基于状态空间划分的可修系统视情维修决策

本文在构建考虑非完美维修的多部件系统联合劣化状态空间划分模型的基础上,研究了可修多部件系统视情机会维修决策问题.首先,综合考虑非完美维修效果和经济依赖,制定了基于周期检测的可修多部件系统视情机会维修策略,其次,构建了相应的联合劣化状态空间划分模型,并通过分析系统的维修需求组合及系统的状态转移,推导了维修需求的概率计算通式和联合稳态概率密度函数.然后,通过数值实验,以系统长期平均费用率最小为目标,以系统检测周期、机会及预防维修预测阈值为决策变量,建立了解析优化模型.最后,以风电机组主轴承为应用案例验证了模型的正确性和有效性,并分析了参数的灵敏度.     

基于延迟几何过程的可修劣化系统最优更换策略

研究了可修劣化系统的更换策略,对劣化系统建模常用的几何过程加以改进,提出了延迟几何过程的概念,认为系统维修后以概率p恢复至前一修复状态,而以概率q发生劣化。选择系统的故障次数N为更换策略,利用延迟几何过程建立了系统长期运行的平均费用率模型,并给出了系统最优更换策略的解析表达。最后给出了数值算例并将结果和基于传统几何过程的更换策略进行了比较,验证了该方法的合理性。     

基于PH分布近似的系统维修优化模型研究

针对故障信息监测下的多状态劣化系统,建立了一类基于PH分布近似的视情维修优化模型,解决了同一模型中检测与预防性维修策略综合优化的问题.考虑到一般分布假设带来的建模与计算困难,提出了一类位相型(PH)分布近似方法,借助于PH分布良好的计算特性简化求解过程.由于该方法扩展了原有决策模型的状态空间,为了获得适用于原有模型假设条件的检测与维修优化策略,提出了一种改进的值迭代算法.运用该算法,可以确定系统最佳的预防性维修控制限和检测策略,保证其长期运行条件下的平均费用率最低.最后,通过具体算例验证了模型与迭代算法的可行性.     

多部件系统的预防性维修优化模型研究

针对多部件系统固定维修费用高的特点,提出采用机会维修策略,将预防性维修和故障维修有机结合起来,从而分摊系统的固定维修费用,实现节约维修费用的目的.分析了系统的故障率特性,确定了系统中各部件最小维修、故障更换、机会更换、预防性更换的概率.在此基础上,以最小化维修成本为目标建立了优化模型.最后通过算例,将优化结果与原有的维修策略的结果进行了比较,说明了模型的合理性.     

劣化系统周期预防性维修策略的优化

以长期运行费用率为评估指标,研究了劣化系统的周期预防性维修策略。假定开展的周期预防性维修介于最小维修和完全维修之间,维修间隔期间的故障过程用非齐次泊松过程进行描述,在此基础上采用比例寿命回退模型对预防性维修效果进行建模,给出了最佳预防性维修周期T和预防性维修次数N的计算方法以及参数应当满足的条件,同时结合实际情况给出了(N,T)策略的优化求解算法,最后通过数值算例,验证了所提方法的可行性。     

劣化系统最优维修策略：基于推广累积冲击模型

研究一个遭受累积冲击的劣化系统的最优维修策略. 在系统的工作时间内，任一冲击都将对系统造成损害，其损害效应具有累加性. 当累积冲击损害超过某给定水平时，系统失效. 在每个失效时刻，系统可以维修或者更换. 对一个劣化系统来说，假设引起系统失效的冲击量关于维修次数是几何递减的，并且连续的维修时间构成了一个几何递增过程. 这是一个推广的累积冲击模型，更符合可靠性的客观实际. 采用系统在前N-1次失效后维修，而在第N次失效后被替换的更换策略N，推导了长时间运行后平均费用率的精确表达，并精确地确定了最优维修策略N^*. 最后给出一个数值例子.     

多态退化串联可修系统的最优维修更换策略

针对工程技术领域中的多失效状态的串联退化可修系统, 提出了一种维修更换模型. 假设系统中的部件有多个失效状态, 故障时以一定的概率进入其中某个状态, 部件不能修复如新. 以系统中部件的故障次数为更换策略, 系统的平均费用率为目标函数, 利用推广的几何过程理论建立数学模型, 证明了最优维修更换策略的存在性. 最后, 通过一个数值例子验证了本方法的有效性.     

