悬臂式掘进机截齿系统维修与备件库存联合决策.pdf

94(7):94-101.引用格式：秦彦凯，张晓红，曾建潮，等悬臂式掘进机截齿系统维修与备件库存联合决策J 煤炭工程，2 0 2 3，55Vol.55,No.第55卷第7 期COALENGINEERING灰程煤doi:10.11799/ce202307016悬臂式掘进机截齿系统维修与备件库存联合决策秦彦凯1.2.3，张晓红2-4，曾建潮2.5，李翔宇，梁好3（1.太原科技大学机械工程学院，山西太原0 30 0 2 4；2.太原科技大学工业与系统工程研究所，山西太原030024;3中国煤炭科工集团太原研究院有限公司，山西太原原0 30 0 0 6；4.太原科技大学经济与管理学院，山西太原0 30 0 2 4；5.中北大学大数据与视觉计算研究所，山西太原030051；6.太原理工大学机械与运载工程学院，山西太原030024)摘要：为延长悬臂式掘进机截齿系统的使用寿命，降低运维费用，根据截齿系统的维修需求以及随之产生的备件需求，提出了一种基于定期检查的（m，T,S,s)预防性维修与备件库存联合策略。以费用率最低为目标，考虑可用度约束，建立了截齿系统的维修与备件库存联合决策模型，以决策最优的预防性更换阈值m、检查周期T、目标库存水平S和备件订购阈值s。基于工程数据，通过遗传算法获得了最优目标以及对应的决策变量，并对模型参数进行敏感性分析，验证了模型的有效性。结果表明，当预防性更换阈值为8 把，检查周期为12 d，目标库存水平为7 5把，备件订购阈值为45把时，可用度为0.8 7，最低费用率为16 2.45元/h，截齿系统实现了全局最优的联合决策。因此，将维修与备件库存进行合理的整合优化，可进一步提高截齿系统运行的安全性和经济性。关键词：悬臂式掘进机；截齿系统；预防性维修；遗传算法；备件管理中图分类号：TD421文献标识码：A文章编号：16 7 1-0 9 59(2 0 2 3)0 7-0 0 9 4-0 8Joint decision of maintenance and spare parts inventory forboom-type roadheader pick systemQIN Yankail.2.3,ZHANG Xiaohong,ZENG Jianchao-,LI Xiangyu,LIANG Hao3(1.School of Mechanical Engineering,Taiyuan University of Science and Technology,Taiyuan 030024,China;2.Division of Industrial and System Engineering,Taiyuan University of Science and Technology,Taiyuan 030024,China;3.Taiyuan Research Institute Co.,Ltd.,China Coal Technology Engineering Group,Taiyuan 030006,China;4.School of Economics and Management,Taiyuan University of Science and Technology,Taiyuan 030024,China;5.Institute for Big Data and Visual Computing,North University of China,Taiyuan 030051,China;6.School of Mechanical and Transportation Engineering,Taiyuan University of Technology,Taiyuan 030024,China)Abstract:To extend the service life of boom-type roadheader pick system,and reduce the operation and maintenance costs,a(m,T,S,s)joint policy of preventive maintenance and spare parts inventory based on periodic inspection is proposed accordingto the maintenance need of the pick system and the resulting spare parts need.With the goal of