考虑故障风险的动车组部件预防性维护优化建模*

为了减小动车组部件的故障危害,以动车组四级修程时进行更换的部件为研究对象,通过引入故障风险因子,并结合我国动车组现行的多级非完美维护制度,建立一种考虑故障风险的动车组部件两级非完美顺序预防性维护模型。在顺序预防性维护模型的基础上,将维护方式进一步划分为初级维修和高级维修两种,通过经济性分析确定每一次维护的具体方式。对影响部件故障风险的各因素进行评分和权重,克服了以往模型仅考虑部件故障停机损失,忽视部件故障导致的其他危害的不足。以故障里程服从威布尔分布的部件进行算例分析,仿真结果表明,与不考虑故障风险制定出的预防性维护计划相比,该模型更具经济性和安全性,可为动车组部件的维护决策提供理论支持。     

基于动态需求的多部件批量生产系统的视情维护策略模型

针对当前以市场和客户需求为导向的批量生产订单需求数量的波动性、系统运行的连续性和产品质量稳定性等特点下的设备维护问题，提出了基于动态需求的多部件批量生产系统的视情维护策略模型。首先，利用Weibull分布描述各部件的故障率水平，引入故障率加速因子和役龄减少因子说明不完美维护的特性。其次，利用最小维护成本率确定各部件的初始预防维护时间点和时间间隔，并定义维护成本—时间比率函数评估预防性维护的经济性。再次，基于以批量为周期滚动更新的生产计划，以提前延后维护成本节约值为依据对各部件预防维护时间点进行动态调整，并在此基础上建立多部件机会维护模型。最后，通过算例验证了所提多部件批量生产系统视情维护策略模型的有效性。     

以可靠度为中心的通用飞机机会成组维修研究

针对通用飞机维修难度大、停机损失多的特点,建立了通用飞机预防性机会成组维修模型。采用役龄回退因子描述不完全维修中部件故障率的变化情况,以可靠度为基础,分析各部件预防性维修间隔期。提出用可靠度区间代表机会维修区间的方法,以总节省费用最大为目标函数,可靠度为约束条件,建立机会成组维修模型。最后,通过通用飞机发动机具体实例计算得到如下结论:根据维修间隔期确定机会成组维修策略能够有效地节省系统预防性总维修费用,在选择维修区间时,应根据实际部件维修要求确定合适的维修区间。     

基于滚动窗口方法的风力机动态机会维修优化

以由多个部件组成的风力机为对象,针对此类系统存在的维护困难、停机损失大等特点,研究多部件系统动态机会维修优化问题。采用役龄回退因子描述部件不完全维修效果,在定义故障率函数的基础上建立单部件不完全维修平均成本模型;考虑预防性维修、最小维修和停机损失等维修成本,根据部件维修活动之间的经济相关性,以节省的总机会维修成本最大为目标,研究预防性维修活动安排,构建有限时间内多部件系统机会维修决策模型;考虑到风力机运行环境的严酷性和动态性,采用滚动窗口方法完成维修活动的动态调度,以随机停机事件作为风力机成组维修的机会,并动态更新原有的维修计划。以某风力机齿轮箱、转子、发电机和轴承等四个关键部件的维修决策为例,完成案例研究。研究结果表明,该模型能够实时更新风力机系统维修计划,实现维修活动的动态优化,有效地降低维修成本。     

考虑生产约束的多部件串行系统机会维护策略研究

根据企业生产的持续变动特点,以各生产阶段的持续时间为维护决策区间,研究建立一种针对多部件串行系统的动态机会维护策略以及维护优化模型,并通过对各部件提前或推后维护所引起的累积机会成本的优化,得到串行系统各部件在动态生产约束下的优化维护计划,从而有效减少系统的总体停机次数,进而降低维护成本.     

