基于使用可靠性模型的設(shè)備動(dòng)態(tài)預(yù)防性維修策略研究.pdf

1、使用可靠性是指設(shè)備在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。可以依據(jù)設(shè)備運(yùn)行過程中產(chǎn)生的退化信息，用數(shù)學(xué)模型對(duì)其進(jìn)行定量地描述。預(yù)防性維修因能較好地改善設(shè)備的使用可靠性而被廣泛研究，而使用可靠性模型則是制定預(yù)防性維修策略的主要依據(jù)。然而設(shè)備部件間的故障相關(guān)性及檢測(cè)手段的不完備性等因素加大了設(shè)備使用可靠性建模的難度，現(xiàn)有的文獻(xiàn)多側(cè)重于考慮單個(gè)因素的建模。除此之外，設(shè)備外部隨機(jī)因素對(duì)預(yù)防性維修計(jì)劃的影響使得預(yù)防性維修行為呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)隨機(jī)性

2、，與現(xiàn)有確定性的預(yù)防性維修計(jì)劃研究相比，維修計(jì)劃的動(dòng)態(tài)隨機(jī)性使得維修策略的建模和優(yōu)化更趨復(fù)雜。如何針對(duì)不同的設(shè)備建立其使用可靠性模型，并以此建模和優(yōu)化其動(dòng)態(tài)預(yù)防性維修策略成為本文對(duì)預(yù)防性維修策略新的思考和探索。以此為目的，主要開展了以下工作:
　　(1)提出了動(dòng)態(tài)擬周期預(yù)防性維修策略并建立了動(dòng)態(tài)預(yù)防性更換策略優(yōu)化模型。動(dòng)態(tài)擬周期性預(yù)防性維修策略是在周期性預(yù)防性維修策略的基礎(chǔ)上，將定期預(yù)防性維修計(jì)劃調(diào)整為在給定長(zhǎng)度的時(shí)間區(qū)間內(nèi)隨機(jī)分

3、布的預(yù)防性維修策略。針對(duì)單部件設(shè)備存在嚴(yán)重不可修故障時(shí)，建立了其動(dòng)態(tài)擬周期預(yù)防性更換策略優(yōu)化模型，從理論上證明了一定條件下最優(yōu)策略的唯一存在性和給定預(yù)防性維修實(shí)施區(qū)間最大長(zhǎng)度的確定性。此外，根據(jù)部分設(shè)備為達(dá)到高可靠性運(yùn)行，在設(shè)備預(yù)防性維修期間對(duì)部分關(guān)鍵部件進(jìn)行組合更換的現(xiàn)狀，提出了使用舊部件為備換件及預(yù)防性維修間隔控制在一定范圍內(nèi)的組合預(yù)防性更換策略，建立了其優(yōu)化模型并簡(jiǎn)要給出了其求解方法。
　　(2)建立了單部件及一類兩部件串聯(lián)

4、設(shè)備的動(dòng)態(tài)擬周期預(yù)防性維修策略優(yōu)化模型，其中考慮了系統(tǒng)嚴(yán)重故障的可修程度及預(yù)防性維修的深度。針對(duì)單部件系統(tǒng)，建立了其動(dòng)態(tài)擬周期預(yù)防性維修和動(dòng)態(tài)順序預(yù)防性維修策略優(yōu)化模型，從理論上嚴(yán)格證明了一定條件下最優(yōu)策略的唯一存在性，以及實(shí)施預(yù)防性維修活動(dòng)區(qū)間最大長(zhǎng)度的確定性。針對(duì)一類存在嚴(yán)重故障及部件間壽命存在較大差距的兩部件串聯(lián)系統(tǒng)，分別研究了:a）當(dāng)嚴(yán)重故障不可修時(shí)，建立了預(yù)防性維修對(duì)兩部件分別為完整維修和保養(yǎng)的動(dòng)態(tài)擬周期預(yù)防性維修策略優(yōu)化模型

5、;b）當(dāng)嚴(yán)重故障可通過提前實(shí)施預(yù)防性維修排除時(shí)，建立了預(yù)防性維修對(duì)兩部件分別為完整和不完整維修的動(dòng)態(tài)擬周期預(yù)防性維修策略優(yōu)化模型。
　　(3)建立了存在Ⅰ、Ⅱ類故障相關(guān)性的兩部件并聯(lián)系統(tǒng)可靠性及動(dòng)態(tài)擬周期預(yù)防性更換策略優(yōu)化模型。在考慮部件間同時(shí)存在Ⅰ、Ⅱ類故障相關(guān)性的情形下，從故障率變化的角度建立了系統(tǒng)的可靠性模型。根據(jù)生產(chǎn)中定期預(yù)防性更換計(jì)劃呈動(dòng)態(tài)隨機(jī)分布的實(shí)際以及系統(tǒng)故障率在后期迅速增加的特點(diǎn)，建立了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)擬周期預(yù)防性更換

6、策略優(yōu)化模型。經(jīng)過優(yōu)化分析給出了最優(yōu)預(yù)防性更換區(qū)間唯一存在的證明并得到了滿足運(yùn)行區(qū)間大于更換區(qū)間的條件。通過數(shù)值案例給出了最優(yōu)策略的求解過程并分析了系統(tǒng)參數(shù)的敏感性。
　　(4)建立了存在Ⅰ、Ⅲ類故障相關(guān)性及不完備檢測(cè)的兩部件并聯(lián)系統(tǒng)可靠性及（T,N)預(yù)防性更換策略優(yōu)化模型。以生產(chǎn)中某主輔并聯(lián)系統(tǒng)為參考背景，通過分析部件間故障相關(guān)性關(guān)系，建立了存在Ⅰ、Ⅲ類故障相關(guān)性及不完備檢測(cè)的系統(tǒng)使用可靠性模型，并以系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行成本率最小為優(yōu)化

7、目標(biāo)，建立了動(dòng)態(tài)預(yù)防性更換策略優(yōu)化模型。通過數(shù)值案例分析了系統(tǒng)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)使用可靠性、預(yù)防性更換策略的影響，分析結(jié)果可為系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和維修策略的制定提供一定的理論參考。
　　(5)建立了機(jī)車柴油機(jī)、聯(lián)合調(diào)節(jié)器的使用可靠性模型，并有針對(duì)性地將提出的動(dòng)態(tài)預(yù)防性維修策略應(yīng)用于部分部件的案例分析中。根據(jù)國(guó)內(nèi)某鐵路企業(yè)的維修記錄建立了柴油機(jī)的冬、夏季及聯(lián)合調(diào)解器的4個(gè)預(yù)防性維修間隔內(nèi)的使用可靠性模型，并針對(duì)多重Weibull競(jìng)爭(zhēng)風(fēng)險(xiǎn)模型提出了一

8、種近似合并算法。根據(jù)部件的實(shí)際維修背景，將不同部件應(yīng)用于提出的維修策略，分析比較了忽略預(yù)防性計(jì)劃呈動(dòng)態(tài)變化時(shí)制定的維修策略在實(shí)際操作中的成本率變化，以說明建模的必要性。
　　綜合上述，本文從可靠性建模與分析和維修策略建模與優(yōu)化的角度對(duì)不同設(shè)備的使用可靠性及動(dòng)態(tài)預(yù)防性維修策略進(jìn)行研究。建模結(jié)果表明，在一定假設(shè)下設(shè)備的使用可靠性模型和提出的動(dòng)態(tài)預(yù)防性維修策略能夠通過數(shù)學(xué)模型定量表達(dá)。維修策略優(yōu)化表明，最優(yōu)策略和實(shí)施區(qū)間的最大長(zhǎng)度是唯一