minimizing the cost rate andconsidering the availability constraint,a joint decision model of maintenance and spare parts inventory of the pick system isestablished to determine the optimal preventive replacement threshold,inspection cycle,target inventory level,and spareparts ordering threshold.Based on engineering data,the optimal objective and corresponding decision variables are obtained bygenetic algorithm,and the sensitivity of the model parameters are analyzed to verify the models effectiveness.The results showthat,when the threshold for preventive replacement is 8 pieces,the inspection cycle is 12 days,the target inventory level is 75pieces,and the threshold for ordering spare parts is 45 pieces,the availability is 0.87,the minimum cost rate is 162.45 yuan/h,and the pick system achieves the global optimal joint decision.Therefore,reasonable integration and optimization ofmaintenance and spare parts inventory can improve the safety and economy of the pick system operation.Keywords:boom-type roadheader;pick system;preventive maintenance;genetic algorithm;spare parts mangement收稿日期：2 0 2 3-0 1-0 7基金项目：国家自然科学基金项目（7 2 0 7 118 3）；山西省自然科学基金项目（2 0 2 2 0 30 2 12 1119 4）；太原科技大学研究生联合培养示范基地（JD2022008）；山西省基础研究计划项目（2 0 2 10 30 2 12 46 8 0）作者简介：秦彦凯（19 8 6 一），男，山西太原人，博士，工程师，研究方向：采掘机械智能运维，E-mail：q y k 12 16 3.c o m。通讯作者：张晓红（19 8 0 一），女，山西太原人，博士，教授，研究方向：复杂系统健康管理，E-mail：z h a n g x h t y u s t.e d u.c n。9520233年第7 期程炭煤生产技术截齿系统作为悬臂式掘进机的破岩机构，与煤岩直接接触，长期处于高应力和强冲击状态，承受着复杂交变的冲击载荷，极易失效1.2 1。为保证作业连续性，提高生产效率，煤炭企业需储备大量截齿作为消耗备件，资金占用巨大。据统计，截齿系统的运维成本占总成本的37%3.4。因此，制定截齿系统合理的维修与备件库存策略，对保证掘进机安全高效经济运行至关重要国内外学者对截齿系统相关问题进行了广泛研究。Li等5 深人分析了截齿系统在不同煤岩性质下的载荷，为不同工况下截齿系统的选择提供了依据。Acaroglu和Ergin6开发了一种掘进机稳定性分析方法，研究了截齿系统外部形状对截割稳定性的影响。Li等7 利用有限元方法模拟了截割过程，研究了截齿系统螺旋线布置对截割性能的影响。Khair8基于截割材料相关的断裂机制，研究了截齿系统中截齿类型和截齿数量对截割效率的影响。Zhang等9 以截割比能耗和截齿平均切削力为指标，研究了截齿系统进刀深度、进刀速度和截割距离对截割性能的影响。Liu等10 利用模糊神经网络对不同条件下的截割参数进行识别，研究了截齿系统旋转速度、摆动速度对截割性能的影响。