可持续性维修策略选择.doc

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可持续性维修策略选择

原作者：

FarnazGhaziNezami&MehnetBayramYildirim

翻译：

王芳

摘要：

译文介绍了一个在综合考虑社会、环境和经济因素的基础上，如何选取最恰当维修策略的技术框架和可持续发展指标。

并以生产制造业的具体案例加以说明。

关键词：

可持续发展维修选择模糊VIKOR

1引言

维修计划可以延长机器的使用寿命、预防昂贵故障维修费用、降低运营成本、提高盈利能力。

维修成本包括备件、修理、材料和劳动力成本，占生产总成本的15-60％。

本文的主要贡献在于提出一个全面可持续的维修策略选择框架，综合考虑决策过程中涉及的不确定性。

本文是第一次尝试在维修策略选择过程中考虑可持续发展因素：

在提出的框架中，不仅考虑成本和技术问题，同时考虑社会和环境标准，由此选择最佳维修策略。

本文的其他贡献如下：

（1）本研究通过参考相关文献和专家的研究，提出了一系列全面可持续标准，并提出了将降维的决策树（DMT）用于维修策略选择问题（MSSP），基于不确定数据收集的因子分析法（FA）减少数量标准；

（2）利用模糊数学对不确定性数据进行建模，为决策者的决策过程提供更多灵活便利条件；（3）模糊VIKOR算法首次被用于最佳维修策略选择；（4）本文提出的框架是通用的，适用于任何公司和设备在同等管理水平下的维修策略选择。

