ترجمه تخصصی تحلیل هزینه چرخه عمر تجهیزات LCC

هزینه چرخه زندگی (LCC) به عنوان یک ابزار پشتیبانی تصمیم گیری مورد استفاده قرار می گیرد تا به تصمیم گیرندگان کمک کند تا جایگزین های مناسب را برای حفظ، بازسازی و سپرده سرمایه، پیشنهاد داده، آنها را با هم مقایسه نموده و از بین آنها انتخاب کنند [1]. LCC شامل هزینه دستیابی است که هنگامی تحمیل می شود که دارایی، خریداری می گردد و هزینه مالکیت در طول عمر دارایی تحمیل می گردد [2]. بررسی ها نشان می دهند که هزینه مالکیت سیستم مهندسی می تواند از 10 تا 100 برابر بالاتر از هزینه دستیابی اصلی باشد [3]. روش تخمین هزینه مورد استفاده برای تعیین LCC، اثر بالاتری روی ایجاد یک نتیجه دقیق و موثر دارد و باید توانایی کنترل عدم قطعیت های ایجادشده را داشته باشد. پیشبینی LCCهای آینده، مملو از خطاهای احتمالی به علت عدم قطعیت های موجود در رویدادهای آینده، نرخ شکست، طول عمر تجهیزات، هزینه های آینده، نرخ های مورد نظر و غیره است [1]. مدل هزینه یابی فعالیت محور (ABC) در ارتباط با همه فعالیت هایی است که هزینه تحمیل خواهند کرد و بهترین ظرفیت را برای کنترل عدم قطعیت ها داراست [4]. این مدل، ابتدا توسط کاپلان و کوپر در سال 1988 ارائه شد [5]. در تکنیک های تخمین هزینه ABC، لازم است هر فعالیت در همه مراحل چرخه زندگی شناسایی شوند که عبارتند از؛ دستیابی، نصب، عملکرد و مصرف.

سفارش ترجمه تخصصی رشته مدیریت

 

 

LCC چیست

 

LCC می تواند ازطریق رویکردهای تعیینی، احتمالی یا محاسبات نرم، تخمین زده شود. اریک و تیمو [6] دریافتند که 83% از صنایع ساخت از ماهیت تعیینی تجزیه و تحلیل LCC استفاده می کنند، در حالی که تنها 17% از آنها از مدل احتمالی استفاده می کنند. در رویکرد تعیینی، عدم قطعیت ها در داده های ورودی نادیده گرفته می شوند. رویکرد احتمالی از سوی دیگر، مرتبط با عدم قطعیت و واریانس مرتبط با ارزش های ورودی است [7]. روش احتمالی، نیازمند تعریف یک توزیع احتمال برای هر متغیر غیر قطعی است.

تعریف احتمال برای هر متغیر غیر قطعی، نیازمند داده های تاریخی کافی است. اگر داده های تاریخی در دسترس باشند، این روش می تواند نتایج واقعی ارائه دهد. با این حال اگر هیچ گونه داده تاریخی کافی وجود نداشته باشد که در واقعی ترین موارد رخ می دهند، محاسبه نرم، روش مناسب تری خواهد بود. حتی اگر داده های تاریخی کافی وجود داشته باشند، لازم است این داده های ورودی با قضاوت کارشناسان پردازش شوند. از آنجا که این تخمین ها اغلب بر اساس اطلاعات غیر قطعی، از نظر ذهنی مبهم و گهگاه ناقص اتفاق می افتند، تکنیک های محاسبه نرم به عنوان یک جایگزین بسیار جذاب برای توسعه ابزارهای LCC در نظر گرفته می شوند [8].

اخیراً کاربرد نظریه مجموعه فازی در مدلسازی عدم قطعیت ها به دلیل مناسب بودن موقعیت های دستکاری، شیب رو به بالایی دارد، جایی که استدلال انسان، ادراک انسان یا تصمیم گیری انسان به گونه ای حل نشدنی درگیر می شود [10]. نظریه فازی، بر اساس مجموعه های فازی است که بسط مجموعه های موجدار می باشد. نظریه فازی، دو ارزش (ارزش دوگانه) (بله یا خیر) را به هم می زند تا چندارزشی آن بتواند به واقعیت نزدیک شود. تعریف متغیر فازی، یک تعریف کم تر پیچیده است که اگر اطلاعات محدود باشد، عدد تصادفی را تعریف می کند.

