港口设备自然寿命影响因素和预测模型

杨荣

随着港口自动化程度和装卸能力的提高，对港口设备运行质量的要求也越来越高。机械设备是港口生产的物质技术基础，港口企业需要根据实际情况和经济效益对设备进行合理的维护和更新。运用科学方法预测港口设备的自然寿命，对提高港口企业的利润和运营质量具有重要意义。本文在分析港口设备自然寿命影响因素的基础上，选取天津港（集团）有限公司下属公司的部分港口设备，建立港口设备自然寿命与其影响因素的关系模型，并进行实证分析，以期为港口企业预测港口设备自然寿命提供理论参考。

1 港口设备自然寿命影响因素

设备自然寿命指在规定的使用条件下，从设备投入使用（包括出厂、运输和上线运行的过程）开始，到设备因有形磨损或某些人为或客观因素而无法保持正常功能，以致终止使用的时间。[1]设备自然寿命主要受有形磨损的影响，摩擦、振动、腐蚀等外力作用会使设备实体产生磨损。[2]当前，企业在判断设备是否报废时主要考虑其自然寿命，并且大多以设备平均使用年限折旧率为计算基础。随着科学技术的发展和市场竞争的加剧，在设备寿命期内更高效地使用设备的做法更为合理。影响港口设备自然寿命的主要因素包括使用台时、利用率、作业难度、维修保养和经济效益等。

（1）使用台时 港口设备的自然寿命与使用台时有着密切联系，对使用台时的研究有助于确定港口设备的合理使用年限及预测港口设备的平均自然寿命。

（2）利用率 港口生产涉及大量的机械设备，其中既有固定设备，也有流动设备；特别是件杂货码头使用的机械设备的类型和数量更为繁多，包括门座式起重机、轮胎式起重机、叉车、牵引车等。设备利用率不仅会影响港口生产效率，也会影响设备自然寿命。

（3）作业难度 港口装卸的货物种类繁多，且货物的理化特性各不相同，导致不同货物的作业难度存在差异，进而影响港口设备的自然寿命。

（4）维修保养 港口设备的维修保养状况直接影响装卸作业的质量和效率，维持设备的完好率有助于延长设备自然寿命，确保设备功效得到充分发挥。

（5）经济效益 港口设备的自然寿命和性能显著影响装卸作业的质量和效率，进而影响港口设备产生的经济效益。

2 港口设备自然寿命预测模型

预测港口设备自然寿命需要分析港口设备自然寿命与各影响因素之间的关系。本文选取天津港（集团）有限公司下属公司的部分港口设备，建立港口设备自然寿命与其影响因素的关系模型，并进行实证分析。

2.1 装载机

2.1.1 基本模型

首先考虑装载机的自然寿命与使用台时和利用率之间的关系。本文选取天津港远航矿石/散货码头有限公司、天津港焦炭码头有限公司、天津港第四港埠有限公司和天津港第五港埠有限公司等4家公司的装载机的相关数据进行分析。有效样本量共682个，将装载机的自然寿命记为序列Slife，使用台时记为序列Sope，利用率记为序列Suse。对所有样本序列进行对数化处理，并分析装载机的自然寿命、使用台时、利用率之间的相关性，结果如表1所示：装载机的自然寿命与使用台时呈一定的正相关关系，与利用率呈较弱的负相关关系。

以装载机的自然寿命为因变量，使用台时和利用率为自变量建立模型，参数估计结果如表2所示：自变量和常数项的T统计量的绝对值较大，且相伴概率近似于0，说明3个参数均显著；方程的拟合优度为，接近于1，说明方程拟合效果较好；F统计量的绝对值较大，且相伴概率近似于0，说明方程回归效果较好。

将各参数代入方程中，得到装载机自然寿命的基本模型为

Slife= 7.469 4 + 0.988 1Sope 1.480 3Suse

由此可见，装载机的平均自然寿命与使用台时呈正相关关系，与利用率呈负相关关系。将相应数据代入上述方程中，得到装载机的平均自然寿命为12.87年。

2.1.2 多因素模型

在考虑使用台时和利用率的基础上，在装载机自然寿命的基本模型中加入更多因素，并选取天津

港远航矿石/散货码头有限公司、天津港焦炭码头有限公司、天津港第四港埠有限公司和天津港第五港埠有限公司等4家公司的装载机的相关数据进行分析。将装载机的作业难度数据记为序列Swork，维修保养数据记为序列Srep，经济效益数据记为序列Seff。分析装载机的自然寿命、使用台时、利用率、作业难度、维修保养、经济效益之间的相关性，结果如表3所示：装载机的自然寿命与使用台时、作业难度和维修保养呈一定的正相关关系，与利用率和经济效益呈较弱的负相关关系。

以装载机的自然寿命为因变量，使用台时、利用率、作业难度、维修保养、经济效益等为自变量建立模型，参数估计结果如表4所示：自变量和常数项的T统计量的绝对值较大，且相伴概率近似于0，说明6个参数均显著；方程的拟合优度为，接近于1，说明方程拟合效果较好；F统计量的绝对值较大，且相伴概率近似于0，说明方程回归效果较好。