系统组件的故障可能会带来整个系统灾难性的故障，导致高昂的修理费用，降低产品的质量，同时可能会导致生产线全面停工。

因此，实施精确高效维修的一个关键就是必须解决降低成本和提高生产力的问题。

此外，有效的维修策略可以降低环境风险，减少温室气体排放，防止水污染和土壤污染。

随着设备寿命的不断降低，能源消耗成本逐渐增加。

最优维修策略的实施，可能会在很大程度上节省能源消耗。

设备故障需要一些不必要的修理设备，导致非计划性停产和停机。

由于初始启动功率要求，每次机器开启都会带来能源消耗，并可能对设备的可靠性和寿命产生不利影响。

传统维修策略的选择，首先考虑的是货币政策和技术标准，并将其作为选择最佳维修策略的关键因素。

公众意识和政府规章，如“清洁空气法”、资源保护和恢复法案和“有毒物质控制法”，可能会迫使企业考虑一些非货币性等方面的社会和环境标准。

可持续生产系统将生态、社会和经济问题贯穿于产品生命周期的所有阶段——从最初的设计到成品交付给用户。

可持续管理系统，可以通过有效控制，大幅节省时间、人员、能源和材料。

可持续性维修策略选择问题是一个多准则决策问题，因为它是综合考虑各种各样的社会、环境和经济条件来确定维修策略。

同时本文提出了一个框架，以有效解决所有这些标准之间的关系。

维修策略选择问题在很大程度上依赖于决策者基于不同标准的判断（DMS）。

模糊方法可以用来解决在评估过程中固有的模糊性和不确定性，特别是当一些决策标准的概念和评估过程中使用语言变量的情况。

本文提出了使用两阶段框架来选择可持续性维修策略：

在第一阶段的第一步，列出所有影响维修策略选择问题的可持续标准。

接下来，一组研究可持续发展的专家对设备标准进行评估，确定主导因素。

在第二阶段中，提出模糊VIKOR算法框架来选择最恰当的维修策略。

这个框架总结如下：

（1）在给定的系统、同等管理水平下确定所有可行维修策略；

（2）运用第一阶段输出的可持续主因子，通过将语言变量转化为模糊数实现以决策系统评估所有备选维修策略（3）应用模糊VIKOR算法决策工具，选择最佳维修策略。

本文的组织结构如下：

第2节提供了一个简短的文献回顾，回顾了维修策略选择问题的模糊方法。

第3节介绍了维修策略的备选方案。

第4节给出可持续性指标并解释了运用因子分析法确定每一可持续性主因子的过程。

第5部分描述了模糊VIKOR评估框架（第2阶段）。

第6节通过一家制造公司的具体案例分析具体讲述了了文章所提出的框架，第7节得出结论。

2文献回顾

2010年VanHorenbeek,Pintelon,Muchiri提供了一个维修最优化模型的文献综述，并提出了维修模型选择一般结构框架。

在他们提出的总体框架中，考虑到了一些技术标准，如质量、可靠性、成本和库存，以及环境因素的影响。

然而，并没有考虑到那些可以影响维修策略选择的社会因素。

2003年Mechefske，wang开发了用多目标模型评估和选择最恰当维修策略。

首先，他们给定目标，然后用模糊表达式评估每一策略满足想定目标的能力。

然而，在他们的研究中并没有涉及对环境因素的关注。

2003年Najjar和Alsyouf应用模糊多准则决策法对最流行的七种维修策略进行排序，以及涉及的十三种故障原因，比如湿度、辐射、载荷，速度等信息。

2006年Bertolini和Bevilacqua提出了集成层次分析法（AHP）和将目标规划法应用于炼油厂最佳维修策略的选择。

他们只考虑故障的发生、严重程度和监测，并将其作为选择标准。

在另一项研究中，VanHorenbeek和Pintelon于2011年提出了维修优化问题，通过网络分析法（ANP）实现。

2007，Wang,Chu,和Wu开发了维修策略选择模糊层次分析法。

他们提出的结构包括四个标准，成本、安全性、可行性和附加值。

Jafari等人于2008年提出了一个模糊德菲方法，用简单加权法确定维修策略。

他们假定了四个具体目标，成本、可靠性、质量和库存水平，以及两个无形目标，竞争力和劳动力的接受程度。

Mousavi等人于2009年提出了运用因子分析和TOPSIS方法来选择最佳维修策略的两步法，但他们并没有考虑环境因素。

Vahdani等人于2010年提出了VIKOR算法，将区间数运用于维修策略选择，同时考虑货币和劳工接受因素。

但他们并没有考虑环保标准，以及在评估过程中所涉及的多重模糊性。

以上研究都没有考虑到维修策略选择问题同时影响经济、社会和环境标准，以及评估过程中的种种不确定性。

3维修策略

上述文献中提出了几种类型的维修策略。

在决策过程中，将五种最常见的维修类型作为备选方案。

在此假设以下五种备选方案处于同等管理水平：

•预防性维修（PM）：

这种基于时间的策略，要求在特定的时间点（根据寿命或规定时间）不管设备状态如何，对其进行定期的检查和维修。

不恰当的检查间隔期会给设备系统带来不必要的成本消耗。

•故障检测：

这样的修复性维修策略，要求除非故障发生不然不采取任何维修行为。

这一策略可以给公司带来大的边际利润。

•以可靠性为中心的维修（RCM）：

RCM维修策略的主要目标是提高设备的正常运行时间、保持设备的可靠性水平而不是恢复到一个理想状态。

•基于状态的维修（CBM）：

