根据系统操作环境来改进产品支持.doc

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1、 译 文原文题目：Product support improvement by considering system operating environmentA case study on spare parts procurement译文题目: 根据系统操作环境来改进产品支持 备件采购的一个案例研究 学 院： 机电工程学院 专业班级： 学生姓名： 10根据系统操作环境来改进产品支持备件采购的一个案例研究摘要目的 现有工业系统目前的实用性在很大程度上依靠产品支持的形式和水平。产品支持或者产品的售后服务是非常重要的，因为他保证了产品在操作阶段的预期功能。产品支持受许多因素的影响，包括系统可靠性

2、，可维修性特征和操作环境。设计/方法/方式 本文在讨论了影响产品支持的因素之后，描述了一个估计所需备件的方法。备件的需求基于在比例风险模型中，并且受操作环境影响的产品实际可靠性。此研究用备件估算软件和备用管理软件来检测检测结果。然后用一个案例研究来解决基于地理位置和产品所需性能的备件库存管理。结果 缺乏良好的支持和关键零部件可能会导致机器或系统不合时宜的停工。产品支持和备件需求的预测是基于系统或组件的可靠性和可维护性这两个特征，同时也受一些环境因素的影响。这些环境因素是防止意外停工的最有效的策略之一。系统或机器的操作环境对系统的性能和其技术特性有重要的影响，如它的可靠性，可维护性和可用性。因此

3、，在检查所需的支持和估计备件时，应该考虑到系统操作环境的影响。 研究的局限性/影响 本研究的重点是估算所需备件的数量。并且只对可修复系统中不可修复的部件进行了研究。换句话说，本文考虑的重点是在一个较大系统中的一个组成部分或一个组件。另外，在本研究中，随着外部操作环境和时间这些影响因素的变化，会涉及到操作和维护阶段。实际意义 这种预计零件的方法是通过管理来提高系统的可用性和生产线的效率，同时使总生产成本最小化。因此，当需要长时间储备额外的部件时，设备的生命周期成本将通过减少积压的成本达到最小化。 创造力/价值 本文为产品支持和备用配件提供了一个新的前景，同时还考虑到了实际的系统运行环境。它将帮助

4、管理者和工程师用现实和务实的行动来经营和分析技术或工业系统。关键词 产品支持，可靠性，协变量，比例风险模型，备用配件，操作环境，操作系统1.引言 客户的满意度取决于产品的可用性，这关系到产品特点和产品支持。客户对产品质量的感知受到产品是否符合规范，是否符合其预期用途，并且随着时间的推移是否符合其可靠性这些因素的影响（Juran and Blanton, 1999）。客户的满意度也受产品特性如可维护性、可支持性和产品支持，以及提供产品支持所涉及的过程这些因素的影响。换句话说，客户的满意不仅受到硬件价值和性能的影响，也受到产品的使用的总价值和质量的影响。 因此，所有的产品，尤其是工业产品，在他们的

5、整个工作中都需要支持。制造商提供各种形式的援助来帮助客户从产品支持中获得最大的价值或者利润。这些援助可以通过不同形式并且在产品生命周期的不同阶段得以实现。 典型的支持形式包括安装、培训、维护和维修服务（通常称为服务）、文档、备件的可用性，升级（增加的功能）、客户咨询和保修方案（Goffin, 2000）。与此同时，管理者要注意产品支持，因为它的作用不可忽视。 1.它在提高客户满意度，产品的忠诚度和增加重复销售方面扮演一个关键的角色。 2.它可能是一个相当大的收入和利润的来源（例如：施乐公司收入的60%-70%（Kott, 2008）。 3.当产品差异化在许多市场中变得困难时，它可以提供一个在销

6、售界具有竞争性的优势。越来越多的企业会把产品支持作为竞争优势的潜在来源（Loomba, 1996）。 一般来说，在工作中，工业产品或机器与三个基本概念相关：服务交付、维护和提供服务、维修和备件（图1）。图1 系统工作中的三个主要影响因素之间的关系 为了使系统连续操作，避免意外停机，在研究系统的性能时，应该考虑这些所有的因素。这些因素是相互依存的，其中一个因素的变化将会影响另一个因素，从而改变整个系统的性能。1.1产品支持和服务的交付策略 产品支持需要依靠产品的特性，例如可靠性和可维护性；客户的技巧和能力，以及产品使用的环境。因此，产品支持的规格应根据设计的规格和用户条件。在系统性能方面，这个想

