基于电梯交通流模型的部件生命周期计算方法研究

姚志勇

摘 要：本文针对生命周期管理（PLM，Product Lifecycle Management）系统的核心技术——电梯生命周期的计算，提出了基于电梯交通流模型的部件生命周期计算方法。该方法以电梯的交通流分析为基础，建立了电梯的交通流模型；根据交通流模型计算电梯平均日运行次数；从而计算出电梯部件以时间为单位的生命周期。并且通过对大量交通流量数据的分析和统计验证了计算方法的有效性。因此，将计算方法植入PLM软件系统中，就可以自动计算出部件的生命周期。PLM系统可以跟据部件生命周期自动生成维保工作作业单和物料清单。这样可以大大提高维保工作的效率，减少不必要的人员和材料的浪费。同时，PLM还可以根据部件生命周期估算出售后服务阶段产品维护的费用（部件更换的工费和材料费），从而帮助公司做好运营决策，管理好资金流。

关键词：生命周期管理；交通流量；电梯部件

1 引言

随着中国经济的飞速发展，特别是房地产的大发展，带动电梯行业高速发展，以至于电梯企业如雨后春笋迅速增加，竞争日趋激烈。许多聪明的管理者引入了产品生命周期管理（一般称为PLM）。产品生命周期管理是一个集成的、信息驱动的方法，它涵盖了从设计、制造、配置、维护、服务到最终处理的产品生命周期的所有方面。PLM系列软件能够存取、更新、处理和推理由局部的和分布环境中产生出来的产品信息。换句话说，PLM将用低廉的信息比特（bits）的运动来代替昂贵的物理原子的运动。因此，用PLM系统解决售后电梯部件生命周期的过程，就是将生命周期计算模型植入计算机的过程。

2 基于交通流量模型的生命周期计算

大多数部件生命周期参数皆是运行次数，而不是时间。本文提出了基于电梯交通流模型的部件生命周期计算方法：首先依据每日的交通流量分析分解成几种不同的电梯运行模型。然后，根据每一种模型计算往返一周时间RTT和电梯往返一周中可能的停站数F（F实际上就是电梯往返一周的启动次数或者运行次数）。接着，根据每种模型所占的时间区间计算出在这个区间内的运行次数R。其后，将所有区间运行次数R加起来得到每天的运行次数Rd。最后，用部件的运行次数除以每天运行次数，就可以得到以时间为单位的生命周期。

2.1 建筑物的客流分析及交通需求

电梯服务的环境因大楼的用途不同而千差万别，所以电梯的交通流量状况也各不相同。本文将以一个普通办公大楼交通流量统计情况为例。办公大楼的特点是上、下班以及中午时刻会出现客流高峰。上班时属于上行高峰，客流的主要流量是由大楼的主端站，通常位于底层，流向各楼层。下班时相反，由各层流向主端站。中午的客流的方向视餐厅的位置而定。除了这三个时间的客流高峰外，其余时间的客流量都比较少。

2.2 交通流量模型

上面的客流分析和统计还是比较抽象，无法用来计算。因此，必须使其具体化、量化——建立电梯的服务形式模型。本文做如下假设：

（1）不考虑群控的情况。

（2）本文把电梯的运行情况视为对称的--上高峰与下高峰对称，平时往返一周的运行也是对称的。这主要是从客流情况考虑的：根据统计学分析，每天有多少人次被运上去，就有多少人次被运下来。进一步，上、下高峰所运送的人次基本相同，只是方向相反；平时，一台电梯向上运送的人次应该基本等于向下运送的人次。从另一个角度分析，每一位大楼里的乘客一天在楼里的运动轨迹也遵循对称的原则。（以上的分析是在不考虑群控的情况下做出的）

（3） 一栋楼的交通流量基本恒定，理论上会有变化，如有人出差，流量减少；相反，有客到访，流量会增加。

上行高峰：上行单程区间快行。在上班交通中，从基站上行到某层是快行区间；再往上是短区间。下行是快行区间。

非高峰运行：往返区间快行。从基站到某一层的上下行都是快行区间；再往上的上、下行都是短区间的一种服务方式。根据交通流量统计图，正常运行主要分为两种情况：午餐交通和正常运行。午餐交通实际上如上下高峰，运输的人员比较多，只不过上行和下行的人数差不多或者说相等。但是正常运行期间，虽然运行模型同午餐交通，但是运输的人员只有午餐交通时的一半。

下行高峰：下行单程区间快行。在下班交通中，上行是快行区间。再往下是短区间，然后返回基站是快行区间。

运用以上4种运行模型简化了电梯一天交通流量分布。其中，上、下高峰所运送的人次基本相同，只是方向相反。因此，可将上、下高峰模型合并处理。同时，正常运行期间，虽然运行模型同午餐交通，但是运输的人员只有午餐交通时的一半。因此，可以重点讨论午餐交通模型，然后将其结果减半来代替正常运行模型。

2.3 电梯交通流量计算

2.3.1往返一周时间RTT（Round Trip Time）

所谓往返一次时间是从轿厢回到基站开始算起，把乘客从基站送到前方层再回到基站所用的时间。通常RTT由以下几部分组成：乘客出入轿厢时间Tp；开关门的总时间Td；轿厢行驶时间Tr；运行一周损失时间Tl。所以单梯往返一周的时间为：

