可修系统维修效果评估及维修决策研究

摘要

为了提高可修系统的运行可靠性、经济性和安全性,管理者通常对可修系统实施制造商给定的预防维修制度。由于受到实际运营环境、维修操作以及制造商保守建议的影响,实施给定的预防维修制度可能带来不恰当维修。因此,根据生产系统的实际运行状态开展预防维修决策具有重要的理论意义和应用价值。然而,通过状态监测获得可修系统状态信息的成本风险较高。管理信息系统中记录的有关系统的运营和失效数据则成为了研究可修系统可靠性特征,开展维修管理的重要依据。本论文以管理信息系统中记录的现场数据为基础,就维修效果评估和预防维修决策开展深入研究,主要研究内容和创新性成果如下。
　　首先,深入理解系统维修表现有助于维修管理工作的开展。本论文以可修系统现场维修数据为基础,采用比例强度模型和建议的两个组合模型为基本建模方法,给出一套完整的分析矫正修理和预防维修表现的流程。本文引入“维修表现记分卡”的概念对矫正修理和预防维修表现进行可视化,并以巴士车辆为例说明整个分析过程。研究结果表明,运行可靠性受到诸多因素的影响,应该根据实际差异制定和调整维修制度。
　　维修表现分析更多的是趋势分析,维修效果的优良应进行定量描述。然而,已有的维修效果测度具有较强的针对性,不能覆盖5种维修状态,并且很少同时考虑矫正修理和预防维修效果。因此,本论文提出一个基于失效计数的维修效果评估模型。该模型假定系统经历一次预防维修后,系统的累积失效次数产生的增量与固有失效路径和上次失效路径的累积失效次数之差成一定“比例”,并将这个比例看作为预防维修效果。该比例的取值可以由正到负,可以描述5种维修状态,具有较强的柔性和通用性。
　　系统维修表现与维修投入(如允许的停机时间)有着紧密联系。为了保证生产的连惯性和满足生产的需要,系统停机时间通常具有一定约束。描述这类系统可用性的最恰当模型是任务可用度模型。然而,针对任务可用度的研究较少,且很少同时考虑停机时间限和工作时间限。此外,在开展的任务可用度分析中,大都采用交替更新过程处理,计算工作量大且无闭合表达形式。因此,本论文为这类系统开发一个具有闭合表达形式的任务可用度模型。为了验证模型的有效性,给出了仿真验证。研究结果显示,建议的模型具有较高的准确度;由于模型具有闭合表达形式,易于计算和应用。
　　由于受到实际运营环境以及维修操作等的影响,实施给定的预防维修制度可能带来不恰当维修。如果通过维修表现记分卡发现不恰当维修现象,则需要调整预防维修计划。可修系统一般为多单元系统,系统不同单元的失效模式不尽相同。为了保证生产的经济性和平衡性,一般采用多级循环预防维修。因此,本论文根据系统每次失效后的停机时间和修理费用,将失效划分为微小失效、中等失效和重大失效三类。假定系统实施三级循环预防维修,不同级别的预防维修可以预防排除不同类别的失效,并以该类别失效作为该级别预防维修优化的主要依据,并构建相应的预防维修决策优化模型。依据数据挖掘技术和方法,模型被扩展到多级预防维修的决策优化。研究结果表明,本论文提出的方法比制造商推荐的维修制度更有效。
　　对于单一级别或单部件的预防维修,在维修决策过程中考虑维修效果和计划水平具有很多益处。但已有研究中同时考虑维修效果和有限计划水平下预防维修决策的研究较少。因此,本论文构建的预防维修政策,同时考虑了维修效果和系统的有限使用寿命。在构建失效强度时,考虑了工作间歇特性;预防维修费用构建为维修效果的函数关系以反映维修深度与维修成本的映射关系,为实现预防维修的动态优化提供更大的灵活度。研究结果表明,本论文的方法较已往的方法具有明显的优势,可以有效降低维修成本,提高系统运行可靠性。

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第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 问题的提出

1.3 国内外研究现状

1.4 论文研究内容与结构安排

1.5 论文创新点

第二章 基于现场维修数据分析系统维修表现

2.1 引言

2.2 现场维修数据及背景

2.3 维修表现分析方法及模型

2.4 维修表现分析及可视化

2.5 本章小结

第三章 基于失效计数的维修效果评估

3.1 引言

3.2 基于失效计数的维修效果评估模型

3.3 模型验证

3.4 进一步讨论

3.5 本章小结

第四章 考虑停机时间限的任务可用度分析

4.1 引言

4.2 考虑停机时间限的任务可用度模型

4.3 数值仿真验证

4.4 模型应用

4.5 本章小结

第五章 基于失效分类的预防维修决策优化

5.1 引言

5.2 单级预防维修决策的优化

5.3 三级预防维修决策的优化

5.4 多级预防维修优化

5.5 本章小结

第六章 考虑维修效果与计划水平的预防维修决策优化

6.1 引言

6.2 考虑维修效果的维修优化方法构造

6.3 数值例子

6.4 本章小结

第七章 结论与展望

7.1 全文总结

7.2 研究展望

致谢

参考文献

攻读博士学位期间取得的研究成果