前期的研究从设计、装配、操作等角度对截齿系统相关问题进行了分析，但鲜有针对截齿系统维修与备件库存的研究，通过在运行阶段进行及时、合理的维修和备件订购活动，可以有效提高截齿系统作业连续性，同时将维修费用降至最低。近年来，系统维修与备件库存的联合优化问题已逐渐得到重视。Horenbeek等I以模型为重点，对系统维修与备件库存联合决策进行了综述，并比较了不同的联合策略。Wangl12针对多部件系统，将基于定期检查的预防性维修策略与（S，Q）备件库存策略相结合，以总成本最小为优化目标，构建了维修与备件库存联合决策模型。Zhao等13 针对具有两级缺陷状态（轻微缺陷和严重缺陷）系统，通过考虑常规订购和紧急订购两种不同提前期和成本的订购方案，构建了维修和备件库存联合决策模型。林名驰等14 针对不可修复系统，以费用率最低为优化目标，构建了基于视情更换的维修与备件库存联合决策模型，获得了最优的预防性更换阈值和备件供应时刻。前期对维修与备件库存联合决策的研究逐渐增多，但以k/n系统为对象的研究屈指可数，且大部分研究仅考虑了费用率，而忽略了系统可用度。目前，作为悬臂式掘进机故障率和运维费用最高的工作机构，截齿系统采用的维修方案为故障后维修，无法保证运行的安全性和经济性；采用的库存方案为提前超量储存，造成了极高的订购和持有成本。本文根据工程实际，在截齿k/n(F)系统维修与备件库存联合决策中，引人预防性维修策略，同时考虑系统可用度要求，进而构建截齿系统最优的维修与备件库存联合策略，为截齿系统的维修和备件管理活动提供可靠的理论指导和科学的方法依据，具有重要的应用价值。1系统假设与描述悬臂式掘进机截齿系统由n把截齿按照螺旋线排列而成，如图1（a)所示。截齿系统依靠截割电机提供的动力进行旋转，分布在其上的截齿随之转动，达到截割煤岩的目的，如图1(b)所示15.16 。在特定的煤岩条件下，当失效截齿数量小于k时，掘进机能够保持一定的截割效率，完成破岩工作，此时，截齿系统在正常工作范围；当失效截齿数量大于等于时，因参与截割的截齿数量过少，破坏了截割的连续性，掘进机失去截割能力，无法完成破岩工作，此时，截齿系统失效。在维修理论中，组成系统的n个部件中有k个或者k个以上失效，系统就不能正常工作，记作k/n（F)允余系统17.18 。因此，掘进机截齿系统为典型的k/n(F)系统。(a)截齿系统外形(b)截齿系统工况图1悬臂式掘进机截齿系统1.1维修假设与描述1）截齿系统失效时，掘进作业终止，故截齿系统的失效形式为“自宣示”，而在截割过程中，截齿被煤岩包裹，故截齿的失效形式为“非自宣示”。2）掘进机在截割过程中，截齿系统中所有截齿处于同一煤层，不同截齿工作环境相同且工作独立，故障后可单独更换，故截齿系统中各截齿的退化过程以及各自的维修活动不具有相关性3）掘进机在截割过程中，截齿系统和煤岩直接接触，由于被煤岩包裹，无法通过视觉、声发射等962023年第7 期生产技术程炭煤传感手段获取系统中失效截齿的数量以及截齿的退化状态，故截齿系统属于无法在线监测的信息不可观系统，信息观测方式只能采用周期性的状态检测4）截齿维修的依据为其失效状态，通过人工检查截齿外观即可直接判断截齿是否失效。截齿的失效分为磨损性的软失效和冲击性的硬失效。当截齿磨损后的高度达到软失效阈值时为软失效，此时可通过测量截齿的高度判断其是否失效；当截齿发生崩刃或断裂时为硬失效，此时可通过观察截齿的外形判断其是否失效5）由于整体锻造和局部焊接的制造工艺，截齿无法维修，故仅能采用更换的维修方式，更换技术简单，更换工具充足，且更换活动只需一人，维修效果为“修复如新”。6）截齿系统的维修费用和截齿的材料成本和人工成本相关，同时，由于截齿系统失效，迫使掘进机非计划停机，进而会带来生产效益的损失，故在截齿系统的维修费用中，进一步引入了停机惩罚成本1.2备件库存假设与描述1）常规截齿为标准备件，备件供应商多，供货充足，交付时间稳定，然而随着煤岩硬度的不断提高，掘进机对耐磨性高、抗冲击性强的硬岩截齿的需求迅速加大，高性能硬岩截齿为非标备件，只掌握在极少数的供应商手中，交付时间和交付数量往往极不稳定。受运输费用和订购周期的影响，截齿的订购方式分为常规订购和紧急订购，常规订购的运输费用远小于紧急订购，订购周期远长于紧急订购。当截齿库存数量无法满足更换要求时，需采用紧急订购方式。2）截齿的库存地点为煤矿井下掘进工作面，随着工作面逐步推移，截齿也需随之移动。由于库存地点具有移动性，截齿系统需要制定合理的最大储备数量，即目标库存水平，以降低备件库存成本，减少资金占用。同时，需要制定合理的备件订购阈值，以指导截齿的订购时机，减少因缺货而导致的非计划停机和不必要的生产损失。3）截齿系统的备件库存费用与截齿的材料成本、运输成本、储存成本和人工成本相关。