7、法（例如设计一个高度可靠的产品或者设计出维修方案）在设计阶段是极具前瞻性的，但是在开发阶段不适用。但是，具有高度可靠性的产品，或者设计外的维修方案，对于当前的技术而言通常都相当昂贵，或者难以实现。然而，较低的可靠性意味着增加计划外的维修，并且减少机器的可用性。因此，当设计者考虑到通过支持和服务来弥补产品的低可靠性、性能损失以及可用性缺乏时，通常情况下，他最终会为了设计产品的维护而终止方案。售后服务往往反馈客户遇到的问题，如产品修复故障、问题诊断、专家协助解决使用该产品的问题等等。换句话说，售后服务是一个恢复的过程，这个过程试图解决顾客的问题。如果问题得不到解决，客户将会不满意。因此，这个服务功

8、能将试图在问题发生之前提高客户的满意度(Gronroos, 2000)。从长远角度来看，厂商将受益于一个需要较少维修的产品。维修和备件支持是产品支持中两个基本也是重要的方面，因为正如前面所提到的，当给予一定的限制时，例如在设计阶段的技术水平、经济，环境等方面受到限制时, 系统在性能和有效性方面往往无法满足客户的要求。这往往来自于错误的估计产品的可靠性和可维护性，包括不良的维修和产品支持策略，反过来将会导致计划外停工(Markeset and Kumar, 2003)。当考虑到这个问题时，我们会发现现有的产品支持是至关重要的。图2显示了产品或者系统的特征（即可靠性和可维护性）、产品开发（应用程序

9、的类型）和产品支持之间的关系。产品的功能、可靠性、可用性和可维护性特征影响产品如何操作和维护，以及必要的时候需要什么样的支持，需要多少支持。产品使用和维护，客户的技能和能力，操作环境也影响所需的产品支持的类型。实线代表的主要影响，虚线表示次要影响。图2 产品或系统的特点，产品开发和产品支持之间的关系1.2产品支持的影响因素产品支持的影响因素分为以下两种：工程方面和组织方面。产品特性包括随机存储器、产品寿命周期成本，产品应用因素如工程，地理分布，人力情况和文化条件方面。操作环境应认真考虑标注产品支持的规格和服务交付性能的策略。通常，制造商或供应商推荐的系统和组件的维修计划都基于他们的使用年数，并

10、没有考虑到操作环境。反过来，这导致许多意想不到的系统和组件故障。计划外的维修和（或）修复以及支持将会引起较低的系统性能，较高的寿命周期成本。设备操作的环境条件，如温度、湿度、灰尘、维修设施、维修和操作人员的培训，对产品的可靠性特征有相当大的影响，因此需要进行产品维护和支持。1.3 操作环境对系统可靠性的影响 产品的可靠性、可用性和可维护性很重要，这些都对产品支持有很大的影响。显然，设备的性质和可靠性对产品支持的关键元素有很大的影响。高度可靠性不排除服务的需要，但一定要减少服务。所有的产品通常都需要维护，它将在固定时间间隔内确保产品的可靠性。高度的可靠性并不意味着该产品不需要维修，因为材料会随时

11、间推移而退化，而且维护的需要取决于机制的许多技术特点。但是随着可靠性的增强，产品的维修将会减少（Markeset and Kumar, 2003）。系统的可靠性取决于在一定条件下的目标操作期间，它将毫无失误地执行所需的功能的概率。然而，在文献调查中，我们发现，大多数有关可靠性的文章只考虑到故障时间作为唯一变量来估算系统的可靠性。然而，其他因素，例如：变量，可能会影响系统的可靠性特征，这些通常不会被考虑到可靠性模型（参数可靠性方法，如指数和威布尔模型的可靠性）中去（OConnor, 2002; Rausand and Hyland, 2004; Sheikh et al., 2000）。设备操作

12、的环境条件，如温度、湿度、灰尘通常对产品可靠性特征有相当大的影响。通常，在一个系统的生命中，危害率(t)是时间和操作条件（协变量）的一个函数。其中当达到时间t时，(t)dt是在一定时间间隔内发生故障的概率。一个系统的故障率可以建模为产品的基线风险率0(t)，这只取决于时间和一个积极的功能，并且合并协变量的影响。协变量的影响可能会导致风险率的增加或减少。一个系统中影响协变量的故障率函数与指数函数可以通过比例风险模型得出(Cox,1972)。公式1中， z j , j=1, 2, m, 这些都是与系统有关的变量。 j , j=1, 2, m, 这些是定义影响协变量的参数模式。2.备件预测如前所述，

