航空装备多部件预防性维修优化研究

应用延迟时间模型,描述航空装备多部件系统的故障过程,在维修事件分析的基础上,以费用率最小为优化目标,建立了多部件维修费用率模型,通过设计迭代算法对模型求解,实现了航空装备多部件预防性维修周期优化。     

基于状态的单部件维修策略优化方法

为降低装备中关键单部件的预防性维修费用,把部件劣化过程看成离散状态变换的过程,提出了部件从投入使用开始到发生一次故障进行修复的平均时间间隔、平均检查次数、平均预防性维修次数和平均维修总费用的计算表达式.以单位时间内平均总维修费用最小化为目标,建立了基于状态的预防性维修策略优化模型及其求解方法.实验结果表明,本方法可以快速确定部件的检查时间间隔和预防性维修状态,有效地降低单位时间内平均总维修费用.     

设备视情预防维修与备件订购策略的联合优化

研究设备的视情预防维修与备件订购策略的联合优化问题。在分析设备劣化与备件库存联合状态转换的基础上,给出了联合状态的稳态概率密度函数的显式表达式和数值求解方法。基于此联合概率密度函数,推导连续劣化的设备受备件库存状态影响的维修概率和备件的订购和持有概率,建立以设备的检测周期、备件订购阈值、预防维修阈值为决策变量,同时考虑维修和备件相关成本的长期平均费用率模型。通过数值试验验证了联合概率密度函数推导的正确性和所建立的模型的有效性。灵敏度分析结果表明维修成本和备件成本之间存在一定的权衡,只有将二者联合优化才能取得设备的全局最优联合策略。以氢气合成装置传输管道的变薄劣化为例验证了模型的实用性。     

考虑性能可靠度约束的维修决策模型

针对劣化状态可检测且性能可靠度受限的单设备生产系统,采用视情维修策略,以检测周期和预防性维修阈值为决策变量,引入性能可靠度约束,以长期平均维修费用率最小为目标建立了随机规划模型。通过数值仿真实验,比较了在无性能可靠度约束和有性能可靠度约束两种情况下,模型中各项参数的变化对优化结果和最优解所对应的性能可靠度的影响。结果表明,维修决策模型中考虑性能可靠度约束是有必要的,而且性能可靠度阈值下界的取值在一定范围内,还可以在保证设备有高性能可靠度的同时,使长期平均维修费用率的增长很小。     

劣化系统的生产、质量控制与视情维护联合建模与优化

针对设备状态信息不能实时获取的问题,以质量反馈信息作为评估系统状态的重要依据制定维修策略。在产品质量与设备劣化状态之间存在明显函数关系时,将批量生产结束后系统状态的检测信息和批量生产过程中的质量反馈信息作为互补,进行预防性维护决策,确保维修活动具有快速响应能力。以生产批量大小、质量控制阈值以及预防维护阈值三者为联合决策变量,利用全概率分解方法建立了平均费用率模型。针对模型的高度复杂性,设计基于蒙特卡洛仿真和响应曲面法的优化算法,实现对模型的快速近似求解。最后通过数值实验演示,验证了仿真算法的有效性,并通过敏感性分析明确了相关参数的变化对最优策略的影响。     

考虑非完美维修的多部件系统劣化状态空间划分建模

为了进一步深入研究考虑非完美维修效果的建模方法,利用劣化状态空间划分思想对考虑非完美维修的多部件系统视情机会维修策略进行了统一建模。针对多部件系统,考虑非完美维修效果,制定了基于周期检测的视情机会维修策略,建立了联合劣化状态空间划分模型,给出了所有维修需求组合及其概率计算通式,推导了联合稳态概率密度函数。通过数值实验验证了上述模型及联合稳态概率密度函数求解的正确性,同时定性分析了该建模方法对研究相同多部件系统维修优化建模的有效性,为后续的维修优化研究奠定了基础。     

多部件系统寿命空间划分建模及维修决策

将退化状态空间划分方法应用到多部件系统联合寿命空间的建模研究中。针对多部件系统提出了基于时间的机会维修策略,对任意M部件系统的联合寿命空间划分及维修需求进行了统一描述和建模,并建立了二者间的对应关系。依据联合寿命空间划分结果,推导出了各维修需求的概率统一的计算模型。以两部件系统为例,推导了系统的稳态联合概率密度函数及其数值解法,以此为基础建立了系统长期费用率模型。通过数值实验,验证了联合寿命空间划分方法、联合概率密度的推导模型、系统的维修决策模型及数值解法的正确性和有效性。     

考虑休眠的两部件系统可用度马氏建模方法

针对Metric模型中假设备件需求不依赖于可用系统数而导致可用度被低估的问题,考虑部件的休眠状态(即故障系统中无故障部件不产生备件需求的情况),提出一种两部件系统可用度马氏建模方法。利用可用系统数、备件库存以及备件短缺数描述备件状态,根据连续时间马尔可夫链方法,分析不同部件的故障修复过程对状态转移的影响,构建了两组马尔可夫随机过程;随后,分析两种随机过程间的联系,将其合并后建立了备件的马尔可夫状态转移模型;进而利用该模型求解各备件期望短缺数EBO(expected backorders)以及系统可用度的稳态值与瞬时值;最后将模型应用于数值案例,得到了比Metric模型更接近仿真值的备件期望短缺数与系统可用度。     

多状态复杂系统更换策略研究

提出一种确定退化系统更换策略的方法。应用非齐次马尔科夫过程描述系统中各个部件任意时刻状态,再根据UGF在处理独立随机变量方面的良好性质,将各个部件的瞬时状态转化为系统状态,进而求出系统可靠度函数和寿命均值。考虑系统维修和更换过程中各种损失及系统工作过程中收益,以最大单位时间收益为目标确定更换策略,并通过实例给出具体建模和求解过程。     

劣化系统的最佳检测与维修周期分析

提出了一类基于半马氏决策过程的劣化失效系统检测与维修优化模型.将位相型(PH)分布引入模型后,决策过程的状态空间发生变化,为了获得适用于原有模型假设的检测与维修优化策略,提出了一种改进的值迭代算法.运用该算法,求得了使系统长期运行平均费用率最低的预防性维修阈值与检测间隔分布.最后,通过具体算例验证了模型与迭代算法的可行性.