هدف اصلی این پژوهش، ارائه LCC بر اساس فعالیت فازی است که توسط نظریه مجموعه فازی، ریاضی بازه ای و هزینه یابی فعالیت محور ارائه می شود. این مدل از کار محمد عمار و همکارانش، 2013 اقتباس شده است [11]. در این پژوهش، چهار نوع عدم قطعیت، تعریف شده اند؛ هزینه، نرخ مورد نظر، طول عمر تجهیزات و تعداد شکست. از آنجا که دسترسی به داده های تاریخی از کارخانه های موجود وجود دارد، تعداد شکست با استفاده از یک روش احتمالی تخمین زده می شود. مفهوم اقتصادی مهندسی هزینه معادل سالانه، برای تغییر شکل همه هزینه های حاضر و آینده به هزینه سالیانه مورد استفاده قرار می گیرد. بنابراین الگوریتم دی-استوت-وارن (DSW) و روش ورتکس، برای ارزیابی جایگزین های احتمالی مورد استفاده قرار می گیرد.

 

دوره های LCC

 

2 روش شناسی

در این بخش، توسعه مدل پشتیبانی تصمیم، با جزئیات مورد بحث قرار می گیرد. چارچوب کلی در زیر در شکل 1 نشان داده شده است.

 

 

2.1 ایجاد یک شبکه سلسله مراتبی فعالیت

این مدل، برای دو پمپ مختلف ساخته شده توسط کارخانه پمپ سازی مورد نظر (پمپ الف و پمپ ب) به کار می رود. عمر خدمت طرح برای پمپ الف، 45 سال و برای پمپ ب، 60 سال است. داده های مورد نیاز برای تجزیه و تحلیل، از کارهای 12 و 13 استخراج شده اند. اصل ABC عنوان می کند که محصولات یا خدمات، فعالیت ها را مصرف می کنند؛ فعالیت ها منابع را مصرف می کنند و منابع، هزینه ها را تولید می کنند. این اصل، فعالیت های مشخصی ایجاد می کند که دریافت کننده هزینه هستند. همه فعالیت هایی که محرک هزینه و رابطه آنها هستند در جدول 1 در زیر نشان داده شده اند.

جدول 1. فعالیت ها و محرک های چرخه زندگی پمپ

فعالیت ها	محرک هزینه
عملکرد	عملکرد
نظارت روز به روز	تعداد ساعات عملکرد پمپ، کارکنان و کار
عملکرد روز به روز	هزینه انرژی و تعداد ساعات عملکرد پمپ
نگهداری و ترمیم اصلاحی	نگهداری و ترمیم اصلاحی
دستیابی به جزء شکسته	زمان لازم برای رسیدن به جزء شکسته، کارکنان و ابزارهای مورد استفاده
تشخیص	زمان جداسازی شکست، کارکنان، راهنماها، داده های فنی، تجهیزات آزمون و ابزارهای مورد استفاده
ترمیم یا جایگزینی	دستیابی های واقعی به زمان برای ترمیم یا جایگزینی، کارکنان، تجهزیات و ابزارهای مورد استفاده
اعتبارسنجی و جهت دهی	زمان سپری شده، کارکنان و ابزار مورد استفاده

 

2.2. بیان متغیرهای عدم قطعیت به عنوان کمیت های فازی

انواع مختلفی از عدد فازی وجود دارند که توابع مثلثاتی، ذوزنقه ای، گائوسی، سیگموئیدی و عضویت زنگوله ای شکل برخی از آنها هستند. عدد فازی مثلثاتی به میزان زیادی در بسیاری از اپلیکیشن ها به کار می رود.

تابع عضویت ((x)_Aµ) یک عدد فازی مثلثاتی که در ارتباط با یک عدد حقیقی در بازه [0 ،1] است می تواند به صورت زیر تعریف شود:

هزینه دستیابی، عملکرد و هزینه نگهداری اصلاحی در عدد مثلثاتی فازی با مقدار پایین تر، مدی و بالاتر مانند آنچه در جدول 2 نشان داده شده است، مشخص می شود. همه هزینه های آورده شده بر حسب دلار ایالات متحده هستند.