考虑部件失效相关的履带车辆传动箱可靠性分析

在以履带车辆传动箱为对象进行研究的过程中,考虑部件间失效相关这一重要失效形式对传动箱可靠性的影响,利用部件的动态可靠度模型计算主要失效部件的可靠度,结合部件寿命分布函数与可靠性间的关系,得到传动箱内主要部件的寿命分布函数随时间变化的曲线,进一步使用最小二乘法估算出主要零部件的寿命分布函数。在此基础上,绘制部件间的二元频率直方图,选择合适的Copula函数,建立在部件失效相关条件下的传动箱系统可靠性模型,利用Copula函数可以避免运算的繁琐性及部件间相关系数求解的复杂性。使用逐层分块分析法合理划分传动箱系统结构,并用Matlab软件估算部件间相关参数,得到了传动箱系统寿命分布函数随时间及部件失效相关参数的变化规律,对传动箱的设计与维护具有一定的指导意义。     

风电机组齿轮箱分阶段机会维护策略研究

针对风电场运行条件恶劣、维护动作开展困难等问题,提出一种风机齿轮箱阶段性机会维护策略。采用威布尔失效模型来描述部件的衰退过程,考虑齿轮箱各部件的维护经济性,提出分阶段的机会维护策略。通过小波包能量谱对齿轮箱实际退化特征进行提取,划分出四个退化阶段。从而搭建出分阶段的齿轮箱机会维护模型,通过实验给出部件的具体维护间隔与动作,验证该维护策略的经济性与合理性。实验结果表明采用风机齿轮箱阶段性机会维护策略,可有效平衡"维护不足"与"过度维护"问题。     

两挡纯电动汽车多目标参数解耦优化方法

提出了一种采用分层方法的解耦优化算法。外层采用多目标粒子群算法对整车动力部件参数进行优化，同时引入对电池以及逆变器的效率优化，将得到的不同优化结果实时提取并传递给内层；内层采用Bellman动态规划算法，根据外层优化得到的动力部件参数求解，建立优化后的换挡策略。在此基础上，通过广义回归神经网络提取动态规划的换挡优化结果，利用所得到的换挡策略建立了自适应驾驶员模型和整车正向仿真模型，以动力性和经济性为目标，通过整车正向仿真分析对分层优化结果进行进一步选择。研究结果表明，该优化算法实现了换挡控制策略与动力部件参数的解耦，有效提高了优化效率，同时能够获得全局优化结果，明显提高了整车经济性。     

自动化生产线中关键设备的预维护策略研究

为了避免由于设备故障导致的生产线停产,首先研究生产线故障维修成本、预防性维护成本和停产损失的计算方法,建立生产线平均可靠度与维护总成本多目标优化模型,从而获得了最优的生产线周期性维护计划。针对关键设备,如数控机床、工业机器人,运行状态突然严重劣化的情况,基于时间延迟理论得到了关键设备子系统可靠度随时间变化的规律,根据设备运行状态的监测数据,采用支持向量机模型对设备子系统潜在故障的发生概率进行预测。由此建立了关键设备延迟维护最佳时刻优化模型,并通过粒子群优化算法求解关键设备的最佳维护时刻。最后,通过实例仿真分析验证了文本预维护策略的有效性,能够在保证可靠度要求的同时,有效降低维护成本。     

考虑故障相关性的动车组多部件系统机会维护策略

为探究故障相关作用对动车组部件维护作业的影响,利用故障链理论描述部件之间的故障相关性,在修复非新条件下分析部件故障率的演化规律。以可靠度为中心,一个更换周期内的成本最小为目标,优化单部件的维护周期。并考虑经济相关性,引入机会维护策略,进而从系统层优化部件的维护周期。算例表明,当部件之间存在故障相关关系时,要保证被影响部件的可靠度需要花费更多的维护成本,同时被影响部件的维护计划受到对它产生故障相关作用部件的维护计划的影响。机会维护策略可有效降低设备维护成本,对设备维护决策具有一定的参考意义。     