13、备件的销售，作为产品支持的一个问题，是公司里一个重要的收入来源。前人的研究大多都是普通范围内的备用供应情况，尤其是在备件的物流方面（Chelbi and Ait-Kadi, 2001; Kennedy et al., 2002; Langford, 2007; Orsburn, 1991）。大部分的研究重在处理可修系统和备件库存管理方面的问题（Aronis et al., 2004; Sarker and Haque, 2000）。一个好的研究需要通过列队论来确定现有的备件存货情况，这将确保系统的可用性（Berg and Posner, 1990; Dhakar et al., 1994; H

14、uiskonen, 2001）。这些模型已经扩展到库存管理的维护情况（Ito and Nakagawa, 1995; Kumar et al., 2000a）。另一方面，基于可靠性理论的定量技术已经被用于研究一些方法，通过这些方法来预测必须购买或者需要储存的物品的失败率。（Jardine and Tsang, 2006; Kales, 1998; Wk and Alfredsson, 2001）。这种失败率一直被用来确保更加精确的需求率。在不可修复系统的备件管理这一特定领域中，常常会产生问题，例如老化。根据建立预测模型来预估规划周期内的备件需求量，从而产生了一些新的理论（Gnedenko et

15、 al., 1969; Kumar et al., 2000b）。在大多数情况下，备件领域的研究已经在库存管理中得以实施。要保证系统或者机器的可用性，备件应该总是能够满足需求。然而，可以通过估算所需数量的备件存储来确保他们的可用性，但是很少有人研究在可靠性、可维护性、 寿命周期成本等方面的经济技术问题。几种类型的工业零部件，也称为服务部件，是不可修复的。换句话说，取代他们比修复他们更为经济，例如：轴承、齿轮、电子零件、软管、阀门、过滤器等, 都属于这种类型。一般情况下，只有在他们损坏之后才能跟换个别单位的零件。然而，如果零件是至关重要的，他们的损坏可能导致系统其它部件的损坏，这样我们就能够预测

16、出这些问题，并进行替换或者进行预防性维护。威布尔模型的可靠性是一个分析机械系统或者部件的模型，但是受到协变量（操作环境因素）的影响，它将会变得复杂。与此同时，在实践中，指数分布通常用于简单分析设备或其部件连续失败间隔的时间。当我们使用假设指数模型来代替威布尔模型时，计算平均失效时间以及平均修复时间所产生的误差比例很小。考虑到简单分析的优势，我们可以忽略这个误差。我们可以认为指数模型适用于在计算中考虑到协变量影响的情况，特别是如果研究的这部分零件是不可修复的。考虑到前面的那一点，许多必需的备件可以通过方程2，3来计算（Ghodrati and Kumar, 2005a; Billinton an

17、d Allan, 1983; and Kumar et al., 2000b for background information）。其中： (t) = 备件短缺的概率 0(t)= 某一零件的基线失败率（不考虑到变量的影响） t = 系统的运行时间 n = 在t周期需要的备件的总数量 m = 影响变量的数量 z j = 与系统有关的变量 j = 模型的回归系数，定义变量的影响 = 实际故障率 这个方程是基于泊松分布,它代表了一个独立的事件在给定时间间隔内发生的概率，同时要求故障率保持不变。在这种情况下，我们将危险隐患率定义为故障率。如果q代表同时使用中的相同部件的数量，q通过乘法运算进入方程。

18、通过这种方式计算得出的n将代表整个系统中所要求的备件数量。3. 模型验证案例研究 为了通过优化产品支持和备件需要来使寿命周期费用达到最小化，我们对装载机（用于露天矿山的装载、搬运等）的制动系统进行了案例研究。制动系统包括许多不可修复的部件。刹车垫（鼓式制动片）是其中的一项研究。通过此研究来分析操作环境对平均故障时间的影响，并且预测所需要的备件。图3显示了安装在装载机轮上的刹车系统的一部分。图3：装载机车轮制动器和刹车片 为了研究操作环境因素对轮式装载机上刹车片的失效或消耗率的影响，我们分析了关于失效时间的数据。这些数据来源于有三年历史的伊朗露天铁矿。其中25次的失败与刹车片有关。装入器舰队包含