不完全维修下的单部件系统视情维修及更换策略

实际装备维修工程中,系统并不总能够通过维修恢复如新,并且修后工作时间和维修时间会随着系统年龄增加而分别呈现缩短和延长趋势。针对这个问题,利用连续时间马尔科夫链理论建立单部件系统在不完全维修条件下的视情维修及更换策略模型。根据马氏过程平稳状态下统计平衡原理得到状态概率方程组,并给出相应的递归求解算法。分别以系统稳态可用度最大、长期运行费用率最低以及规定可用度约束下平均故障前时间最长为目标,确定系统最优检测频率、视情维修阈值和更换策略。最后通过算例说明系统在最优维修及更换策略下达到的性能指标与系统劣化属性和维修能力水平的关系,验证了该模型的可行性。     

单部件加速退化系统的视情维修策略优化

针对单部件加速退化系统,研究了基于灰色模型、偏最小二乘回归和改进灰狼算法的最优视情维修策略,通过优化检测间隔和临近失效阈值最小化系统的平均维修费用率。维修策略优化中,考虑到维修数据的稀疏特性,利用适合小样本建模的灰色模型理论建立系统的加速退化模型;考虑了维修次数、系统退化状态与系统维修用时之间的多重相关性,利用偏最小二乘法建立了维修用时的多变量回归模型。在此基础上,给出基于系统平均维修费用率的目标函数,利用改进灰狼算法求解最优决策变量。通过算例说明了该最优视情维修策略的可行性。     

租赁设备的状态维修决策建模与优化

随着物联网技术飞速发展,租赁设备大多安装有传感系统,可以及时地对设备关键部件和整体运行状态进行检测,进而可基于设备的健康状态为其安排更为合理的维修方案,在降低租赁商维修费用的同时,尽量少地干预客户的正常施工,并且保证租赁设备在客户施工场所的可靠运行.本文研究了基于状态检测的租赁设备的最优维修问题,研究中引入了顺序状态检测,定义了基于状态的控制限维修策略,并建立了以维修开销最小为目标的解析模型,以决策系统最优的检测间隔和预防维修阈值.除检测、维修等基本费用外,模型中还进一步考虑了租赁系统的故障罚金和故障后维修超时罚金.在模型的求解中,推导了维修干预下设备任意时刻的检测概率和状态概率分布,作为模型构建和求解的依据.数值实验结果验证并表明了面向租赁设备的基于状态的维修策略的有效性.     

战时基于竞争失效的装备系统可靠性建模与预防性维修策略

针对战时装备受到使用退化与随机冲击的共同作用发生竞争失效的问题,提出了基于状态的预防性维修策略。首先建立了单系统的可靠性评估模型,该模型考虑了装备系统冲击阈值随总退化量的累计而减少的实际,并提出了阈值连续变化条件下的装备系统可靠性建模方法;其次针对装备的隐蔽功能故障,提出了定期检测下基于状态的预防性维修策略,构建了装备系统的成本率函数;最后结合实例分析,确定了装备系统的可靠度函数和最优预防性更换阈值,并对比分析了不同冲击阈值参数对可靠度的影响。研究结果表明:该模型可以有效解决竞争失效条件下装备系统的可靠性评估问题,同时也可为装备系统预防性维修策略提供模型参考。     

威布尔分布下系统全寿命周期成本建模与决策

系统可靠性设计优化与经济性密切相连.针对部件寿命服从威布尔分布的同质部件组成的系统,引入经济的预防性成组维修策略,构建设计费用、制造费用和维修费用函数,从而建立可靠性约束下的系统全寿命周期成本的优化模型.通过与无预防性维修下系统全寿命周期成本模型的比较分析,效用曲线充分验证所建优化模型的经济性和有效性.接着,给出包括系统全寿命周期成本、部件可靠性设计水平和预防性成组维修频率在内的系统设计均衡区间的决策方法.最后,以某大型科学装置的开关系统为例,说明该方法在工程应用上的实效性,为系统工程师开展可靠性设计优化提供系统的思路和方法.     