سفارش ترجمه تخصصی رشته مدیریت

 

جدول 2. هزینه ها در عدد فازی مثلثاتی

	پمپ الف	پمپ الف	پمپ الف	پمپ ب	پمپ ب	پمپ ب
	L	M	U	L	M	U
هزینه دستیابی
هزینه پمپ	2080	2600	3120	4844	5190	5363
هزینه موتور	1375	1500	1688	21375	23750	28500
هزینه قالب پایه	167	200	233	482	550	619
هزینه اتصال	25	30	35	213	250	313
هزینه عملکرد
Cpw، هزینه به ازای توان ورودی ($/kw) است	08/0	1/0	12/0	08/0	1/0	12/0
Cl، هزینه کار به ازای یک ساعت است	8/0	1	2/1	8/0	1	2/1
هزینه نگهداری
Cs.p، هزینه بخش ذخیره است	160	200	240	160	200	240
Ct، هزینه ابزارهاست
√ برای دسترسی به جزء شکسته، تشخیص، اعتبارسنجی و جهت دهی	7/2	3	4/3	7/2	3	4/3
√ برای ترمیم یا جایگزینی فعالیت	4	6	5/7	4	6	5/7
l، هزینه به ازای کار است	5/7	8	5/9	5/7	8	5/9

 

2.2 محاسبه LCC فعالیت محور

در این بخش، LCC فعالیت محور ارائه می شود.

(2)

LCC = C_aq + C_op + M_c + D_c

که در آن، C_aq، هزینه دستیابی، C_op، هزینه عملکرد، M_c، هزینه نگهداری و D_c، هزینه مصرف است. به دلیل عدم دسترسی به داده ها هزینه مصرف، در نظر گرفته نشده است.

هزینه دستیابی شامل C₁، هزینه پمپ، C₂، هزینه موتور، C₃، هزینه قالب پایه و C₄، هزینه اتصال است. بیان کلی برای هزینه دستیابی عبارت است از؛

(3)
Caq=_j=1ⁱ⁼⁴Cj

محرکین پر اثر هزینه در عملکرد، عبارتند از ساعات عملکرد، کارکنان و هزینه انرژی. با تلفیق این عوامل، معادله زیر برای تخمین هزینه عملکرد بسط می یابد. از نظر ریاضی، این موضوع در معادله 4 نشان داده شده است:

(4)

C_op = t*(C_e(KW)+C_l)

که در آن، t، عمر طرح پمپ (h)، C_e، هزینه انرژی ($/KWH) و C_l، هزینه کار به ازای یک ساعت است. مصرف انرژی با گردآوری داده ها با الگوی خروجی سیستم محاسبه می شود. هزینه انرژی برای پمپ می تواند به صورت نشان داده شده در زیر تخمین زده شود [12] [13].

 

که در آن، C_pw، هزینه به ازای توان ورودی ($/kw)، Q، نرخ شارش پمپ (m³/h)، H، سر پمپ (m)، _pђ، بازدهی پمپ، _mђ، بازدهی موتور است. این پارامترها برای پمپ الف و ب در جدول 3 نشان داده شده اند.

 

جدول 3. پارامترهای پمپ الف و ب

پارامتر	پمپ الف	پمپ ب
نرخ شارش پمپ، Q (m3/h)	300	205
سر پمپ، H (m)	90	300
بازدهی پمپ، pђ	76	75
بازدهی موتور، mђ	92	90

 

یکی از عوامل اصلی که روی اعتبار تجهیزات یک سامانه اثر می گذارد، نگهداری دقیق است. عدم قطعیت ها از تعیین هزینه نگهداری به دست می آیند زیرا شکست سامانه می تواند به طور اتفاقی رخ دهد. معادله کلی هزینه نگهداری به صورت زیر است؛

(6)

M_C = C_cN

که در آن، M_C، هزینه نگهداری، N، تعداد شکست و C_c، هزینه تعمیر است. نگهداری اصلاحی، هنگامی انجام می شود که یک شکست وجود داشته باشد و هزینه تعمیر به وسیله فعالیت هایی که انجام می دهد تخمین زده می شود؛

