和維修三個階段，以此形成相應的經費構成。對設備全壽命費用宏觀預測，實質是按照從裝備需求到經費需求的思路，確定出設備全壽命費用宏觀預測的指標體系，以指標體系為預測和分析的依據。（2 設備全壽命費用預測指標體系設備全壽命費用預測，既包括費用總量預測，又包括費用結構比例預測，而不同類別的費用結構又是一個相對的費用總量。費用總量和費用結構比例不是一成不變的，有影響其總量和結構比例的因素，這些影響的變化，會使費用總量和費用結構發(fā)生變化。其中主要的因素是價格指數對價格的影響，引起設備費用的變化。所以對設備全壽命費用進行預測分析，需要從費用總量、費用