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第一部分：物流系统和管理研究(LSMR)

摘要

针对配送中心物流设备的操作风险问题，提出了适应基于风险的维修决策。主要内容包括三个模块：风险分析、风险评价和风险控制。考虑到设备的可靠性和故障的后果。维护策略是建立决策目标的风险定量分析，这样我们就可以建立物流设备的管理系统。用一个实例来解释如何使用基于风险的维修决策技术的物流设备。

关键词：基于风险的维修、风险评价、物流设备、风险管理、故障树

前言

随着中国经济的快速发展和经济全球化，中国物流行业与国际市场以巨大的速度增长，在物流工程取得了举世瞩目的发展的同时，物流技术和设备市场也在持续增长。

物流工程是一项综合的多学科技术，物流工程技术的进步大大促进了现代物流的发展。近年来，中国政府加强支持物流产业的政策，物流市场的活性大大促进了物流工程的快速发展。

物流工程机构和CMES收集了44篇论文并编辑的《中国现代物流工程学报》，其中覆盖企业物流、物流系统和管理、物流仓储和配送技术的管理、起重机械技术、输送机械技术和其他先进技术，它尊重中国物流工程的最新研究成果。

这本书可以作为物流管理、物流工程、交通运输、工商管理、电子商务和工业工程专业的教师、研究生和本科生的参考书。这本书也可以作为物流专业人员的参考书，包括学者、大学的研究人员和企业的技术人员。

第一章 配送中心物流设备风险管理研究

1.1介绍

配送中心自从20世纪90年代早期在中国开始发展以后便得到了广泛的应用。近年来，随着新技术的利用，如物流信息技术、网络化对象和无线射频识别物流，配送中心已广泛应用于食品、服装、医药、烟草、汽车、零售、铁路、电子、电气、化学工业等。

然而，随着配送中心的大量应用，我们将逐渐面临更加突出的在配送中心使用过程中偶然的事故发生和设备的维护和管理的任务。配送中心从接受供应商提供的商品到分发给的特定客户的全过程需要采取的一系列处理，如存储、保管、分拣、流通加工和信息处理等等，都需要大量现代物流设备的参与。

现代物流配送中心一般都配备有高度自动化和智能化的自动存储检索系统(AS / RS)。AS / RS是一种新型的存储系统，它是一个由众多子系统和组件构成的复杂的系统配置。AS / RS的操作不仅需要巨大的资本投资和运营成本，投入使用后还需要不断的更新和维护。因此，设备维护的成本占企业经营总成本的大部分。堆垛机是AS / RS的核心组成部分，由大量的机械设备和电气控制组件组成，起重机的重要功能是处理和访问。由于设备故障特性的不确定性和模糊性，堆垛机的操作过程可能受到许多因素的影响，如环境、操做和维护。一旦系统发生故障时难以及时识别故障的来源，总的来说，这可以极大地影响AS / RS的正常操作，在严重的情况下可能会导致整个配送中心的故障。因此，目前重要的是建立一个可行的、经济维护策略，加强设备维护管理，从而减少故障的概率，提高AS / RS的可靠性和稳定性。

虽然基于风险的维修护(RBM)方法是一种新的研究领域和未来在设备维修管理中发展的趋势，但这项研究发展迅速。目前，RBM已成功采用石化工厂、发电厂、海上设施等，可以降低企业15 - 40 %的维护和服务成本^[1]。然而，RBM很少用于物流，而且尚未形成完整的理论框架。美国机械工程师协会已经开始开发一个物流设备风险评估和管理模型。

提出基于风险的维修方法旨在减少操作系统失败的整体风险和优化生命周期。本文首先介绍了一种基于风险的维护的方法，然后说明如何应用该方法分析AS / RS的维护决策。

1.2设备风险管理和基于风险的维修

1.2.1设备风险管理

一个被广泛接受的定义风险管理的是：总体估计不确定的不良事件的概率和可能损失的严重程度。基于风险的维护，风险可以表示为：

风险 = 失败的概率 times; 失败的结果 (1.1)

在设备的整个生命周期中都存在风险。在不同的阶段，风险的类型不同。风险可以通过材料属性或错误的制造、安装和不当的维护管理设备造成的磨损或潜在的不合理设计影响系统的可靠性。

在识别潜在风险的基础上，设备风险管理是一个评估风险概率和失败后果的过程，以衡量风险的严重程度。另外，设备风险管理有助于判断是否应该优化或改进维护措施，集中注意力和资源进行最重要的维护活动，在最大的程度上确保设备的安全运行，同时帮助保持部分维护成本控制在一个合理的范围内。

配送中心的运作受到很多内部因素和外部因素的影响，并且充满了不确定性，尤其是在高危化学工业中。AS / RS应用的目的是用基于风险的方法进行定性或定量的风险评估在操作过程中的不确定性，科学地控制风险。

1.2.2基于风险的维修方法

与传统维护方法相比，RBM是一个基于风险识别和风险评估的维护理论，其追求的目的是核心组件和风险控制。RBM不仅是一个简单的维护策略，还是一个以进行维护和维修决策为目的制定优化维护策略的方法和过程。RBM方法分为三个主要模块：