2(m,T,S,s)维修与备件库存联合策略2.1基于部分更换的预防性维修策略现阶段悬臂式掘进机截齿系统的维修方式为故障后维修，维修费用居高不下，且可用度较低19 根据截齿系统的维修特性，提出了一种同时考虑失效截齿数量和检查周期的预防性维修策略，通过定期检查失效截齿数量，并与预防性更换阈值和系统失效阈值进行对比，从而判断是否进行预防性更换或故障后更换的维修活动。维修策略的预防性体现在定期检查（时间）和预防性更换阈值小于系统失效阅值（数量）两个方面。若预防性更换阈值过大或检查周期过长，可能引起截齿失效过多，进而导致截齿系统失效，造成欠维护，因不能有效预防系统失效的发生，失去了预防性维修的意义；若预防性更换值过小或检查周期过短，虽然会提高系统可用性，但可能引起部分失效截齿更换提前，造成过维护，同时由于维修活动过于频繁，导致维修成本增加，维修资源浪费。截齿系统基于部分更换的预防性维修策略如图2所示，由图可见，进行何种类型的维修活动取决于定期检查后截齿系统中失效截齿的数量。1）当失效截齿数量i小于预防性更换阈值m时，不进行维修活动，系统继续投人使用，同时等待下一个检查周期到达。其中，T为单个检查周期对应的单次检查时间。2）当失效截齿数量i大于等于预防性更换阈值m而小于系统失效阈值时，只将失效的i把截齿进行故障后更换，剩余的n-i把截齿不作处理。其中，TpR为预防性更换单把截齿的时间，包含了预防性更换活动下单把截齿的检查时间和更换时间。3）当失效截齿数量i达到系统失效阈值k时，系统失效停机，只将失效的k把截齿进行故障后更换，剩余的n-k把未失效截齿不作处理。其中，TcR为故障后更换单把截齿的时间，包含了故障后更换活动下单把截齿的平均退机时间、检查时间和更换时间。i-0immisimmikjsi=k;jiTe0Torkt无维修预防性故障后活动更换活动更换活动无订购常规订购紧急订购图3预防性维修与备件库存联合策略工作时间期望与系统运行时间期望的比值，系统使用可用度A为：E(Tw)E(Tw)A=(1)E(T)E(Tw)+E(T,)式中，E(T)、E(T w）和E（T,）分别为系统运行时间、工作时间和停机时间的期望。1）E（T w）表达式。截齿系统的工作时间对应两种情况，一种是预防性更换活动对应的工作时间；一种是故障后更换活动对应的工作时间，则截齿系统工作时间期望E（T）的表达式为：E(Tw)=E(TwpR)+E(TwcR)(2)式中，TwpR为预防性更换活动对应的工作时间，包含整数倍的检查周期；TwcR为故障后更换活动对应的工作时间，不仅包含整数倍的检查周期，还包含定期检查后系统继续工作至失效的时间。2）E（T,）表达式。截齿系统的停机时间对应四种情况：无维修活动导致的停机时间；预防性更换活动导致的停机时间；故障后更换活动导致的停机时间；紧急订购活动导致的停机时间。则截齿系统停机时间期望E（T，）的表达式为：E(T,)=E(TDN)+E(TDPR)+E(TDCR)+E(TDEo)=TE(N)+E(npR)TpR+E(ncR)TcR+TeoE(Neo)(3)式中，TDN为无维修活动对应的停机时间，即无维修活动的检查时间；TppR为预防性更换活动对应的停机时间，即预防性更换活动下np把失效截齿的更换时间；TpcR为故障后更换活动对应的停机时间，即故障后更换活动下ncr把失效截齿的更换时间；TpEo为紧急订购活动对应的停机时间，即紧急订购的到货时间。N为无维修活动的次数；npR为预防性更换截齿的数量；ncR为故障后更换截齿的数量；Neo为紧急订购次数3.2费用率模型截齿系统在维修与备件库存联合策略下的维修费用来自两个方面，一方面是维修费用，一方面是备件库存费用维修费用主要由三部分组成：周期检查费用Ci，主要包括定期检查时发生的人工费用，它与检查周期的个数、单次检查时间和人员工资有关；维修费用C2，主要包括预防性更换活动和故障后更换活动时的截齿材料费用和人工费用，它与更换截齿个数、截齿材料成本、更换时间和人员工资有关；停机惩罚成本C3，即非计划停机所引起的生产效982023年第7 期生产技术程炭煤益损失，主要包括故障后更换活动造成的系统失效停机惩罚成本，以及紧急订购活动造成的备件等待停机惩罚成本，它与系统失效次数、紧急订购次数、停机时间、单位时间的惩罚成本有关。备件库存费用主要由三部分组成：截齿订购费用C4，主要包括订购时发生的人工费用、截齿材料费用和运输费用，它与订购的类型、订购的人工成本、订购的次数、截齿材料成本、运输费用和订购的数量有关；截齿库存费用Cs，主要为截齿的持有费用，它与截齿的储存数量、储存时间和单位时间的储存成本有关；库存检查费用C，主要为检查库存时发生的人工费用，它与预防性更换活动和故障后更换活动的次数，单次库存检查时间和人员工资有关。