維修決策模型和方法的理論與應(yīng)用研究.pdf

1、維修對(duì)于各類工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備、軍事裝備以及交通運(yùn)輸工具等系統(tǒng)的正常工作或安全運(yùn)行具有重要作用。維修費(fèi)用也是各類企業(yè)的主要支出之一。然而，一直以來(lái)多數(shù)企業(yè)認(rèn)為維修是“必要但令人討厭的工作”而不給予重視。不同于其他生產(chǎn)和管理問(wèn)題，研究人員對(duì)維修問(wèn)題的關(guān)注和研究也相對(duì)較少。因此，企業(yè)中盲目維修和維修過(guò)剩問(wèn)題嚴(yán)重，據(jù)統(tǒng)計(jì)有三分之一的維修費(fèi)用屬于浪費(fèi)。有鑒于此，維修管理問(wèn)題被稱為“企業(yè)管理領(lǐng)域最后一個(gè)未攻克的堡壘”。當(dāng)前已有的維修管理理念(例如以可靠

2、性為中心的維修和全員生產(chǎn)維護(hù)等)，其中的大多數(shù)維修決策都是基于專家或工程師的經(jīng)驗(yàn)和定性判斷，決策過(guò)程中缺少定量分析方法。從20世紀(jì)60年代開(kāi)始發(fā)展的維修建模和優(yōu)化技術(shù)(維修決策模型)作為運(yùn)籌學(xué)和可靠性工程學(xué)的交叉領(lǐng)域，致力于綜合衡量維修工作相關(guān)的支出和收益這兩方面因素，給出最佳的維修時(shí)機(jī)。維修建模和優(yōu)化技術(shù)側(cè)重于對(duì)系統(tǒng)或設(shè)備的失效(或劣化過(guò)程)以及維修工作進(jìn)行定量的描述和分析，從運(yùn)籌學(xué)角度指導(dǎo)維修工作的進(jìn)行。 早期關(guān)于維修建模和

3、優(yōu)化的研究主要針對(duì)定期計(jì)劃維修工作展開(kāi)。近年來(lái)隨著傳感技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，視情維修技術(shù)得到大力推廣，視情維修決策問(wèn)題受到廣大研究人員的關(guān)注。本文重點(diǎn)研究了視情維修建模和優(yōu)化問(wèn)題，包括設(shè)備視情維修和備件定購(gòu)決策聯(lián)合優(yōu)化問(wèn)題以及視情機(jī)會(huì)維修決策問(wèn)題；最后研究了如何為不同設(shè)備(或部件)選擇不同維修方式，即維修方式選擇問(wèn)題。本文具體研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面： (1)針對(duì)一類單設(shè)備系統(tǒng)，提出了一種視情更換和視情定購(gòu)策略，其中設(shè)備劣

4、化建模為一類Gamma過(guò)程，并且周期性進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)檢查。為了計(jì)算該策略下系統(tǒng)的費(fèi)用率、可靠性和可用度，建立了相關(guān)的數(shù)學(xué)解析模型。運(yùn)用遺傳算法對(duì)該定購(gòu)更換策略進(jìn)行優(yōu)化，得到最優(yōu)的設(shè)備狀態(tài)檢查周期、設(shè)備預(yù)防更換狀態(tài)閾值和備件定購(gòu)狀態(tài)閾值。數(shù)值算例表明，費(fèi)用率與可靠性和可用度之間不能同時(shí)達(dá)到最優(yōu)，并且較大的備件定購(gòu)交付時(shí)間提高了故障維修費(fèi)用率，降低了系統(tǒng)可靠性和可用度。 (2)針對(duì)連續(xù)劣化的設(shè)備在不同的劣化水平下都可能失效的現(xiàn)象，基于

5、根據(jù)設(shè)備實(shí)際劣化狀態(tài)評(píng)定可靠性的思想，提出了狀態(tài)可靠性理論。該理論在卡車發(fā)動(dòng)機(jī)視情維修決策優(yōu)化中的應(yīng)用結(jié)果表明，狀態(tài)可靠性適用于表征同類設(shè)備(或部件)的不同個(gè)體經(jīng)歷不同的劣化過(guò)程后的不同可靠性指標(biāo)。 (3)針對(duì)一類多設(shè)備系統(tǒng)(設(shè)備相同且獨(dú)立)，提出了兩種視情更換和備件定購(gòu)策略，其中設(shè)備劣化分別建模為連續(xù)Gamma過(guò)程和離散時(shí)間馬爾可夫鏈，設(shè)備劣化水平可由周期檢查確定，并且備件定購(gòu)均采用(S,s)型策略(S是最大備件庫(kù)存水平，s為

6、再定購(gòu)水平)。利用蒙特卡羅仿真方法估計(jì)系統(tǒng)的故障維修費(fèi)用率，應(yīng)用遺傳算法或窮舉法對(duì)包括狀態(tài)檢查周期、預(yù)防維修狀態(tài)閾值以及最大備件庫(kù)存水平和再定購(gòu)水平等決策變量進(jìn)行優(yōu)化?；趯?shí)際的卡車發(fā)動(dòng)機(jī)油液分析數(shù)據(jù)，給出了定購(gòu)更換策略的應(yīng)用實(shí)例，并進(jìn)行了相關(guān)費(fèi)用參數(shù)的靈敏度分析。結(jié)果表明，應(yīng)用這兩種維修策略對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行視情維修決策優(yōu)化，能夠比原維修策略節(jié)省大約3％以上的費(fèi)用(根據(jù)費(fèi)用參數(shù)變化而變化)，并且可以有效降低較大的備件定購(gòu)交付時(shí)間的不利影響。

7、 (4)針對(duì)包含多個(gè)不同設(shè)備的劣化系統(tǒng)(如一個(gè)發(fā)電機(jī)組)，提出一種視情機(jī)會(huì)維修策略，其中設(shè)備的劣化過(guò)程建模為連續(xù)時(shí)間馬爾可夫鏈。針對(duì)電力市場(chǎng)環(huán)境下發(fā)電機(jī)組中發(fā)電設(shè)備的視情維修決策優(yōu)化問(wèn)題，詳細(xì)給出了該策略的蒙特卡羅仿真步驟。通過(guò)數(shù)值算例，解釋了該視情機(jī)會(huì)維修策略在發(fā)電設(shè)備維修決策優(yōu)化中的應(yīng)用過(guò)程。 (5)提出應(yīng)用模糊層次分析法來(lái)評(píng)價(jià)和選擇維修方式，從而可以利用三角模糊數(shù)對(duì)不確定的判斷進(jìn)行更好的建模。針對(duì)傳統(tǒng)模糊層次分析法