(7)

C_c = C_s.p + C_t + MTTR(l*n)

که در آن، C_s.p، هزینه بخش ذخیره برای تعمیر یک شکست است، اگر پمپ، بدون جایگزینی هر بخش، تعمیر شود و C_s.p، صفر خواهد شد. C_t، هزینه ابزارهاست؛ MTTR، میانگین زمان تعمیر، l، هزینه به ازای کار و n، تعداد کار برای هر فعالیت است. بنابراین هزینه نگهداری عبارت است از،

سفارش ترجمه تخصصی رشته مدیریت

 

تعداد شکست ها می تواند از احتمال شکست تعیین گردد. احتمال شکست در این مقاله، با استفاده از تجزیه و تحلیل داده های برگردنده پارامتری تعیین می گردد. تعداد شکست برای سیستم قابل تعمیر، وابسته به فرض تعمیر ارائه شده است. برای سامانه های قابل تعمیر، اساساً دو فرض تعمیر اصلی وجود دارد که عبارتند از "به خوبی جدید" یا "به بدی قدیمی"، ولی در عمل واقعی، تجهیزات در جایی در بین این دو شرایط قرار دارند که عبارت است از "بهتر از قدیمی ولی بدتر از جدید" [14]. کیجیما و سومیتا یک رویکرد جدید نشان دادند که فرآیند بازسازی عمومی (GRP) نام داشته که این ظرفیت را دارد که هر سه فرض تعمیر احتمالی سامانه قابل تعمیر را پوشش دهد [15]. رویکرد RDA پارامتریک بر اساس مدل GRP است که راهی برای تعریف نرخ بازگشت شکست سامانه قابل تعمیر در زمان با توجه به اثر تعمیر بر روی فائق آمدن بر شکست فراهم می نماید.

دو نوع مدل GRP وجود دارد، نوع 1 و نوع 2. در GRP مدل نوع 1، سن سامانه تنها، مبدا شکست قبلی به عنوان مثال، زمان بین دو شکست قبلی افزایش می یابد. V_i مشخص کننده سن واقعی سامانه قابل تعمیر پس از عمل نگهداری اصلاحی i^th است و 0 = V₀. مدل سن واقعی GRP نوع 1 نشان می دهد که

(9)

 V_i = V_t-1 + qT_i

که در آن، q، تاثیر نگهداری است (1 > q > 0). در این مدل، هر عمل نگهداری اصلاحی، یک بخش (q - 1) را از سن جمع شده در طول جدیدترین مدت زمانی عملکرد سامانه قابل تعمیر حذف می کند. مدل نوع 2 GRP، بسط مدل نوع 1 GRP است. تفاوت بین آنها در فرض بر اثر تعمیر در آسیب بازگشت خورده است [16]. GRP نوع 2 نشان دهنده این واقعیت است که عمل نگهداری، آسیب جمع شده همه شکست های قبلی را کاهش می دهد. این به وسیله معادله زیر به دست می آید:

(10)

V_i = q(V_i-1 + T_i)

دقت کنید که اگر 0 = q، بنابراین نگهداری اصلاحی، کامل است، اگر 1 = q، نگهداری اصلاحی، کمینه است و اگر 1 > q > 0، فرض تعمیر در جایی بین کامل و کمینه قرار دارد [17]. در این مدل، زمان لازم برای شکست سامانه قابل تعمیر، یک متغیر تصادفی ویبول است که دارای پارامترهای مقیاسی بتای بالاتر از 1 و پارامترهای شکلی لاندا است.

همان طور که واهیو می گوید، بیشتر این گونه فرض می شود که تخمین احتمال بیشینه (MLE)، پارامتر مدل GRP (q، بتا و لاندا) را تخمین می زند. علاوه بر مقدار MLE مدل، بهترین حالت، تناسب آماری برای داده های ارائه شده است.