19、十个装载机与七立方米斗容量，而且操作的可用性为95%。首先，我们确定影响垫的性能的重要环境因素（协变量）。协变量的构想来源于运营商和维修人员的观察和经验。因为一些协变量处于定性的格式，这些协变量用于处理和分析所有我们通过数值而整理出来的量。 考虑的因素（协变量）有：平滑和均匀的制动盘；刹车垫（顶部）的类型是否标准，是否是制造商推荐的类型；工作区域内的灰尘和固体微粒，污染（石油、汽油、化工水）的存在；工作和系统的温度以及操作员的技能。的相应估计是通过使用在“辞职程序”中的软件SYSTAT得以实现的，并且在假定值的基础上测验他们的意义。换句话说，1p值表示协变量在模型中的重要性。表1总结了估计过程

20、的六个变量（SE表示估计的标准误差）。表1：估计的协变量参数根据分析的结果，降低刹车片的故障率的最好的物理加工是：方程4。 如果假设的风险率是令人满意的，预估的累积风险率与时间的对数图应该被一个积分常数转换，预测协变量的回归参数是，在这里协变量可以被用作等级系统。因此，如果比例假设是正确的，图形应该大致平行（Kumar and Klefsj, 1994）。图4举例显示了前协变量的曲线图。图4：采用前协变量来测试比例假设的风险率的一个例子 指数的可靠性模型假设应该时常需要检查它的趋势和依赖程度。这个图标在图5中没有显示出数据上的趋势，而且，假定字体文字的分布相同，这个并非自相矛盾（图几乎是一条直

21、线）。另一方面，由于刹车垫不可修复性的部分，我们可以认为失败是孤立的。图5：检查的字体文件数据的趋势图 因此，这部分故障率的基线可以通过方程5来计算。 此时在没有变量影响的情况下，平均失效时间到达2000小时。从这个案例的研究中可以发现，装载机运营商很有经验，但是刹车片没有严格按照厂家的原标准来生产。由于岩石的性质，在这个矿山中的尘埃可以划分为硬类（它包含石英和砂）。 相应的变量由于有硬灰尘和不可接受的垫，所以被分配为值1，这就是 “坏”情况。由于专业技术人员的水平，所以被分配为值1，这就是“好”情况或者是“可接受”的情况。根据这些条件，根据方程（4），实际的风险率的计算方式是：方程6。假设每

22、天两个轮班的工作和垫子失效的平均时间等于1100小时，备件缺乏有10%的可能性，那么预期的所需刹车片的数量可以通过方程7来计算。 在理想的情况下，当没有协变量时，所需刹车片的数量可以从方程8中得出。4. 验证结果 为了反复核对和验证结果，我们使用了备件管理软件，这是一个由多伦多大学C-MORE实验室为备件计算而开发的程序。它的方法不同于我们在这篇文章中使用的方法。初始输入的用户管理系统的数据都来自此研究中所使用的数据集。对于不可修复的备件，我们选择两种计算方法之一：风险计算。为了保证可靠性和计划周期，我们选择第一个选项来计算所需备件的数量。 这个程序能够计算出所推荐的备件的最小数量比便于保证它

23、的可靠性和计划周期。在输出中，可靠性（下降）小于所需的可靠性。这是出于比较的目的，以及推荐数量备件（下降）的选择。如果可靠性（下降）更接近所需的可靠性。（例如，如果所需的可靠性是95%，但是当时的可靠性（上）是98%和可靠性（下）是94.5%。如果备件的价格是至关重要的，那我们可以决定所使用的备件（下）的数量。在实践中，更重要的是可修组件）。有趣的是，用户管理系统的结果非常接近我们的结果，从而也验证了我们的结果。表2，3代表两种用户管理系统的输出，考虑和不考虑在备件预估中的操作环境因素。表2：考虑到协变量影响的用户管理系统软件的输出备件管理软件，多伦多大学C-MORE实验室报告时间：2010年

24、4月29日，星期四(11:31:13) 项目名称: 铁矿装载机 备件: 刹车片 说明书:基本数据: 选择不可修复的部件 时间单位：时 使用部分：8 替换的平均时间： 替换率：0.0009091/小时,1100小时速率的选择：匀速计算方法：风险计算-区间可靠性 所要求的可靠性：90% 规划周期：5,450时产出计算： 所有部件的使用 4.3610小时 替代品的预期数量 39.64 预计的备件数量（上） 48 可靠性（上） 91.7% 预计的备件数量（下） 47 可靠性（下） 89.19%备件管理软件，多伦多大学C-MORE实验室报告时间：2010年4月29日，星期四(11:19:17) 项目名称