将各参数代入方程中，得到装载机自然寿命的多因素模型为

Slife= 7.232 1 + Sope Suse Swork + 0.094 0Srep + 0.086 0Seff

由此可见，装载机的平均自然寿命受使用台时和利用率的影响较大，与作业难度、维修保养和经济效益的相关性较弱。将相应数据代入上述方程中，得到多因素条件下装载机的平均自然寿命为11.85年。

2.1.3 算例分析

2.1.3.1 沃尔沃180型装载机

由于样本中沃尔沃180型装载机的相关数据均来自天津港远航矿石/散货码头有限公司，其作业难度、维修保养和经济效益等3项指标的数据均相同，无法加入模型分析，故仅分析沃尔沃180型装载机的自然寿命与使用台时和利用率的关系。

沃尔沃180型装载机自然寿命基本模型的参数估计结果如表5所示：常数项的T统计量的相伴概率大于10%，说明常数项不显著。除去常数项后再估计，结果如表6所示：自变量的T统计量的绝对值较大，且相伴概率近似于0，说明2个参数均显著；方程的拟合优度为，说明方程拟合效果一般。

参数估计结果（不含常数项）

将各参数代入方程中，得到沃尔沃180型装载机自然寿命的基本模型为

Slife=0.134 2Sope 1.261 7Suse

由此可见，沃尔沃180型装载机的平均自然寿命更多地受利用率的影响：利用率越高，平均自然寿命越短。将相应数据代入方程中，得到沃尔沃180型装载机的平均自然寿命为12.56年。

2.1.3.2 卡特980型装载机

由于样本中卡特980型装载机的相关数据均来自天津港远航矿石/散货码头有限公司，其作业难度、维修保养和经济效益等3项指标的数据均相同，无法加入模型分析，故仅分析卡特980型装载机的自然寿命与使用台时和利用率的关系。

卡特980型装载机自然寿命基本模型的参数估计结果如表7所示：自变量和常数项的T统计量的绝对值较大，且相伴概率近似于0，说明3个参数均显著；方程的拟合优度为，接近于1，说明方程拟合效果较好；F统计量的绝对值较大，且相伴概率近似于0，说明方程回归效果较好。

将各参数代入方程中，得到卡特980型装载机自然寿命的基本模型为

Slife= 7.209 8 + 0.919 9Sope 1.046 3Suse

由此可见，卡特980型装载机的平均自然寿命受使用台时和利用率的影响程度相似，且与使用台时呈正相关关系，与利用率呈负相关关系。将相应数据代入方程中，得到卡特980型装载机的平均自然寿命为10.34年。

2.2 轮胎式起重机

2.2.1 基本模型

首先考虑轮胎式起重机的自然寿命与使用台时和利用率之间的关系。本文选取天津港第一港埠有限公司、天津港第二港埠有限公司、天津港第三港埠有限公司、天津港第四港埠有限公司、天津港第五港埠有限公司、天津港汇盛码头有限公司、天津港物流发展有限公司等7家公司的轮胎式起重机的相关数据进行分析。有效样本量共650个，将轮胎式起重机的自然寿命记为序列Slife，使用台时记为序列Sope，利用率记为序列Suse。对所有样本序列进行对数化处理，并分析轮胎式起重机的自然寿命、使用台时、利用率之间的相关性，结果如表8所示：轮胎式起重机的自然寿命与使用台时的正相关关系十分微弱，与利用率呈较弱的负相关关系。

以轮胎式起重机的自然寿命为因变量，使用台时和利用率为自变量建立模型，参数估计结果如表9所示：常数项的T统计量的相伴概率大于1%。为保证模型的精确度，除去常数项后再估计，结果如表10所示：自变量的T统计量的绝对值较大，且相伴概率近似于0，说明2个参数均显著；方程的拟合优度为，数值较小，说明方程拟合效果一般。

（不含常数项）

将各参数代入方程中，得到轮胎式起重机自然寿命的基本模型为

Slife=0.258 9Sope 1.674 2Suse

由此可见，轮胎式起重机的平均自然寿命与使用台时呈正相关关系，与利用率呈负相关关系。将相应数据代入方程中，得到轮胎式起重机的平均自然寿命为16.89年。

2.2.2 算例分析

2.2.2.1 QLY40型轮胎式起重机

QLY40型轮胎式起重机自然寿命基本模型的参数估计结果如表11所示：自变量和常数项的T统计量的绝对值较大，且相伴概率近似于0，说明3个参数均显著；方程的拟合优度为，接近于1，说明方程拟合效果较好；F统计量的绝对值较大，且相伴概率近似于0，说明方程回归效果较好。

