基于维纳过程的维修决策和备件库存联合优化

为了降低设备运营总成本,充分发挥视情维修的优势,开展了设备的视情维修决策与备件库存量的联合优化研究。首先,采用Wiener过程建立了退化模型,估计了设备退化参数和剩余寿命;以此为基础,为充分利用剩余寿命的信息价值,引入预约备件的概念,选用遗传算法和蒙特卡罗相结合的方法,建立了以库存参数、预防性检测阈值和预约备件剩余寿命阈值为变量,以部件平均费用率最小为目标的维修与备件的联合优化仿真模型;最后,通过实例比较分析,表明联合优化方法大大地降低了维修和备件总成本,验证了方法的可行性和有效性。     

考虑随机冲击影响的多部件系统视情维修与备件库存联合优化

视情维修与备件库存联合优化是确保装备内关键部件安全运行, 降低维修保障成本的有效方法。针对现有模型忽略复杂环境中随机冲击影响的问题, 提出一种考虑随机冲击影响的多部件系统视情维修与备件库存联合优化模型。首先, 建立随机冲击影响下的退化模型及可靠度函数模型, 在首达时间的意义下利用阈值转换思想推导出剩余寿命概率分布, 采用极大似然法估计退化模型参数; 然后, 制定视情维修与备件库存联合策略, 以平均费用率最低为目标建立联合优化模型, 利用粒子群优化算法和蒙特卡罗仿真进行求解; 最后, 通过实例分析和敏感性分析验证了所提模型的有效性和应用价值。     

考虑退化相关的装备多部件系统维修决策优化模型

针对装备多部件系统维修决策优化问题,考虑分析系统中多部件之间的退化相关性,将系统连续退化过程离散化为有限个状态空间,计算给出系统稳态概率分布。在此基础上,建立长期运行下系统可用度最大为目标的维修决策优化模型,采用改进人工蜂群算法进行求解,以获得各部件最优机会维修阈值、预防性维修阈值和系统最优检测间隔期。最后,通过算例验证了所提模型的可行性和有效性。     

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.     

考虑不完美维修的定期检测与备件策略联合优化

针对退化过程服从三阶段故障过程的单部件系统提出了定期检测与备件订购策略联合优化.该策略下,根据检测时系统的状态执行不同的维修活动:当系统处于正常状态,不执行任何维修活动;若识别轻缺陷进行不完美维修并采用比例役龄回退模型描述不完美维修效果;若识别严重缺陷则更换系统.当更换系统时需考虑备件状态:若处于存货状态则立即更换,若正处于途中则到货时更换,若未订货需立即订货并在到货时刻更换.考虑所有更新事件采用更新报酬理论建立以最小化单位时间内期望成本为目标的模型,同时优化检测周期和订货点.最后,设计枚举优化算法和离散仿真算法求解模型,并在算例分析中验证模型的有效性和适用性.     

基于Markov过程的冗余系统备件与冗余度联合优化

为了合理有效地降低冗余系统全寿命周期费用,同时考虑部件的故障过程、维修周转以及备件的订购补给过程,结合混合准则提出了基于Markov过程的k/n冗余系统可用度模型,实现备件库存配置与冗余度联合优化。首先,通过热备份和冷备份模式下的系统故障率和修复率计算公式,建立了使用可用度模型。然后,基于稳态概率计算全寿命周期费用,并运用备件库存配置与冗余度联合优化算法实现模型的求解。最后,通过数值计算验证可用度模型的正确性以及联合优化的有效性。通过数值计算结果表明,所提出的可用度模型是传统模型的有益改进并且具有普适性。联合优化算例结果显示,冗余系统可用度随冗余度或备件库存的增加而得到提升,而当可用度接近1时若要进一步提高可用度将导致费用急剧增长;全寿命周期费用中备件存储费用的所占比例最高,而备件订购费用最低;算例表明,与仅考虑备件库存优化的方法相比,联合优化使全寿命周期费用降低了8.01%。     

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。     

K:N系统可修复备件两级供应保障优化研究

备件供应保障优化是提高武器装备的战备完好性和降低寿命周期费用的重要途径。通过分析复杂装备可修复备件两级供应保障系统,研究了备件保障与装备战备完好性的关系,建立了以备件购置费用为约束、系统供应可用度最大为目标的冗余度系统可修复备件供应保障优化模型,并运用边际效能法进行求解。实例应用证明,模型可以优化备件库存以及评估备件库存量、两级维修能力、系统自身可靠性等因素对系统保障效能的影响。     

连续劣化系统的最佳检测与维修策略分析

针对故障状态需要检测确定的劣化系统,以Levy过程描述其运行过程中状态变化,在此基础上提出了一类综合优化检测间隔期与预防性维修阈值的视情维修模型。利用更新过程理论,建立了系统的检测间隔期、预防性维修阈值与优化目标函数之间的关系式,并采用Nelder-Mead法进行优化求解,得到了系统最佳的视情维修检测和维修优化策略。在该策略下,系统长期运行平均费用率最低。最后以典型的Levy过程-Gamma过程为例,实现了此优化模型,同时验证了对应求解方法的可行性。     

K:N系统可修复备件两级供应保障优化研究

备件供应保障优化是提高武器装备的战备完好性和降低寿命周期费用的重要途径.通过分析复杂装备可修复备件两级供应保障系统,研究了备件保障与装备战备完好性的关系,建立了以备件购置费用为约束、系统供应可用度最大为目标的冗余度系统可修复备件供应保障优化模型,并运用边际效能法进行求解.实例应用证明,模型可以优化备件库存以及评估备件库存量、两级维修能力、系统自身可靠性等因素对系统保障效能的影响.     