 

2.3 محاسبه بازه های مورد نظر

در برخی سامانه های پیچیده، معتبرتر خواهد بود که یک تخمین بازه ای ارائه شود تا اینکه یک تخمین نقطه ای برای کمیت های زیادی ارائه گردد. عدد فاصله I، به عنوان یک زوج مرتب از اعداد حقیقی [a, b] تعریف می شود به طوری که پایین ترین عدد، a و بالاترین عدد، b است. هنگامی که b = a، عدد بازه [a, a] به یک عدد حقیقی (a) تبدیل می شود [18]. برش آلفای مجموعه فازی ممکن است همچنین به عنوان یک بازه نشان داده شود، چنان که [a, b] =A_α ، در تصویر 2 نشان داده شده است.

هدف فرض بازه، پیدا کردن کمینه و بیشینه تابع است هنگامی که مقادیر احتمالی مختلف متغیرها در محدوده ای در بازه های خود قرار دارند. عملکردهای حسابی در هر دو بازه [a, b] و [c, d] به صورت بیان شده در رابطه 19 هستند.

(11)

 

دونگ و همکارانش 1985 [11] الگوریتم دی-استوت-وارن (DSW) را پیشنهاد کردند که بر اساس بیان برش آلفای عدد فازی است. ایده در پس الگوریتم DSW، انتخاب مقادیری برای (x)µ است و بازه های مرتبط در X₁، X₂، ...، X_n را محاسبه می کند. برای جزئیات بیشتر در الگوریتم DSW و روش ورتکس به رابطه های 12 و 13 رجوع کنید.

 

2.4 هزینه سالیانه فازی معادل

بنابراین روش قیمت کنونی، مقادیر آینده را با استفاده از نرخ مورد نظر در مدت مطالعه مناسب تا زمان حال پیش از انجام یک AB-LCC تنزیل می دهد، لذا تحلیلگر باید پارامترهای عمومی، مانند مدت تجزیه و تحلیل و نرخ تنزیل را تعریف کند.

 

که در آن، NPW، قیمت کنونی خالص، IC، هزینه اولیه، FC، هزینه آینده، i، نرخ مورد نظر و t_ij، زمان است. هزینه سالانه معادل (EAC) با تبدیل مقدار معادل (در یک زمان اختصاصی، معمولاً زمان حاضر) یک مجموعه مشخص از جریان های نقدی به مجموعه ای از پرداخت های سالانه متحد به دست می آید. هزینه سالیانه معادل (EAC) عبارت است از،

 

که در آن، AC_i، هزینه سالانه و T، زمان است.

مفهوم سالانه فازی معادل از کار محمد عمار و همکارانش (2013) گرفته شده است [11]. در این مقاله، هزینه اولیه، هزینه مفعولی (C_aq) است؛ هزینه آینده، هزینه نگهداری (M_c) است و هزینه عملکرد (C_op) به عنوان هزینه سالانه در نظر گرفته می شود و بنابراین هزینه سالانه معادل، عبارت است از

 

الگوریتم DSW، برای تعیین بازه مقادیر فازی مورد استفاده قرار می گیرد. نشان دادن مقادیر فازی توسط بازه، از نظر محاسباتی، موثرتر از سایر روش هاست [9]. با استفاده از یک مجموعه از برش های آلفا، بازه های مرتبط پارامتر فازی مسئله (r, C_op, M_c, C_aq, t, D_c, T) می توانند به سادگی تعیین شوند. بنابراین روش ورتکس، برای تعیین هزینه سالانه معادل مورد استفاده قرار می گیرد.

سفارش ترجمه تخصصی رشته مدیریت

3. نتایج و بحث

3.1 عملکرد دستیابی و هزینه نگهداری

با استفاده از معادله 3؛ هزینه دستیابی برای پمپ الف، 3647، 4330 و 5076 و برای پمپ ب، 26914، 29740 و 34795 به دست آمد.

هزینه انرژی بر حسب KWh و هزینه کار عملکرد به عنوان یک مقدار فازی در جدول 2 نشان داده شده است. بنابراین هزینه کل عملکرد برای چرخه زندگی، 4/831650، 1039563 و 1247476 برای پمپ الف و 1864350، 2330437 و 2796525 برای پمپ ب است.