考虑可靠度和可用度的民机维修间隔优化研究

针对民机维修间隔优化的问题,运用可靠性分析和可用性分析的方法确定最优维修间隔。对于符合三参数威布尔分布的民机部件,提出采用改进的极大似然估计法求解分布参数估计值;并以可靠度阈值为约束条件,可用度最大为目标,建立了预防性维修间隔优化模型。利用遗传算法进行求解,制定出最优维修间隔。通过实例分析,讨论了部件在不同维修水平下的最优维修间隔,结果表明该优化模型能够较好地制定出符合要求的最优维修间隔,为民航企业合理制定维修计划提供了理论依据。     

车身多工位装配系统可靠性评估与维护策略研究

针对车身多工位装配系统夹具的衰退过程,提出了夹具元件磨损、来料零件偏差以及定位元件配合公差等多因素集成影响下的车身装配系统可靠性评估方法。在给定车身波动阈值条件下,提出了基于可靠性模型的多工位夹具部件的动态维护策略。通过一个四工位薄板件装配案例对所提方法进行了应用验证,为夹具系统维护与车身尺寸质量控制提供了理论指导。     

[轨道交通运维技术]风险视角下的动车组部件多级非完美维修策略

为了降低动车组部件在一个寿命周期内的维修总成本,以动车组五级修程时需要更换的部件为研究对象,基于现行的分级检修制度,提出一种动车组部件多级非完美预防性维修策略。以故障对动车组运行安全和对动车组晚点的影响以及故障维修难易程度作为故障风险的评价指标,使用层次分析法和评分法量化评价部件的故障风险。将动车组部件非完美维修方式划分为初级维修、中级维修和高级维修三个级别,克服了以往模型中非完美维修方式单一、忽视实际维修中普遍采用多级非完美维修方式的不足。算例仿真结果表明,提出的维修策略可使动车组部件在一个寿命周期内保持更高的可靠度水平且总成本也有所减少。     

罗茨鼓风机内部流场的数值分析方法

以CFD软件FLUENT为工具,采用RNGk-ε湍流模型和PISO算法,对罗茨鼓风机内部气流流场进行了可压缩非定常流动的数值模拟,数值模拟与理论分析的对比结果验证了数值分析方法具有良好的准确度和可靠性。结果表明,基于动网格技术的风机内部流场的动态数值模拟,能较真实地反映风机内部湍流流动的流场分布和气流脉动的特征规律。     

Discrete Stress-strength Interference Model of Reliability Analysis under Multi-operating Conditions

The conventional stress-strength interference(SSI) model is a basic model for reliability analysis of mechanical components. In this model, the component reliability is defined as the probability of the strength being larger than the stress, where the component stress is generally represented by a single random variable(RV). But for a component under multi-operating conditions, its reliability can not be calculated directly by using the SSI model. The problem arises from that the stress on a component under multi-operating conditions can not be described by a single RV properly. Current research concerning the SSI model mainly focuses on the calculation of the static or dynamic reliability of the component under single operation condition. To evaluate the component reliability under multi-operating conditions, this paper uses multiple discrete RVs based on the actual stress range of the component firstly. These discrete RVs have identical possible values and different corresponding probability value, which are used to represent the multi-operating conditions of the component. Then the component reliability under each operating condition is calculated, respectively, by employing the discrete SSI model and the universal generating function technique, and from this the discrete SSI model under multi-operating conditions is proposed. Finally the proposed model is applied to evaluate the reliability of a transmission component of the decelerator installed in an aeroengine. The reliability of this component during taking-off, cruising and landing phases of an aircraft are calculated, respectively. With this model, a basic method for reliability analysis of the component under complex load condition is provided, and the application range of the conventional SSI model is extended.     