通过对传感器振动、润滑油液位、超声波声级数据的收集和分析，确定潜在故障发生的可能性。

这一策略可能无法承担所有公司的重大投资，需要安装必要的传感器、采用相关监控技术才能得以实现。

•全员生产维修（TPM）：

这种多选择集成的维修和质量概念，通过训练有素的操作人员进行日常巡查以消除停机时间，避免设备和产量在生产中的重大损失。

成功实施这一战略需要高素质的员工。

在接下来的部分，本文介绍了所有可能影响维修策略选择的基于可持性的标准。

需要引起注意的是，本文所提出的的基于可持续发展的框架与模糊决策方法适用于同等管理水平前提下的维修方案选择，同时并不限定于上述维修策略。

4第一阶段：

可持续性和相关指标

可持续计划的成功实施需要将一些预定的标准纳入所有业务活动水平。

表1，表2和表3为第2节中引用文献的每一个可持续发展因子提供了一套广泛适用的标准，并且还可以与可持续发展方面的专家进行讨论。

表1商业可持续性子标准

主标准

子标准

卓越企业/经济因子

1.硬件成本

17.平均修复时间

2.应用技术的复杂性

18.生产系统类型

3.软件成本

19.具体生产计划

4.平均故障间隔

20.系统规划

5.系统风险水平

21.维修性

6.研究和开发成本

22.故障类型的严重性

7.顾客满意度

23.技术可行性

8.产品多样性

24.灵活性

9.创造力

25.投资回报

10.产品开发阶段

26.需求的紧迫性

11.竞争力增强

27.备用设备的可用性

12.当前可靠性水平

28.备件的可用性

13.可靠性改进计划

29.损坏和磨损率

14.访问难度

30.交货期

15.产品/服务的质量

31.生产成本损失

16.时间效率

32.员工培训费用

表2社会可持续性子标准

主标准

子标准

社会/人类的贡献因子

1.利益相关者的参与

6.管理和工程专业的发展

2.雇佣问题

7.员工的健康

3.员工安全

8.员工薪资

4.员工培训

9.政府法规

5.员工的认同度

10.控股与社会标准

表3环境可持续性子标准

主标准

子标准

环境因子

1.能源消耗

6.废弃物清理成本

2.现有的环保标准

7.废弃物类型

3.环保规划

8.有毒物质排放到空气、土壤、水中

4.内部的有毒物质排放

9.资源可用性

5.原材料消耗

10.环保管理系统

第一份可持续性主标准，商业/经济部分，包括32项造价和技术相关的子标准，其中有关维修策略选择问题的大多已被其他研究论文考虑到（表1）。

这些子标准提出了成本的概念以及维修策略涉及的效率、质量和技术因素等，并可以通过一个全面的文献综述获取这些信息。

众所周知，硬件和软件的成本以及人员培训成本，解决了一个特定维修策略的实施成本。

失去了生产和投资回报率的成本是维修策略的经济影响在生产系统中的指标。

备用机和部件的可用性，以及可修复性，将会对维修策略的检查能力加以限制。

自从知道维修策略可以影响成品可用时间和质量以来，在指定的交货时间渲染高品质的产品满足顾客期望成为可持续维修策略选择问题的一些关键因素。

故障间隔期，设备的磨损、破坏及严重的故障类型说明了选择一种恰当维修策略的重要性，因为这些因素可以广泛影响设备的退化状态。

一旦确定了一个可用性强的生产计划，决策系统可以制订相应的维修计划，同时要考虑设备的可用性时间信息。

系统设计是可持续性维修策略选择问题的另一因素，由于组件之间的相互依赖，系统设计的好坏可能会影响到整个系统。

技术的可行性是维修策略选择要考虑的首要因素，因为并不是所有的维修策略都适合特定的设备。

探测设备内部部件的难度可能会导致拆卸设备维修，由此造成更长的停机时间和更多的利益损失。

同时，恰当的维修策略可以提供所需重要资源的精度和可用性水平，比如实验室和机器设备能够为公司开发新的服务和产品，给公司带来蓬勃生机。

此外，恰当的维修可以防止设备在引进、使用和老化整个寿命周期中的不必要故障。

当前以及预期的系统可靠性水平是维修策略选择的重要因素。

考虑在维修过程中选择不同的生产系统，同样非常重要。

加工车间的维修策略可能无法在流水车间和单元车间实现高效率。

同时，系统的灵活性也是一个重要因素，可以通过实施恰当的维修策略得以实现。

可持续性社会或道德因素提出了影响维修策略选择的人力资本或社会资本（表2）。

公司任何策略的成功实施都需要利益相关者的支持和参与。

同时还需要人员的验收，以保证目标的实现。

目前的员工是否能够执行所选择的策略或需要雇佣新的或培训新的员工来执行维修策略。

公司内部的安全、健康标准和政府法规一样，都可能会影响维修策略的选择。

基于环保的可持续性子标准，如有毒物质的排放、能源消耗、资源耗损以及废物生产都可能会明显影响维修策略的选择（表3）。

公司非常愿意修改自己的政策，以尽量减少负面影响。

毫无疑问采用恰当的维修策略，可以有效减少有害排放以及废弃物的生产速度，反过来也节省了原材料，特别是由于一些废弃物是很危险的，难以回收或者需要昂贵的清理费用。

此外，实施恰当的维修策略可以减少设备停机时间，通过防止设备闲置以及确保维修过的设备正常运行，达成降低能源消耗的目的。

综上所述，我们确定了影响维修策略选择的32个经济/商业子标准，10