考虑竞争失效的视情维修和备件订购联合策略优化

针对单部件系统提出考虑竞争失效的视情维修和备件订购联合策略, 采用控制限维修策略和动态随机冲击阈值机制判别是否需要进行预防性维修(preventive maintenance, PM)或故障更换(corrective replacement, CR), 当退化达到PM阈值时执行不完美维修(imperfect maintenance, IPM), 且经有限次IPM后对系统进行预防性更换(preventive replacement, PR)。同时, 考虑IPM和随机冲击对退化量和退化率的影响, 进而构建基于维纳过程的多阶段退化模型; 引入备件订购阈值, 根据冲击幅值与冲击阈值的关系决定是否正常订购备件。分析更新事件并利用更新报酬理论建立最小化平均费用的联合策略优化模型, 设计离散事件仿真算法求解, 最后通过实例验证了所提模型和算法的有效性。     

定期检修多态退化可修系统的维修更换策略

针对带定期检修的多状态退化可修系统提出了一种最优维修更换策略。假定系统部件有多个失效状态,并在故障时依概率进入其中某个状态,假定系统检修“修复如旧”和故障维修“修复非新”,系统在检修期间停止工作,检修不影响系统寿命,系统依概率在工作状态、定期检修状态和故障维修状态时达到系统的有效年龄T,在系统更换策略为其有效年龄T的条件下,取系统经长期运行单位时间内期望效益为目标函数,利用推广的几何过程和更新过程理论建立了系统数学模型,并求出了系统期望效益的解析表达式,进一步利用数值法或分析法可以求出最优维修更换策略T*。该维修更换策略及其模型对于工程实践具有一定的指导意义和参考价值。     

多设备系统的生产批量、质量控制与预知维护联合优化

针对由多台设备通过串、并混联构成的多阶段生产系统,对其生产批量、质量控制以及预知维护进行了联合建模与优化.系统中的各台设备随时间逐渐发生劣化,可靠性及产品加工质量随之降低.在每个生产批量结束时,对各设备进行状态检测并评估其在下个生产期内的可靠性.预知维护同时以设备的可靠性、结构重要度以及产能比为决策依据,以合理分配维护资源.在每个阶段设置质检台以实时检测各设备加工产品的质量,并根据质量反馈信息,对次品率超过控制阈值的设备进行预防性更换以改善性能提高产品质量.以批量生产周期、质量控制阈值以及预知维护参数为三维联合决策变量,建立了有限时域内的平均费用率模型.基于蒙特卡罗仿真和响应曲面法设计了优化算法,实现了对模型的快速近似求解.最后通过一个实例演示了本模型,并对结果作了相关统计学分析.     

退化相关多部件系统预防性维修决策模型

在复杂多部件系统维修决策过程中通常需要考虑部件间故障相关关系,基于部件退化速率受其自身和相关部件累积退化量影响的思想,建立退化相关多部件系统退化过程解析模型,之后在非减退化过程假设下得到系统和部件可靠度函数。在此基础上,提出针对不同部件的预防性维修策略,并以单位时间维修费用最小为目标构建维修决策优化模型。最后,通过两部件系统算例分析,对所提可靠度模型精确度进行检验,并得到系统最优预防性维修策略,验证维修决策模型的合理性和有效性。     

考虑经济相关性的复杂二维保修装备组合维修策略

针对保修期内孤立地对各单部件进行维修增加装备保修费用的问题, 结合复杂装备的二维保修现状, 以保修期内的保修费用为主要定量化分析指标, 以单部件二维预防性维修费用模型为基础, 将研究对象由单部件系统拓展到包含串联多部件系统的复杂装备。引入预防性维修基准间隔期, 采用组合维修的方法, 将各单部件预防性维修工作组合优化, 建立了多部件系统二维预防性组合维修费用模型。最后, 实例分析验证了该方法的可行性,可为二维预防性维修服务下多部件系统组合维修策略的制订提供科学依据与定量化分析方法。     

部分可观测信息条件下系统最佳检修策略分析

针对部分可观测信息条件下的退化系统,提出利用部分可观测马尔可夫决策过程模型解决系统视情维修问题。采用隐马尔可夫模型对系统进行状态评估,得到系统的转移概率和观测概率矩阵;利用比例故障率模型对系统进行可靠性分析,得到系统的故障率和可靠度函数,不仅考虑系统的工作时间,也考虑系统的退化状态。最后,以系统长期运行的最小平均费用率为目标,得到最佳的检测周期和最优的更换策略。实例研究表明,该方法可为保障人员提供科学的维修决策依据。