基于体系保障度的装备备件三级库存方案优化

三级维修供应管理是部队较为常见的保障模式, 备件库存方案是影响装备系统可用度的关键因素之一. 装备保障性工程中的实际问题出发, 在考虑备件结构层级的情况下, 根据METRIC基本原理, 建立了系统备件的三级保障评估模型, 将三级体系保障度作为优化指标函数, 以保障费用为约束条件, 运用边际优化方法对备件方案进行优化. 通过实例给出了备件的最优库存方案结果, 得到了备件三级库存配置的一般规律, 并分析了影响备件库存分配的各种保障性因素. 优化结果符合具有三级供应保障机制下的备件配置规律, 能够为部队保障人员制定备件方案提供一定的决策依据.     

考虑备件及维修周转的并串混联系统可用度模型

给出了综合考虑系统结构、库存备件量和故障件维修周转等因素影响下的系统可用度计算模型。将由并串混联系统和备件组成的广义系统按功能划分为工作系统与库存系统两个子系统,通过引入备件平均到达率反映库存系统对工作系统的影响,并据此分别建立备件充足与缺货时的工作系统状态转移关系。利用二项分布表征期望备件短缺数的概率分布函数以计算库存系统备件的缺货概率,进而根据全概率公式计算得到系统可用度。示例表明:所提模型针对单部件串联系统所得结果比已有模型更为精确;其次,在库存备件量及维修周转时间的影响下,多部件子系统串联时并不比单部件串联时的可用度高,且可用度曲线随着库存量的增加并不是严格单调递增的凸曲线。     

视情维修条件下k/N(G) 系统备件供需联合优化

针对传统m视情维修策略下k/N(G)系统维修决策模型对备件可获取性考虑不足的问题,提出了(m,Q)维修策略及备件订购与生产的联合决策优化方法,建立了两种视情维修条件下k/N(G)系统备件供需联合优化模型。证明了在满足约束条件的同时,(m,Q)维修策略下的联合模型((m,Q, n) 策略模型)具有使目标函数最小的订购阈值m、订货量Q和订货次数n,m维修策略下的联合模型((m,n)策略模型)存在最优订货量m和订货次数n使目标值最小。此外,比较分析了不同模型参数对两种模型决策的影响,结果表明, (m,Q,n)策略模型得到的成本始终小于(m,n) 策略模型,而系统使用可用度始终高于(m,n)策略模型。     

面向任务的备件保障评估通用模型研究

多级备件库存是装备普遍保障模式,针对任务期备件需求处于动态变化的特点,在综合考虑备件报废、维修、运输等因素下,提出了面向任务的任意保障等级备件时变可用度模型。首先,分析了备件维修运输供应渠道;其次,结合动态帕尔母定理,对可修复备件多级控制技术理论进行扩展,构建备件动态维修运输供应模型;最后,根据供应渠道概率分布类型,建立装备时变可用度模型。同时,通过案例分析了装备可用度随时间变化规律,且案例结果与验证模型结果基本一致,模型可为保障决策者制定任务期备件方案提供参考。     

基于库存状态的备件初始配置及采购优化模型

合理规划备件配置方案是提高装备可用度和降低全寿命费用的有效途径。建立备件需求率预测模型,采用系统分析法构建备件保障效能评估指标体系,研究初始备件配置优化方法。针对不完全修复件的报废消耗问题,给出了近似拉普拉斯需求分布下的备件短缺函数,将(s-1, s)和 (R, Q)库存策略相结合,基于库存状态批量采购模式建立了不完全修复件的订购模型。通过案例应用,给出了保障效能约束下的优化结果,优化结果符合实际规律,验证了模型的正确性、方法的有效性以及方案的合理性。     

大型相控阵雷达T/R组件维修决策问题综述

现阶段对于大型相控阵雷达T/R组件何时开展换件维修、维修时全部更换故障组件还是部分更换、备件数量如何配置等有关问题还没有一个具体标准,开展T/R组件维修决策问题研究可为装备保障人员提供维修决策支持。首先,对T/R组件维修决策的主要内容进行阐述界定。其次,分别从故障数据预测、故障寿命分布、基于故障数据的设备性能评估3个方面对故障数据建模研究现状进行分析。然后,从维修策略类型和维修策略优化模型两个方面重点对维修策略进行阐述,并对以可用度、备件满足率、备件期望短缺数、任务成功率等为决策变量的备件库存策略进行分析。最后,分析了现有方法存在的不足,提出T/R组件维修决策需要解决的上述3个重要问题,为后续研究提供理论支撑。     

系统可靠度约束下的备件配置优化

备件的配置优化对于系统可靠性的保障和维护成本的降低具有重要的作用。为了保障系统的长期稳定经济运行,构建了系统可靠性模型和备件配置模型,以系统可靠度阈值和任务运行时长为约束条件,采用成本效益重要度对备件配置模型进行优化,寻求以备件配置成本最低为目标的备件配置方案。当系统可靠度下降到预设阈值时,计算系统各组件的成本效益重要度,选择成本效益重要度最大的组件进行备件,如此进行迭代,直到完成运行任务,形成最优的备件配置方案。最后,以数控机床主轴系统伺服驱动装置为例验证了该方法的可行性。