Dynamic stress of impeller blade of shaft extension tubular pump device based on bidirectional fluid-structure interaction

Current research on the stability of tubular pumps is mainly concerned with the transient hydrodynamic characteristics. However, the structural response under the influence of fluid-structure interaction hasn’t been taken fully into consideration. The instability of the structure can cause vibration and cracks, which may threaten the safety of the unit. We used bidirectional fluid-structure interaction to comprehensively analyze the dynamic stress characteristics of the impeller blades of the shaft extension tubular pump device. Furthermore, dynamic stress of impeller blade of shaft extension tubular pump device was solved under different lift conditions of 0° blade angle. Based on Reynolds-average N-S equation and SST k-ω turbulence model, numerical simulation was carried out for three-dimensional unsteady incompressible turbulent flow field of the pump device whole flow passage. Meanwhile, the finite element method was used to calculate dynamic characteristics of the blade structure. The blade dynamic stress distribution was obtained on the basis of fourth strength theory. The research results indicate that the maximum blade dynamic stress appears at the joint between root of inlet side of the blade suction surface and the axis. Considering the influence of gravity, the fluctuation of the blade dynamic stress increases initially and decreases afterwards within a rotation period. In the meantime, the dynamic stress in the middle part of inlet edge presents larger relative fluctuation amplitude. Finally, a prediction method for dynamic stress distribution of tubular pump considering fluid-structure interaction and gravity effect was proposed. This method can be used in the design stage of tubular pump to predict dynamic stress distribution of the structure under different operating conditions, improve the reliability of pump impeller and analyze the impeller fatigue life.     

考虑修复非新的多组件DTS设备的状态维护建模

针对设备同时面临内部状态衰退和外部随机冲击的特性,基于状态维护和DTS建模理论,以Gamma过程模拟各组件的内部衰退,以整合多组件内部衰退状态的非齐次泊松过程模拟设备整体的外部冲击影响,构建了基于状态监测的设备内外交互型衰退模型.在此基础上,采用对数正态分布构建基于状态的组件修复非新模型,以有效区分各组件的状态修复效果...     

改进Logistic回归模型的滚动轴承可靠性评估方法

为解决滚动轴承可靠性难以评估的问题,提出了一种基于改进Logistic回归模型(improved logistic regression model,简称ILRM)的滚动轴承可靠性评估方法。首先,计算滚动轴承的时域、频域和时频域特征,选出有效特征组成相对高维特征集;其次,利用主元分析(principal component analysis,简称PCA)选取贡献率大于95%的主元,作为改进Logistics回归模型的协变量;最后,利用改进Logistic模型求取滚动轴承的可靠度并绘制可靠度曲线。该方法可以提取轴承退化的有效特征量;兼顾轴承的退化趋势,能够真实反映轴承的状态;消除信号随机波动对可靠度预测的影响。通过辛辛那提大学智能维护中心(intelligent maintenance systems,简称IMS)滚动轴承全寿命试验,验证了该方法的有效性。     

基于维修数据库的舰船电子装备预防性维修策略研究

探讨了利用舰船电子装备可靠性信息采集与分析系统收集的维修保障信息实现动态维修决策的方法,分析了舰船电子装备维修保障过程中需要的决策指标的统计和优化模型,为舰船电子装备可靠性信息采集与分析系统的进一步开发利用、实现智能决策提供了思路。     

Optimizing opportunistic preventive maintenance strategy for multi-unit system of CNC lathe

Due to the many components in the multi-unit system (i.e., CNC machine tools), the existing preventive maintenance (PM) strategies conducting independent PM for every component are time-consuming and waste unnecessary maintenance and downtime costs. Hence, this paper introduces the idea of opportunistic maintenance into the PM and proposes an opportunistic imperfect PM approach, which is a more realistic PM policy for a multi-unit system. In this approach, the effect of PM is assumed to be imperfect to correct the failure rate of each unit. According to the corrected failure rate function, the imperfect PM strategy of a single unit is optimized by minimizing the proposed unit maintenance cost rate under the limitation of minimum reliability. Then, these independent imperfect PM strategies for units are rescheduled by the proposed opportunistic PM strategy under the condition of judging the reliability OM threshold of units. We further optimize the opportunistic PM strategy by minimizing the total maintenance cost. Finally, the advantage of our approach is verified by the case study of 18 CNC lathes.