不同类型大型仪器设备的使用寿命探究

刘彦强，张小蒙，阎冰

天津中医药大学 国有资产管理处，天津 301617

引言

随着我国高等教育的蓬勃发展，教育质量、创新能力和综合实力得到大幅提升，在国际上的地位不断提高，这不仅表明我国高校教育教学质量建设取得成效，而且硬件条件也取得跨越式发展，高精尖的大型仪器设备早已不是国外高校的专利，国内普通高校实验室也是屡见不鲜。随着高校不断加强自身硬件条件建设，固定资产数额快速攀升，特别是大型仪器设备在固定资产所占比例越来越高[1]，重要性程度不言而喻，大型仪器设备种类、数量、技术水平在一定程度上反映高校办学的综合实力[2]。

随着大型仪器设备数量不断增加，其投资效益越来越受到高校和上级主管部门的重视。在大型仪器设备正常运行和使用过程中，在需求保持不变的情况下，其使用寿命就成了影响投资效益的最重要因素，寿命越长，效益就越高，这也是近些年高校倡导设备全生命周期管理，提升使用效益的重要基础。大型仪器设备使用寿命多采用数学模型方法进行研究分析，如模糊理论应用于信号设备使用寿命[3]，利用相似性方法预测机械设备使用寿命[4]，基于模糊相似和信念函数理论预测工业设备剩余使用寿命[5]等。大型仪器设备使用寿命估算得越准确，越有利于管理部门针对不同时间段制定相应的管理措施，从而最大程度地发挥大型仪器设备使用效益，改善管理中的薄弱环节。

1 调研对象

为了能够准确估算大型仪器设备使用寿命，以参加天津市高等学校综合投资项目的15 所地方高校大型购置的大型仪器设备为研究对象，选择具有代表性和有效性的大型仪器设备作为分析样本，开展调研和分析。本次调研是由项目组制定并发布调查通知，将调查表发送至各高校大型仪器设备管理部门（均为项目组成员），由各高校大型仪器设备管理部门负责组织本校调研，本次调研共回收调查表2409 份，涉及资产总金额为8.78 亿元。

为了更加准确地计算不同类型大型仪器设备的使用寿命，选择数量相对较多的大型仪器设备作为研究对象，进行重点分析。根据仪器设备名称，将大型仪器设备进行分类，数量从多到少的前十位，依次为液相质谱类（168 台）、显微镜类（111 台）、数控机床类（81 台）、语言实验室类（63 台）、分光光度计类（57 台）、试验机类（55 台）、光谱仪类（42台）、PCR 仪类（40 台）、离心机类（35 台）、加工中心类（33台），共计685 台，占总体数量的28.4%。

2 计算过程

2.1 计算方法

根据大型仪器设备购置安装日期，购置安装日期越早，数量越少，购置安装日期越近，数量就越多。基于以上分析，我们假设不同年份的购置数量符合直线分布，并尝试利用最小二乘法进行线性方程参数估计[6]，预测不同类型大型仪器设备的使用寿命。赵龙等[7]通过最小二乘法得出了线性回归方程，求出了分布参数，完成了船闸阀门主轨道镶面板的平均使用寿命分析。徐晴等[8]通过研究计量资产全寿命周期管理，建立多元线性回归模型并利用最小二乘法估计回归参数，完成了计量资产寿命预测与评价。最小二乘法通过最小化误差的平方和寻找数据的最佳函数匹配的方法，多应用于参数估计。

2.2 液相质谱类使用寿命

液相质谱类的大型仪器设备数量最多，主要包括高效液相色谱仪、超高效液相色谱仪、制备液相色谱仪、液相色谱质谱联用仪、气相色谱质谱联用仪、质谱检测仪、四级杆飞行时间串联质谱仪等设备，共计168 台。由于存在7 台安装时间不明确，因此有效统计数量为161 台。

以安装日期作基准，根据使用年限不同，将其分为5个时间段，分别为1、2、3、4、5 年，分别计算出各个时间段内，液相质谱类大型仪器设备数量分布情况，见表1。

表1 不同使用年限的液相质谱类大型仪器设备分布情况（台）

根据最小二乘法原理，进行直线拟合，可以计算出不同时间段的液相质谱类大型仪器设备分布图及趋势线，见图1。

图1 不同时间段的液相质谱类大型仪器设备分布图及趋势线

由图1 可以看出，以1、2、3、4、5 年为时间段，拟合直线和拟合优度，分别为y=-1.4397x+22.3，R2=0.6886；y=-2.8869x+46.107，R2=0.7715；y=-4.0857x+69.733，R2=0.8826；y=-5.775x+98，R2=0.9923；y=-6.58x+122.5，R2=0.9209。根据拟合直线，计算使用寿命，即当y=0 时，x 分别为15.5、16、17.1、17、18.6 年。

根据最小二乘法原理，拟合优度R2越大，拟合越好，则其分布情况越接近直线。由于以4 年为时间段的拟合优度R2最大为0.9923，即拟合最好，因此可以判断液相质谱类大型仪器设备平均使用寿命为17 年。