综上所述，截齿系统费用率L表达式为：E(C)+E(C,)+E(C,)+E(C4)+E(C,)+E(C。)L=E(Tw)+E(T,)(4)1）E（C）表达式。截齿系统的周期检查费用C,对应的维修活动为无维修活动，因没有对截齿进行更换，具体的成本仅为周期检查时的人员成本，则截齿系统的周期检查费用期望E(C）的表达式为：E(C,)=CinE(N)=(CiaT)E(NN)(5)式中，Cims为人员单次检查成本；Cia为人员单位时间工资。2）E（C)表达式。截齿系统维修费用C,对应的维修活动为预防性更换活动和故障后更换活动，具体的成本为截齿材料成本和更换截齿时的人员成本，则截齿系统的维修费用期望E（C,）的表达式为：E(C2)=CpRE(npR)+CpRE(ncR)=(CiaTpR+Cpick)E(npR)+（Ca T c R+Cp i c k)E(n c R)(6)式中，CpR为预防性更换单把截齿的成本；CcR为故障后更换单把截齿的成本；Cpick为单个截齿的材料成本。3）E(C,）表达式。截齿系统停机惩罚成本C,对应的维修活动为故障后更换活动和紧急订购活动。当截齿系统发生故障后更换活动时，因系统失效，迫使掘进机非计划停机，掘进作业终止，故引发停机惩罚成本；当截齿系统发生紧急订购活动时，为避免系统在短时间内发生失效，引起更长的停机时间，在紧急备件到达前保持暂时性停机，同样会引发停机惩罚成本。停机惩罚的具体成本为生产效益损失，则截齿系统的惩罚成本期望E（C,）的表达式为：E(C,)=CpcRE(ncR)+CpcRTEoE(NEo)(7)式中，CpcR为单位时间的惩罚成本。4）E(C4)表达式。截齿系统订购费用C4对应的订购活动为常规订购活动和紧急订购活动，具体成本为两种订购活动的人工成本、截齿材料成本和运输成本，则截齿系统的订购费用期望E（C4）的表达式为：E(C.)=CroE(NRo)+(Cpek+Crtmm)E(nRo)+CeoE(Neo)+（Cp i k +CET a n)E(n Eo)(8)式中，CRo为单次常规订购的人工成本；Ceo为单次紧急订购的人工成本；CRo和Ceo仅与订购次数有关，与订货量无关。NRo为常规订购次数，nRo为常规订购的截齿数量，ngo为紧急订购的截齿数量。Crm为常规订购单把截齿的运输费用，如式(9)所示，Cer为紧急订购单把截齿的运输费用，见式(10)：CrTran=CRTRo(9)CeETran=C,Teo(10)式中，C为常规订购下单把截齿单位时间运费；C为紧急订购下单把截齿单位时间运费；TRo为常规订购周期5）E(C）表达式。截齿系统库存费用C,受每一把截齿的储存时间的影响，假设截齿系统进行预防性更换活动和故障后更换活动时，先更换人库时间早的截齿，则截齿系统的库存费用期望E（C,）的表达式为：E(C,)=Cs,E(tav)E(na)(11)式中，C为单把截齿单位时间的储存成本；tav为单把截齿平均储存时间；na为平均库存水平。6）E(C。）表达式。截齿系统库存检查费用C对应的维修活动为预防性更换活动和故障后更换活动，具体成本为检查库存时的人员成本，则截齿系统库存检查费用期望E(C。）的表达式为：E(C)=(CiaT,t)E(NpR)+E(NcR)(12)式中，T为单次库存检查时间；NpR为预防性更换活动次数；NcR为故障后更换活动次数。3.3联合决策模型以费用率最低为优化目标，考虑可用度约束，建立截齿系统（m，T,S,s）维修与备件库存联合决策模型为：992023年第7 期程炭煤生产技术MinL(m,T,S,s)=E(C)/E(T)s.t.A(m,T,S,s)=E(Tw)/E(T)Aaccept(13)1mk;1TTmxnSSmax;ksS式中，A为截齿系统最低可接受的可用度取ccet值，预防性更换阈值m、检查周期T、目标库存水平S和备件订购阈值s为决策变量，Tmax为截齿系统最长检查周期，Smax为库存最大容量。3.4维修与备件库存联合决策仿真工程实践中，许多实际问题需要通过建模来解决，其中有些问题可以利用解析表达式求解，而有些问题只能利用计算机模拟的方法求解。蒙特卡罗法是一种基于概率统计的推断计算方法。其基本思想是，当实验次数足够多时，某个事件的出现的频率约等于该事件实际发生的概率。即利用仿真模型在计算机上进行大量实验来模拟真实系统，进而利用大量实验结果的统计值来逼近整体的特征值。由于截齿的失效是随机发生的，截齿的寿命为随机变量，故用蒙特卡罗法对截齿系统维修与备件库存联合策略进行仿真分析，一次仿真流程如图4所示，次仿真开始初始化系统运行N.