1) 风险分析，包括风险识别和评估。基于综合识别系统的潜在风险，设备风险分析是一个分析整合失效概率及其产生的后果的过程。风险分析是最重要的部分。这个模块包括四个步骤：

a) 充分识别影响设备的正常运行的风险事件，在操作发生的物理条件下，根据操作系统失败场景的特征开发系统。系统分为子系统、单元组件、几何系统和安全协议等^[2]。失败场景分析是最基本的设备风险管理，这一系列事件的细节可能会导致系统失败。

b) 故障树分析(FTA)^[3]是用于建立故障组件和系统故障之间的逻辑关系。最小割集可以准确地确定系统故障，轮流帮助计算系统最终失效的概率。

c) 最可能被估计的故障场景的结果。失效的后果评估包括系统性能损失、经济损失和人类健康的损失。最坏也应该考虑获得一个相对保守的结果。

d) 结合失效结果、失效概率和可能会引起任何系统故障以及系统的总风险的近似失败的风险单位。

2)风险评估建立风险和评估的验收标准，风险评估的结果是判断估计风险的系统或子系统是否超过可接受的水平。评估为制定严格的风险控制措施提供了科学基础。风险评估在弥合系统性风险的识别和制定合理的风险控制措施中扮演一个重要的角色。

3)风险控制的重点是一旦系统或有缺陷的单位，其风险水平的估计超过验收标准，就设置相应的维修策略，从而降低系统性风险。重新估计和评估风险的过程反复进行，直到系统性风险总可以保持在可接受的水平内。RBM的设备风险管理的操作流程图，如图1.1所示。

基于风险的维护方法的优点如下：所有设备的风险可以在维修的过程中被识别和区别，可以避免不必要的检查和维护，确保维护活动的有效性。

图1.1 RMB的设备风险管理的操作流程图

1.3在AS/RS中基于风险维护的应用程序

自动存储和检索系统是配送中心的主体，是一个复杂的系统配置。在AS / RS中塔式起重机是核心组件，它比任何其他组件失效的有更高的概率和更多的种类。因此，堆垛机成为配送中心的一个风险相对较高的一部分，它有特殊的复杂性和失效后的严重性。本文以巷道堆垛机为例阐述基于风险的维护方法在配送中心设备管理的应用。

1.3.1风险分析

1.3.1.1失败场景

堆垛机根据操作特征、组件的功能性质和控制原则分为机械执行系统和电气控制系统。堆垛机到达入站、出站和通过处理、传输和访问操作位移函数；因此，它的机械执行系统细分为三个机制：行走机构、起升机构、货叉伸缩机构。行走机构主要包括电机（带刹车）、减速器、行走轮、轨道；提升机构由加载架、电机、传动装置、制动装置、钢丝绳或链条、鼓轮或链轮、滑轮和防坠装置等；货叉伸缩机构由货叉、减速器、离合器、齿轮齿条或链条和链轮等。堆垛机通过行走机构和提升机构运行到指定位置。货叉伸缩机构和提升机构可以实现货物存取功能。电气控制系统由电力驱动、电力控制、信号检测、电气安全保护装置和其他电气设备组成，它分为两个子机构：主电路机构和控制机构。主电路机构由电源、电容器、变频器、接触器、电力输电线路、过流保护装置等等组成，并为上述三个机构提供强大的电力驱动。电气控制机构的主要执行功能有：自动位置识别、速度控制、位置检测、货叉伸缩方向和速度控制等^[4]。失效系统是根据上述五种机制，区分、结合堆垛机的故障症状^[5]，最可能的失败场景列出了每个失效系统图，如图1.2所示。最后，最可能的失败场景分为几个小的失败场景一步一步直到主要事件在表中列出，如表1-1。

图1.2 堆垛机断层系统

表1-1堆垛机的最有可能的失败场景分析结果

1.3.1.2构建故障树

一个故障树与lsquo;堆垛机不正常运转rsquo;作为第一个分支最大的事件到lsquo;机构系统故障rsquo;和lsquo;电气控制系统故障rsquo;。节点的机械系统故障进一步分为三个分支：行走机构没有正常工作、提升机构运转不灵、货叉伸缩机构不正常运作。与此同时，主要节点的电气控制系统故障分为两个分支：主电路故障机制和控制机构故障。最后，故障树从上述最低端事件继续发展到主要的事件。故障树的堆垛机不运转正常时如图1.3所示。

1.3.1.3最小割集和优化方法

分析故障树如图1.3所示，采用布尔代数简化方法来表示单个或多个不可缺少的构成失败的系统故障，也就是说，所有最小割集是通过故障树进行定性分析。最小割集是所有可能导致系统故障的唯一组合（顶端事件）。因此，优化最小割集可以用来估计系统的失效概率。本文采用下行法来计算最小割集。根据图1.3，机械执行系统故障最小割集是：

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电气控制系统故障最小割集是：

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堆垛机不正常运转的最小割集是：

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