2.3 其他类型设备使用寿命

根据液相质谱类大型仪器设备使用寿命的计算过程，依次可以计算出其他各个类型大型仪器设备的使用寿命，见图2。

图2 不同类型大型仪器设备的使用寿命

为了预测整体大型仪器设备使用寿命，利用算术平均法，可以计算出大型仪器设备算术平均使用寿命为19.6 年。利用加权平均法，将各个类型大型仪器设备数量除以样本总量，作为各个类型大型仪器设备的权重，可以计算出大型仪器设备加权平均使用寿命为18.6 年。

2.4 结果分析

通过以上计算过程，可以得出：① 采用最小二乘法，可以预测出不同类型大型仪器设备使用寿命，而且曲线的拟合优度较高，这说明不同使用年限的大型仪器设备使用寿命符合直线分布；② 不同类型大型仪器设备的使用寿命存在较大差异，最长的为35.4 年，最短的为13.4 年；③ 大型仪器设备算术平均使用寿命和加权平均使用寿命存在差异，但差异不大，总体相差1 年；④ 通过计算不同类型大型仪器设备的使用寿命，可以看到不同类型设备的使用寿命存在明显差异，需要针对不同类型的大型仪器设备，制定不同的寿命管理对策。

大型仪器设备使用寿命的长短与其投资效益密切相关，往往使用寿命越长，产生的收益就越高。因此加强大型仪器设备科学管理，延长大型仪器设备使用寿命，是提升大型仪器设备使用效益的有效手段。

3 提升大型仪器设备使用寿命的几点意见

3.1 健全大型仪器设备管理制度

根据设备全生命周期管理过程，大型仪器设备管理是从规划、设计、选型、购置、安装、验收、使用、保养、维修、改造、更新直至报废的整个过程[9]，实施全面科学的管理。健全大型仪器设备管理制度[10]，是一个长期的过程，需要整体规划和分布管理相结合，不仅要从宏观角度制定设备全生命周期管理制度，而且要制定各个管理阶段相应的管理制度，推进大型仪器设备管理精细化。

3.2 落实大型仪器设备岗位责任制

落实大型仪器设备岗位责任制[11]，对每一台大型仪器设备，设立专门管理人员，负责大型仪器设备的全面管理工作。同时，明确大型仪器设备管理岗位工作职责及考核标准，包括操作使用、维护保养、服务标准、管理档案以及奖惩措施等内容，将大型仪器设备管理绩效与个人的年终工作绩效、职称晋升等关联起来[12]，充分调动设备管理人员的积极性和贯彻岗位职责的稳定性。

3.3 完善实验技术人员技术培训

完善实验技术人员培训[13]，需要各高校严格贯彻持证上岗的制度，大力拓展培训渠道，实行多种形式相结合的培训方法，如厂家工程师培训、实践经验丰富操作人员培训、计算机演示培训等，设立专门的选修培训课程以及考试平台，使大型仪器设备培训及考试制度规范化和常态化。加强操作技术培训，能够促使实验技术人员熟悉仪器设备性能特点和技术原理，熟练掌握基本操作方法，避免因操作不当或失误，而造成损坏事故[14]。

3.4 加强大型仪器设备运行监管

加强大型仪器设备运行监管，充分利用信息化手段[15]，建立高校大型仪器设备实时监控系统和信息反馈机制，将系统监控、日常管理[16]和定期巡检相结合，确保大型仪器设备正常运转和科学使用，不超负荷，不闲置，不带病运转。高校应根据不同大型仪器备的结构和运行方式，确定定期检查的部位、内容、正常运行的参数标准，确定出明确的检查周期，如日、周、旬、月等，做好相关数据登记，出具巡查报告，制定整改措施。

4 讨论

利用基于最小二乘法参数估计的线性预测方法，完成了十种不同种类的大型仪器设备使用寿命预测分析，同时为提升大型仪器设备使用寿命提出了4 点意见。但根据计算结果与实际比对，发现少部分大型仪器设备预测寿命与实际使用寿命的存在适度差异，如PCR 仪、离心机和语言实验室。通过深入研究分析，导致结果差异的主要影响因素有样本数据的准确性、方法的适用性、设备日常管理和报废周期、样本量大小等，样本量虽对最终预测结果有适度影响，但并不是其结果差异的主要原因。

应用该方法进行仪器设备使用寿命预测分析，要特别注意以下4 点事项：一是要确保样本基础数据的准确性，增加对样本数据的实地核实环节，数据越准确，其计算结果就越接近实际情况；二是注意该方法的适用性，若计算过程中发现样本拟合优度R2比较低，则说明该样本并不适用于该方法，建议改用其他方法重新计算对比；三是尽可能增加样本数量，数量越多，越容易对比出计算结果与实际情况的差异程度；四是设备实际寿命与各单位的设备管理水平密切相关，如日常使用规范程度、维护保养及时性、报废周期长短等。因此，做好大型仪器设备使用寿命预测分析，不但要考虑到数据的准确性和方法的适用性，而且要结合各单位的实际状况进行比对研究。