将各参数代入方程中，得到QLY40型轮胎式起重机自然寿命的基本模型为

Slife= 7.099 3 + 0.922 7Sope 1.151 9Suse

由此可见，QLY40型轮胎式起重机的平均自然寿命与使用台时呈正相关关系，与利用率呈负相关关系，且利用率的负面影响更为显著。将相应数据代入方程中，得到QLY40型轮胎式起重机的平均自然寿命为13.94年。

2.2.2.2 QLY50型轮胎式起重机

QLY50型轮胎式起重机自然寿命基本模型的参数估计结果如表12所示：自变量和常数项的T统计量的绝对值较大，且相伴概率近似于0，说明3个参数均显著；方程的拟合优度为，大于0.5，说明方程拟合效果较好；F统计量的绝对值较大，且相伴概率近似于0，说明方程回归效果较好。

将各参数代入方程中，得到QLY50型轮胎式起重机自然寿命的基本模型为

Slife= 1.592 5 + 0.396 9Sope 1.221 6Suse

由此可见，QLY50型轮胎式起重机的平均自然寿命与使用台时呈正相关关系，与利用率呈负相关关系，且利用率的负面影响更为显著。将相应数据代入方程中，得到QLY50型轮胎式起重机的平均自然寿命为17.01年。

2.3 集装箱正面吊

2.3.1 基本模型

首先考虑集装箱正面吊的自然寿命与使用台时和利用率之间的关系。本文选取天津港第二港埠有限公司、天津东方海陆集装箱码头有限公司、天津港国际物流发展有限公司、天津港集装箱码头有限公司、天津港联盟国际集装箱码头有限公司、天津港太平洋国际集装箱码头有限公司、天津港五洲国际集装箱码头有限公司和天津港物流发展有限公司等8家公司的集装箱正面吊的相关数据进行分

析。有效样本量共663个，将集装箱正面吊的自然寿命记为序列Slife，使用台时记为序列Sope，利用率记为序列Suse。对所有样本序列进行对数化处理，并分析集装箱正面吊的自然寿命、使用台时、利用率之间的相关性，结果如表13所示：集装箱正面吊的自然寿命与使用台时存在明显的正相关关系，与利用率也呈现一定的正相关关系。

之间的相关性

以集装箱正面吊的自然寿命为因变量，使用台时和利用率为自变量建立模型，参数估计结果如表14所示：自变量和常数项的T统计量的绝对值较大，且相伴概率近似于0，说明3个参数均显著；方程的拟合优度为，数值较小，说明方程拟合效果一般；F统计量的绝对值较大，且相伴概率近似于0，说明方程回归效果较好。

将各参数代入方程中，得到集装箱正面吊自然寿命的基本模型为

Slife= 0.692 5 + 0.246 3Sope 0.028 1Suse

由此可见，集装箱正面吊的平均自然寿命与使用台时呈正相关关系，与利用率呈负相关关系。将相应数据代入方程中，得到集装箱正面吊的平均自然寿命为16.85年。

2.3.2 算例分析

2.3.2.1 DRF450型集装箱正面吊

DRF450型集装箱正面吊自然寿命基本模型的参数估计结果如表15所示：常数项的T统计量的相伴概率大于10%，说明常数项不显著。除去常数项后再估计，结果如表16所示：自变量的T统计量的绝对值较大，且相伴概率近似于0，说明2个参数均显著；方程的拟合优度为，数值较小，说明方程拟合效果一般。

参数估计结果（不含常数项）

将各参数代入方程中，得到DRF450型集装箱正面吊自然寿命的基本模型为

Slife=0.338 5Sope 3.217 0Suse

由此可见，DRF450型集装箱正面吊的平均自然寿命更多地受利用率的影响：利用率越高，平均自然寿命越短。将相应数据代入方程中，得到DRF450型集装箱正面吊的平均自然寿命为18.10年。

2.3.2.2 SC4531TB5型集装箱正面吊

SC4531TB5型集装箱正面吊自然寿命基本模型的参数估计结果如表17所示：利用率的T统计量的相伴概率大于10%，说明该参数不显著。除去利用率后再估计，结果如表18所示：自变量和常数项的T统计量的绝对值较大，且相伴概率近似于0，说明2个参数均显著；方程的拟合优度为，接近于1，说明方程拟合效果较好；F统计量的绝对值较大，且相伴概率近似于0，说明方程回归效果较好。

将各参数代入方程中，得到SC4531TB5型集装箱正面吊自然寿命的基本模型为

Slife= 9.435 8 + 1.117 2Sope

由此可见，SC4531TB5型集装箱正面吊的平均自然寿命与使用台时呈正相关关系，与利用率基本无关。将相应数据代入方程中，得到SC4531TB5型集装箱正面吊的平均自然寿命为19.16年。

参考文献：

[1] 王佳兴. 基于GMDH方法的设备剩余寿命预测[D]. 武汉：武汉科技大学，2010.

[2] 李俊，金家善，郁军. 考虑维修影响的机械设备剩余寿命模型[J]. 中国修船，2004（2）：37-39.

（编辑：张敏 收稿日期：2016-08-10）