25、: 铁矿装载机 备件: 刹车片 说明书:基本数据: 选择不可修复的部件 时间单位：时 使用部分：8 替换的平均时间： 替换率：0.0005/小时,2000小时速率的选择：匀速计算方法：风险计算-区间可靠性 所要求的可靠性：90% 规划周期：5,450小时产出计算： 所有部件的使用 4.3610小时 替代品的预期数量 21.8 预计的备件数量（上） 28 可靠性（上） 91.98% 预计的备件数量（下） 47 可靠性（下） 88.63%表3：不考虑协变量影响的用户管理系统软件的输出 在由图形化表示的输出中，因为值的范围在所需的可靠性附近，推荐的备件数量被绘制在x轴，可靠性被绘制在y轴。不同要求的

26、可靠性可能有相同的备件数量，这样将会有一些点在一条垂直线上。在某些情况下，我们非常接近100%可靠性这条线；最右边的三个点代表推荐的备件数量为99，99.9和99.99%的可靠性。图6和7还以图形格式展示了用户管理系统的输出结果，这有助于用户从各种各样的场所中选择若干备件，而且也考虑到了他们的可靠性。图6：图形化表示的考虑到协变量的用户管理系统的输出图7：图形化表示的不考虑协变量影响的用户管理系统的输出5.备件库存管理 当我们决定所需衬垫的数量时，不管考虑还是不考虑操作环境的影响因素，相比之下，我们会发现这些因素都很重要。因此可以得出结论，考虑到优化系统管理中与现实生活相关的因素，操作环境参数

27、应该被考虑到实际操作中，最终到备件管理中，以至于达到优化机器的生命周期成本。 因为我们的模型加载程序案例研究是在沃尔沃，经销商在世界不同地区出售零件。如果我们选择一个经销商在瑞典，鉴于伊朗与临界距离的部分，这个部件可以被划分为高意义范畴。如果用户决定购买当地经销商的产品，那么这个部件就可以被划分为低意义范畴。考虑到一副刹车垫的费用是120美元，订购一批货物的成本是75美元，根据每年的年度需求率所决定的订货量，那么储存成本是部件成本的18%（Krajewski and Ritzman, 2005）。 这样，这个数量的总库存成本会被最小化。如果我们使用“持续审查系统”来管理和控制库存水平，“订货点

28、”等于在交货期和安全库存期间的平均需求的总和。安全库存的计算基于置信水平的循环服务和标准偏差的数量。如果在这种情况下，平均交货期是60天，并假设循环服务有90%的置信水平，我们用方程式10和11来计算。 这意味着当库存数量到达每装载机有八副刹车片（安全库存是每装载机四副），那么每个装载机我们应该订购十三副刹车片。6.结论 在当前高度发展和不断变化的矿业和工业环境中，由于维持机器的高度可用性和高过程输出，所以产品支持这个因素就变得越来越重要了。 缺乏及时的支持或者不完整的支持有可能会引起意想不到的停工。备用配件属于产品支持项目的定义。缺乏一个关键备件可能导致机器或者系统过早停止运作。基于可靠性和

29、可维护性的系统或者组件的特点来预测的产品支持和备件需求是防止计划外停工的一个最有效的策略。一个系统或者机器的操作环境对系统的性能和技术特点产生相当大的影响，例如：他的可靠性、可维护性、可用性。因此，当估计备用配件和规划支持部件时，这个因素连同随机存储器也必须考虑到。为了避免由于不可用的备件而造成停机的情况，目前的模型研究提出了矿业公司，并且建议他们在预算备件时考虑到操作环境的因素。基于输出的实现模型，该公司要提高刹车片的存量基准，从每装载机28台到40台。三年半以后，他们会注意到这些考虑可用性的部件很少有停机的时间而且效率较高。可是，考虑到零件的缺失，仍然存在一些问题，需要我们去解决。摘自：

30、Behzad Ghodrati,Division of Operations and Maintenance Engineering,Lulea University of Technology, Lulea , Sweden, and Dragan Benjevic and Andrew JardineC-MORE Lab, University of Toronto, Toronto, Canada: Product support improvement by considering system operating environmentA case study on spare parts procurementJ.International Journal of Quality& Reliability Management Vol. 29 No. 4, 2012pp. 436-450 16