از آنجا که هیچ گونه داده تاریخی وجود ندارد، داده های شکست، از کارخانه دیگری استخراج شدند که از یک نوع پمپ استفاده می کرد. داده های شکست به مدت چهار سال گردآوری شدند و هشت شکست در این زمان برای پمپ الف ثبت شدند که بر حسب ساعت بدین صورت ارائه شده اند؛ 545، 1945، 3119، 3799، 4631، 5081، 6024 و 6900. چهار شکست (بر حسب ساعت)، برای پمپ ب ثبت شدند؛ 3026، 4759، 5874 و 7015. پارامترهای مقیاسی و شکلی ویبول و میانگین زمان بین شکست و تعداد شکست پمپ، محاسبه شدند. از آنجا که حل مسئله نمی تواند به صورت تحلیلی به دست آید، روش های عددی توسط نرم افزار ویبول 8++ به کار برده شدند. با فرض 8 ساعت کاری در روز و 243 روز کاری در سال، مشخص شد که زمان کل استفاده شده برای پمپ الف، 87480 ساعت و برای پمپ ب، 116640 ساعت می باشد. مشخص شد که تعداد شکست برای پمپ الف، 112 و برای پمپ ب، 57 است.

با توجه به میانگین زمان تعمیر برای فعالیت ها؛ دسترسی به جزء شکسته، تشخیص و اعتبارسنجی و جهت دهی، 3 ساعت و برای تعمیر یا جایگزینی فعالیت، به ترتیب 6 ساعت است، تعداد کارکنان برای همه فعالیت ها برابر 4 است. هزینه بخش مصرف، هزینه ابزار و هزینه کار، در یک عدد فازی مثلثاتی در جدول 2 نشان داده شده است.

در عمل، غیر محتمل است که همه اجزای یک پمپ برای یک شکست که فرض هایی برای تعمیر کامل هستند و منجر به یک هزینه مورد انتظار بالاتر می شوند، تغییر کنند. مشابهاً تعمیر ناکامل یا کمینه، عامل یک هزینه غیر منتظره کمینه است ولی منجر به یک تعداد جالب از شکست خواهد شد. با این حال، در راهبرد ترکیب، بخش هایی که با شکست عمده مواجه می شوند، تعمیر کامل دریافت خواهند کرد در حالی که سایر بخش ها مانند پوشش پمپ، میله، جاگذاری، موتور و اتصال که با شکست خفیفی مواجه می شوند، با یک تعمیر ناکامل رو به رو خواهند شد. به نظر می رسد این راهبرد، یک گزینه عملی تر و از نظر مالی، جذاب باشد، بنابراین هزینه نگهداری برای این فرض با استفاده از معادله 8 برای پمپ الف، 4/66830، 78064 و 8/93284 و برای پمپ ب، 34012، 39729 و 3/47475 تخمین زده می شود. با استفاده از داده ها و معادلات ارائه شده در بالا، همه هزینه ها در جدول 4 خلاصه شده اند.

 

3.2 تجزیه و تحلیل بازه ای و هزینه سالیانه معادل

در این مقاله، برش های آلفای مورد استفاده عبارتند از 0، 2/0، 4/0، 6/0، 8/0 و 1. تعداد برش های آلفا بستگی به تابع محاسبه شده و درجه دقت مورد نیاز دارد. بازه برای 6 مقدار برش آلفا با استفاده از الگوریتم DSW محاسبه می شود که در جدول 5 نشان داده شده است.

برای توضیح مدل برش آلفا، مقدار 6/0 برای پمپ الف به دست آمد و EAC برای این مقدار به صورت زیر محاسبه می شود. عامل قیمت کنونی، با استفاده از روش ورتکس برای نرخ مورد نظر [8/6 ،2/5] و عمر خدمت [52 ،48] محاسبه شد. PFW برای چهار ترکیب نرخ مورد نظر و عمر خدمت [48 ،2/5]، [52 ،2/5]، [48 ،8/6] و [52 ،8/6] با استفاده از معادله 17 به دست می آید. PWF، 08775/0، 07164/0، 04252/0 و 03268/0 به دست آمدند.

کمینه و بیشینه مقدار، [08775/0 ،03268/0] است. هزینه سالیانه معادل فازی پمپ الف و ب برای کل برش آلفا در جدول 6 در زیر نشان داده شده است.