=N.+1N.=N.+1维修需求分析维修前备件库存状态检查ji无维修活动紧急订购是否执行维修活动备件到达tttm是是故障后更换活动预防性更换活动维修后备件库存状态检查是js常规订购否否N.N.max是一次仿真结束图4一次仿真流程图4中，tm和t分别为第m把和第k把截齿的失效时间，对应系统的预防性更换阈值m和系统失效阈值k；N和Nmax分别为系统实际的仿真次数和允许的最大仿真次数。3.5工程案例实验选取某掘进机制造企业截割功率为2 6 0 kW岩巷掘进机进行运维试验，截齿系统维修与备件库存的相关参数为：总截齿数n=51把，系统失效阈值k=12把，截齿系统一天工作15h，单个检查周期对应的单次检查时间T=0.25h，预防性更换单把截齿的时间TpR=5min/把，故障后更换单把截齿的时间TcR=10min/把，工人单位时间的工资Cla=75元/h，单个截齿的材料成本Cpik=200元/把，单位时间的惩罚成本CpcR=1000元/h。单次常规订购成本CRo=200元/次，单次紧急订购成本Ceo=100元/次，常规订购下单把截齿单位时间运费CR=1元/（把d），紧急订购下单把截齿单位时间运费C=3元/（把d），常规订购周期Tro=7d，紧急订购周期Teo=2d，单把截齿单日的库存成本Ct=1元/（把d），单次库存检查时间T=0.3h。检查周期1T30d，预防性更换阈值1m11把，目标库存水平51S150把，备件订购阈值12 sS把，截齿系统最低可接受的可用度A.pt=0.85。3.5.1优化结果截齿系统维修与备件库存联合决策为约束条件下非连续多变量单目标优化问题，而遗传算法是一种模拟自然进化过程的全局优化搜索算法，具有通用性强、鲁棒性强、可多点同时搜索等特点，广泛应用于优化求解、信号处理和机器学习等领域。因此，采用遗传算法对截齿系统维修与备件库存联合策略进行优化求解，遗传算法控制参数设置如下2 1：种群大小为10 0，最大遗传代数为10 0，杂交概率为0.8，变异率为0.2，则截齿系统在特定工况下联合策略的最优解为：当m=8把、T=12d、S=75把、s=45把时，系统的费用率最低L=162.45元/h，此时可用度A=0.87，符合工程需求，3.5.2参数敏感性分析为了验证截齿系统维修与备件库存联合决策模型，以指导工程实践，有必要分析模型参数的敏感性，研究其对系统费用率的影响程度，其中参数CRo、CEo、Cs t、T Ro、T e o 和T,是影响截齿系统费用率的关键参数。因此，根据工程案例数据，分析了以上参数的敏感性，具体参数范围见表1。单次常规订购成本CRo，单次紧急订购成本Ceo和单把截齿单日的库存成本C，对系统费用率的影响如图5所示。以检查周期为10 d，一天运行15h为例，当CRo的值从6 0 增加到140 时，截齿系统的费1002023年第7 期生产技术程炭煤用率增加了34元/h，年维修费用增加了18 6 150 元；当Ceo的值从16 0 增加到2 40 时，截齿系统的费用率增加了1.3元/h，年维修费用增加了7 118 元；当C，的值从0.6 增加到1.4时，截齿系统的费用率增加了37.2 元/h，年维修费用增加了2 0 36 7 0 元。这是因为，当检查周期固定时，CRo和Ceo的变化将直接导致订购费用C4的变化，Cs的变化将直接导致库存费用C，的变化，故提高CRo、Ce o 或C，的值，截齿系统的费用率均有所提高。当检查周期逐渐增大时，常规订购次数的期望略有增大，紧急订购次数的期望显著增大，平均库存水平和平均储存时间的期望略有减小，故CRo和C，对费用率的影响程度，即费用率的变化幅度未随着检查周期的增大而发生明显变化；而Ceo对费用率的影响程度，即费用率的变化幅度随着检查周期的增大而显著加大表1参数设定值参数CROCeoC.tTRoTeoT.数值1601600.6510.1数值2801800.861.50.2初值1002001720.3数值31202201.2802.50.4数值41402401.4930.5280Co=60240Ce0=160280C,=0.6Co-80230C0-180st260C-0.8C0-100C0-200260220-C.=-1.0(q2)/率由爵(r-42)/率由240CRo=120Ceo=220(-42)率由240=C-1.2220-CRo=140210CE0-240-C.-1.4SRO220200S2002001901801801801601701601401601400510152025300510152025300151015202530检查周期/d检查周期/d检查周期/d(a)不同CR。