装卸桥是森工作业机械化的主要设备之一, 它具有生产效率高、适应性强等特点, 在南方集体林区的木材装卸和归楞作业中得到了广泛的应用, 而且许多装卸桥已“服役”20 a以上。由于林用装卸桥制造时需使用大量钢材, 一次性投资大, 使多数装卸桥使用部门因受财力等因素的制约, 只对其强行修理, 盲目延长其使用年限, 忽视了该设备使用的合理、经济使用年限。如何确定林用装卸桥的经济使用年限和合理更新期, 对于确保装卸桥作业安全, 提高经济效益, 避免盲目报废或“超龄服役”, 都具有十分重要的现实意义。

1 林用装卸桥使用年限的分析

经分析研究, 装卸桥的使用寿命有:设计寿命、技术寿命、自然寿命和经济寿命。设计寿命是指林用装卸桥设计时确定的寿命; 技术寿命是指林用装卸桥在使用中因无形损耗而被淘汰的使用期间; 自然寿命是指林用装卸桥因有形损耗使其无法修复而报废的时间。以上3种寿命均不适合作为林用装卸桥合理更新期的依据。经济寿命是指按设备运行时的经济效益确定的使用年限, 当林用装卸桥的维护费用等于或大于与其同型号新设备的购置费时, 认为其经济寿命已达到。

图 1说明大型设备经济寿命的准确含义(王永凯, 1998)。图 1(a)中设备价值变化曲线(虚线)与各年度修理费占设备价值百分比线(实线)的第1个交点E表明设备更新期, 它的原理是用经济尺度衡量设备的有形损耗。图中2条线相交的必要条件是劳动生产率提高和技术进步使新设备造价不断降低, 而修理费随使用期的延长而上升。但林用装卸桥大多是单台设计、现场施工和安装, 因而同型号林用装卸桥造价逐步上升, 即由图 1(a)变为图 1(b)的形式。由于新设备造价上升, 尽管修理费用因人工、材料价格和检修次数的增多而不断上升, 但年度修理费占整机价值的百分比增长缓慢, 即图中两条曲线不易相交。这就意味着在现阶段, 对使用年限已久的装卸桥进行恢复性大修还是合算的。

综上所述, 林用装卸桥因使用年限较长, 影响因素多, 采用经济寿命来研究确定其合理更新年限是合理的(罗生福, 1991; 陈玉润, 1988), 尽管设备价值变化曲线与各年度修理费占设备价值百分比曲线的交点目前不易找到, 但可采用建立生产成本数学模型的方法来确定其经济使用年限。

2 林用装卸桥合理更新期数学模型的建立

建模所用原始资料来源于福建省南平、永安、漳平3市所属贮木场、林场和采育场使用的装卸桥统计数据。根据现有32台林用装卸桥连续20 a的统计资料中, 整理出10台数据较完整、结构参数相近、未发生过重大事故、有代表性的装卸桥统计资料作为分析和建立“装卸桥合理更新期”数学模型的基础数据。考虑到装卸桥作业有季节性波动的特点, 数据按年度合计, 采用等间距时间序列, 间隔1a。此处列出永安林业集团货场使用的1台结构为三角断面主桁架、起重量5 t、起升高度11 m、跨度32 m、伸臂长7 m装卸桥的综合数据, 见表 1。其余装卸桥的数据因篇幅关系未被列出。

为了建立林用装卸桥合理更新期的数学模型, 首先应用相关分析方法, 分析林用装卸桥使用年限与累计作业量、平均直接生产成本的相关关系; 然后综合考虑上述2种关系, 可得到单位生产成本与使用年限的关系。

2.1 装卸桥累计作业量与使用年限的关系

将筛选出的10台装卸桥的各年作业量累加, 得到装卸桥不同使用年限的累计作业量, 然后用L =a +bx; L =ae^(bx); L =ax^b; L =a +blog x等4个方程拟合累计作业量L与使用年限x的关系(盛骤, 1999; 郎奎健等, 1987)。拟合结果表明:几何方程的相关系数和拟合精度最高。用F检验(F =131.36, Fa(1, N -2)=F_0.01(1, 18)=99.5)可得, 装卸桥累计作业量L与使用年限x之间呈极显著相关关系。其回归方程为:

由此可得, 1台装卸桥累计作业量L与使用年限x的关系为:

(1)

2.2 装卸桥平均直接生产成本与使用年限的关系

林用装卸桥生产成本可分为间接生产成本和直接生产成本。间接生产成本包括设备折旧费和资金占用利息费2项, 其余为直接生产成本。将使用期内累计直接生产成本与累计作业量的比值定义为单位平均直接生产成本H, 则H是关于使用年限x的一元函数(陈玉润, 1988)。根据10台林用装卸桥的原始资料, 可整理出单位平均直接生产成本H和使用年限x关系的20组观测值, 同理, 采用上述4种方程拟合, 结果表明:直线方程的相关系数和拟合优度最高。其回归方程为:

(2)

2.3 平均单位生产成本与使用年限关系的数学模型

林用装卸桥的年平均单位生产成本由年平均单位间接生产成本和年平均单位直接生产成本组成。在使用期内, 设装卸桥的年平均单位生产成本为Y, 累计作业量为L, 平均直接生产成本为H, 则有:

(3)

式中:co为林用装卸桥原值; s为装卸桥报废残值; i为装卸桥制造时的银行利率; x为使用年限。

把式(1)和(2)代入式(3), 得到装卸桥年平均单位生产成本Y随使用年限x而变化的表达式。

(4)

3 结果与分析

根据福建林区所用的常见林用装卸桥的实际情况, 取co =30 ×10⁴ yuan、s =3 ×10⁴ yuan、x =1, 2, …24, 25, i =0.08代入式(4), 可计算出林用装卸桥不同使用时间的年平均单位生产成本, 见表 2; 并根据此表, 可得出林用装卸桥年平均单位生产成本随使用时间的变化关系, 见图 2。

由图 2可得, 在林用装卸桥投入使用初期, 虽然其技术状况良好, 年平均直接生产成本较低, 但由于使用期限尚短, 单位作业量分摊的折旧费, 即年平均间接生产成本比较高, 因此年平均单位生产成本较高。随着使用年限的延长, 累计作业量增加, 年平均单位生产成本逐渐下降, 到第10 a左右, 年平均单位生产成本降到最低值。在10 ~ 15 a之间, 年平均单位生产成本最低且相对稳定, 故可以认为第10~ 15 a是林用装卸桥的经济使用年限区间。随着使用年限的进一步延长(使用年限超过15 a后), 装卸桥的有形损耗日趋严重, 各机构运行状况不断恶化, 装卸桥的年平均单位直接成本又呈现上升趋势, 抵消了累计作业量增加而使单位作业量折旧费分摊的下降幅度, 使总年平均单位生产成本呈上升趋势。

4 结论

本文所述的林用装卸桥为三角断面主桁架, 当其原值为30 ×10⁴ yuan, 残值为3 ×10⁴ yuan, 年平均利息率为8%, 完成作业量为40 ×10⁴ ~ 55 ×10⁴ m³左右, 使用年限为10 ~ 15 a期间, 年平均单位生产成本较低且相对稳定, 可以认为此10 ~ 15 a为经济使用寿命。当考虑银行利率可变的情况下, 经计算, 可得到同样的结论。

从图 2还可以看出, 尽管使用15 a后, 装卸桥的年平均单位生产成本呈上升趋势, 但由于在20 a内上升的幅度并不大。因此, 在企业效益不太理想, 设备更新资金比较紧张的情况下, 如果装卸桥钢结构部分没有严重损坏, 能保证装卸作业的安全性, 通过加强维修, 适当延长其使用年限也是一种相对可取的选择, 但最长不宜超过25 a。

加强检查、及时保养和维修对林用装卸桥的经济运行有着重要意义。据调查, 在南方林区林用装卸桥超载和发生风灾事故对其使用寿命均有严重影响。经常超载, 将大大缩短装卸桥寿命; 而发生风灾事故对钢结构部分将造成严重破坏。一般来说, 在正常情况下, 装卸桥钢结构部分不易损坏, 通常只需每年对它进行例行检查、保养及油漆, 以防止锈蚀和磨损; 而装卸桥其它部分如传动系统通常在修理后, 其使用性能一般也可达到投产时的技术标准。