多设备系统维护建模与方法研究

摘要

半导体设备是构造复杂、价格昂贵的集成系统。随着中国制造2025（工业4.0）的到来，工业生产社会化、智能化将越来越普及和广泛，生产设备是否得到科学的维护将成为制约企业发展的重要因素。自工业革命以来，设备的维护的理念便随之诞生，但过去那种计划维护或事后维护的策略已经完全不能满足当今工业生产的需要。现代制造企业中，生产设备的集成化程度越来越高，并且在产品功能设计、技术要求以及设备可靠性上提出了更高的要求，因此针对设备维护不论是从维护方法上还是从维护策略上都提出了新的挑战，有关设备维护的研究成为了近些年各国家和工业生产企业关注和研究的重点。生产线设备中维护策略的选择、维护时间点的确定、有限时间段内的总花费等因素都是维护管理中需要考虑的重要因素，本文在前人研究的基础了提出了多部件串联系统的视情维护模型，指出了运用多种维护策略相结合的生产线组合优化方法，模型结果显示该方法可以明显优化整体的维护费用，并且在分析设备衰退情况，优化相关参数和策略抉择上表现出很好的操作性。
　　首先，本文介绍了研究背景及意义，综述了国内外研究人员最新研究成果的基础上，详细介绍了有关设备维护的相关理论以及论文的整体框架。
　　其次，阐述了有关设备维护的概念和理论，并详细的介绍了目前主流的几种维护策略，从各种维护决策的适用场景，优缺点出发等方面出发做了归纳总结，为后文设备维护模型的搭建提供了理论支撑。
　　然后，建立了基于视情维护的设备维护决策模型，此数学维护模型以串行生产系统为研究对象，结合了多种维护决策的优点，搭建了动态的生产线维护模型和成本分析模型，并运用更新定理等概率论方法对生产线维护模型给出了数学解析的方法。
　　最后，以五台生产设备的串行线为研究对象进行算例仿真，结合MATLAB强大的数学仿真能力，对搭建的数学的模型进行仿真，并对成本分析模型进行优化和相关参数的敏感度分析。算例仿真结果表明建立的维护模型可靠且有效，优化的结果能很好的为设备维护管理提供理论依据。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 课题来源

1．2 研究背景及意义

1．2．1 研究的背景

1．2．2 研究的意义

1．3 国内外研究的现状

1．3．1 国内研究现状

1．3．2 国外研究的现状

1．3．3 国内外研究现状综述

1．4 研究的方法

1．5 论文的结构和框架

1．5．1 论文结构

1．5．2 论文整体研究框架

第二章 设备维护有关概念

2．1 设备故障理论

2．1．1 引言

2．1．2 可靠性相关数学概念概述

2．2 设备故障率曲线

2．2．1 浴盆曲线

2．2．2 现代设备故障率曲线

2．3 时间相关故障模型

2．3．1 韦布尔分布模型

2．3．2 指数分布模型

2．3．3 正态分布模型

2．3．4 伽马分布模型

2．4 本章小结

第三章 基于视情维护的设备维护决策建模

3．1 引言

3．2 基本的维护策略

3．2．1 事后维护(Breakdown Maintenance，BM)

3．2．2 预防性维护(Preventive Maintenance，PM)

3．2．3 视情维护(Condition Based Maintenance，CBM)

3．2．4 机会维护(Opportunistic Maintenance，OM)

3．2．5 基本维护策略的总结归纳

3．3 本章数学符号说明

3．4 制定维护决策

3．4．1 维护模型描述

3．4．2 维护策略说明

3．5 问题描述和相关模型假设

3．5．1 研究对象问题说明

3．5．2 模型假设

3．6 设备维护建模

3．6．1 维护模型一

3．6．2 维护模型二

3．6．3 维护模型三

3．6．4 维护模型四

3．6．5 维护模型五

3．7 本章小节

第四章 生产线的成本模型建立与解析

4．1 更新函数与更新过程

4．1．1 更新函数

4．1．2 更新过程

4．2 基于更新周期的设备维护过程

4．2．1 维护成本分析

4．2．2 维护过程解析推演

4．2．3 维护成本模型解析

4．3 本章小结

第五章 基于蒙特卡罗方法的数学模型仿真与优化

5．1 蒙特卡罗算法

5．1．1 Monte Carlo基本思想

5．1．2 Monte Carlo工作流程

5．2 基于伽马随机过程的数学建模

5．2．1 随机过程的概念

5．2．2 伽马分布和伽马过程在维护建模上的性质

5．2．3 伽马数学模型

5．3 基于MATLAB的生产线维护模型解析与数据优化

5．3．1 模型说明和参数设置

5．3．2 仿真分析和优化模型

5．4 模型优化分析和相关参数的敏感度分析

5．4．1 设备衰退情况描述

5．4．2 设备检测成本的敏感度分析

5．4．3 不同维护策略的阈值区间的敏感度分析

5．4．4 不同维护策略费用的敏感度分析

5．4．5 敏感度分析归纳总结

5．5 本章小结

总结与展望

1 总结

2 展望

参考文献

攻读学位期间发表的论文

声明

致谢