值(b)不同Ce值(c)不同c,值图5CRo、Ce o、Cs t 对费用率的影响常规订购周期Tro、紧急订购周期Teo和单次库存检查时间T，对系统费用率的影响如图6 所示。以检查周期为10 d，一天运行15h为例，当Tro的值从5增加到9 时，截齿系统的费用率增加了2 3.3元/h，年维修费用增加了12 7 56 8 元；当Teo的值从1增加到3时，截齿系统的费用率增加了1.7 元/h，年维修费用增加了9 30 8 元；当T，的值从0.1增加到0.5时，截齿系统的费用率增加了12.4元/h，年维修费用增加了6 7 8 9 0 元。这是因为，当检查周期固定时，Tro和Teo的变化将直接导致订购费用C4的变化，T，的变化将直接导致库存费用C。的变化，故提高Tro、Teo或T，的值，截齿系统的费用率均有所提高。当检查周期逐渐增大时，常规订购截齿数量的期望略有增大，紧急订购截齿数量的期望显著增大，预防性更换活动次数的期望先增大后减小，故障后更换活动次数的期望逐渐增大，故Tro和T，对费用率的影响程度，即费用率的变化幅度未随着检查周期的增大而发生明显变化；而Teo对费用率的影响程度，即费用率的变化幅度随着检查周期的增大而显著加大。250斤TRO9260T:03.0250-T.0.5Tro。-8702.5-T.-0.4ST230-7240T80-2.0230-T.-0.3SL(r42)/率由第=6T.o-1.5(4)/率由T.-0.2st(42)/率由TROEOT=5T.o1.0T,-0.1St210RO220210一EOSt190200190170180170150160150051015202530051015202530051015202530检查周期/d检查周期/d检查周期/d(a)不同Tr值(b)不同T.值(c)不同T,值图6Tro、T Eo、T s t 对系统费用率的影响1012023年第7 期程炭煤生产技术综上所述，基于工程案例数据，在检查周期为10d，一天运行15h的条件下，因常规订购成本CRo和常规订购周期Tro的变化，年维修费用共增加约31万元；因库存成本C和库存检查时间T的变化，年维修费用共增加约2 7 万元；因紧急订购成本Cro和紧急订购周期Teo变化，年维修费用共增加约1.6万元。由此可见，截齿系统的常规订购参数对费用率影响较大，其次是库存参数，最后是紧急订购参数。因此，应加快智能仓储和智慧物流建设，优化截齿的存储和采购模式，从而减少截齿系统的订购成本和库存成本，缩短订购周期和库存检查周期，进一步提高截齿系统可用度，降低维修费用。4结论1）根据工程实际，对截齿系统的维修和备件库存特性进行描述，提出了截齿系统（m，T,S,s）维修与备件库存联合策略，建立了系统可用度和费用率的计算模型2）以费用率最低为目标，考虑可用度约束，建立了截齿系统的维修与备件库存联合决策模型，以决策最优的预防性更换阈值m、检查周期T、目标库存水平S和备件订购阈值s。3）基于工程数据，通过遗传算法获得了最优目标以及对应的决策变量。根据参数的敏感性分析可知，截齿系统的常规订购成本和常规订购周期对费用率影响较大，其次是库存成本和库存检查时间，最后是紧急订购成本和紧急订购周期。因此，截齿系统（m，T,S,s)维修与备件库存联合策略可以为其维修和备件管理活动提供可靠的理论指导和科学的方法依据，具有重要的应用价值。参考文献：1杨阳，王鹏江，吉晓冬，等基于模糊数学的掘进机截割头转速分档预测方法J煤炭工程，2 0 2 2，54(2）：17 2-17 6.2张兰胜，赵元宇，田，等实际工况下的掘进机截割头载荷谱研究J煤炭工程，2 0 16，48(1)：133-135.3赵国刚，毛新宇，陈洪玉，等采煤机低合金高强韧性铸钢截齿的研究J煤炭学报，19 9 8，2 3（3）：314-317.4孙玉宗等离子熔覆高耐磨无火花本安型镐型截齿研究J煤炭工程，2 0 0 9，41(7)：10 2-10 4.5X.Li,B.Huang,G.Ma,et al.Study on roadheader cuttingload at different properties of coal and rock J.The ScientificWorld Journal,2013,2013(11):1-8.6O.Acaroglu,H.Ergin.The effect of cutting head shapes onroadheader stability J.Mining 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