RTT=Tp+Td+Tr+Tl （1）

损耗时间Tl和轿厢门宽、电梯乘客人数、乘客年龄等因素有关。通过统计分析，损失时间为乘客出入总时间和电梯开关门总时间之和的10%，所以：

Tl=0.1（Tp+Td） （2）

RTT=1.1（Tp+Td）+Tr （3）

已知每个乘客出入时间为Tp，它与出入宽度系数K和电梯往返一周可能停站数F有关。

Tp=0.8+KF1/3 （4）

在一个电梯运行周期RTT内，由于电梯乘客人数为r，所以计算电梯出入总时间为：

Tp=r×Tp （5）

在一个运行周期内，电梯开关门总时间为：

Td=Td×F （6）

其中，F为电梯往返一周中可能的停站数，Td为单层开关门时间，在单程区间快行服务方式下，电梯行车总时间Tr为：

Tr=Trl+Tre （7）

其中，Trl为短区间行车总时间；Tre为快行区间行车总时间。

当Sf>2Sa时，

SH=（H-1）×Sf （8）

Tr=2SH/V+ta×F （9）

当Sf<2Sa时，

Tr=tr×fl+（Se+SH）/V+2ta （10）

其中，Sa为电梯加速距离；SH为电梯从底层到平均最高返回层的距离；Se为上、下行单程区间快行距离；Sf为平均电梯层高（除了大厅层，一栋建筑的层高通常都一样）；H为平均最高返回层；ta为电梯加速时间；tr为层间运行时间。

2.3.2 电梯往返一周可能的停站数

F为电梯往返一周的停站数，即电梯的启动次数或者运行次数。

（1）上、下班高峰，往返一周可能的停站数

F=fl+fe （11）

其中，fl为短程区间内可能停站数；fe为快行区间内可能停站数，等于2

（12）

（2）非上、下班高峰，往返一周可能的停站数

（13）

（14）

上文已经假设上行运输的人数等于下行运输的人数，所以ru=rd，同时，fe=2

（15）

2.3.3 电梯平均最高返回层

经过统计分析，电梯平均最高返回层H与电梯的层站数有关，如下式：

（16）

2.4 生命周期计算

有了电梯平均日运行次数Rd，用部件的运行次数除以日运行次数，就可以得到以天为单位的生命周期。进一步，如果是办公电梯，一年通常工作250天，用以天单位的生命周期除以250就可以得到以年为单位的生命周期；如果是住宅电梯，一年工作365天，用以天单位的生命周期除以365就可以得到以年为单位的生命周期。

3 生命周期计算方法应用和验证

3.1 上、下班高峰每小时运行次数计算

（1）Tr的计算

应用公式16，计算电梯平均返回层

电梯乘客人数为r=0.8Re=0.8×10=8。

因为Sf>2Sa，所以应用公式（9），计算轿厢行驶时间

（2）每小时运行次数

因为是办公楼电梯，所以通电持续率DC=0.5，RTT+AI=Tr/15=99.2/0.5=198.4（秒）

计算上、下高峰时一小时的运行次数

3.2 非高峰每小时运行次数计算（以午餐交通为例）

（1）Tr的计算

应用公式16，计算电梯平均返回层

电梯乘客人数为：ru=rd=0.4Re=0.4×10=4

因为Sf>2Sa，所以应用公式（9），计算轿厢行驶时间

（2）每小时运行次数

正如上文所述，午餐交通采用高峰运行通电持续率DC=0.5，RTT+AI=Tr/DC=89.6/0.5=179.2（秒）

计算上、下高峰时一小时的运行次数AI=40（s）

计算午餐交通时一小时的运行次数

3.3 部件生命周期计算与验证

3.3.1一年运行次数的计算和验证

上面已经计算了上、下高峰的运行次数和午餐高峰的运行次数。同时，正常运行时运输的人员只有午餐交通时的一半，因此，正常运行时的运行次数也可以认为是午餐交通的一半，因为运行次数和乘客人数是正比例关系。

计算平均日运行次数：Rd=140+140+149+74×7=947（次），办公楼一年运行天数为250天，所以电梯一年的运行次数为：Ry=947×250=236，750（次）

为了验证计算结果的有效性，利用电梯远程监控系统对上万台电梯的运行情况进行检测，电梯一年运行次数统计表如表1。

可见，计算结果落在统计区间中（190，000～333，000），因此运用交通流量模型计算的结果与统计的结果是吻合的。

3.3.2 电梯部件生命周期计算

验证了一年运行次数的准确性，用它除部件的运行次数，就可以得到以年为单位的生命周期。下面以电梯控制继电器为例进行生命周期计算，继电器通常运行次数为一百万次，所以继电器的寿命为：1000，000/250/947=4.2（年）。这个结果与日本电梯界4年更换一次继电器的行业规定是一致的。因此，基于电梯交通流模型的部件生命周期计算方法是通用的，科学的。

4 结论与贡献

验证的结果表明基于电梯交通流模型的部件生命周期计算方法是有效的，它可以计算出部件以时间为单位的生命周期。日本电梯公司应用PLM比较早，它们的经验证明采用PLM管理系统会对企业带来如下收益。

（1） 如果人员数量不变，那么维保台量可以增加一倍。如果台量不变，那么维保人员数量可以减少一半。

（2） 维保方案将从常规性维保升级为战略性维保或者按需维保。

（3） 维修中物料更换的准确率将是100%。

（4） 电梯使用故障率将从2.8降到1以下，甚至更低（日本现在的故障率为0.2-0.3）。

总之，将生命周期计算方法植入到PLM系统中会提高工作效率，减少浪费，提高准确性，最终减少电梯的故障率，从而提高电梯的安全系数，保证乘客的人身安全。

参考文献

[1] 朱德文.电梯交通配置的步骤和输送效率的计算[J].建筑设计中的电梯选型配置，2005.

[2] 宗群，尚晓光，岳有军，等.电梯群控系统的交通模式识别[J].控制与决策，2001.

[3] 日本电梯协会.电梯及其配置指南[M].1988.