面向维修的机械系统可靠度预测与仿真研究

机电产品在服役期间因零件失效而产生故障,重组维修破坏了原有的系统可靠性模型,因而需要对设备可靠性问题重新进行研究和评价。基于机电系统中零件的失效时间分布密度函数,研究了在重组维护过程中机电系统服役期间零件年龄结构的分布规律,发展了机电系统可靠性数学模型。通过仿真研究,探讨了系统服役期间年龄结构、可靠度和失效率的发展规律,定量地研究了失效时间分布密度函数的参数对系统可靠度的影响。这对于评估机械系统的可靠性和全生命周期的失效率,制定合理的维修策略具有重要意义。     

基于相关向量机模型的设备运行可靠性预测

针对机械设备失效数据少、传统基于统计的可靠性评估方法不能有效评估设备可靠性的问题,引入运行可靠度的概念来描述设备运行状态,并提出了一种基于相关向量机的设备运行可靠性预测方法。该方法首先采用运行可靠性计算模型,建立特定特征指标与运行可靠性的关系;然后采用相关向量机预测不同时刻下特征指标的值及其概率密度函数,并将其输入到运行可靠性模型,计算获得其所对应的运行可靠度。将该方法应用到航空发动机转子轴承运行可靠性分析中,预测的轴承失效时间与实际失效时间误差5%,证明该方法的有效性和合理性。     

不确定环境下复杂机械装配系统设备维修方法

为保障不确定环境下复杂机械装配系统的连续性并降低其维修成本,提出一种以马尔可夫决策理论为基础的设备维修策略动态选择方法。在综合考虑系统运行成本、缓冲库存成本、设备维修成本及停机损失成本的基础上,构建了装配系统可靠性成本模型。该模型以带有中间缓冲区的二级装配系统为研究对象,以设备状态和缓冲库存量为自变量,以可靠性成本为目标函数。分析了装配系统的不同运行状态,利用模拟退火算法和模糊非线性混合整数目标规划对可靠性成本模型求解,制定装配系统最优维修方法。该方法降低了装配系统停机时间,减少了设备维修次数,可为生产线设计和维修计划的制定提供依据。最后,通过算例分析验证了模型的有效性和可行性。     

基于故障危害度的飞机电源系统可靠性评估

基于故障危害度对飞机电源系统进行可靠性评估,首先建立可靠性评估模型,该模型考虑各故障样本对飞机电源系统供电可靠性危害度影响,将出现的故障按照对电源系统安全、性能、任务及维修等指标的影响程度进行等级分类,从故障的失效机理出发建立相应的分布模型;然后采用分布计算和二次分布等算法进行系统整体可靠性指标评估。应用该模型对飞机电源系统进行了故障统计分析,计算了飞机电源系统的可靠性指标。     

退化串联可修系统瞬态可靠性分析

可修串联系统是一类经典的可靠性模型,在实际工程中较为常见．为满足工程实际需求,所研究的系统由2个部件和1个维修工组成．假设工作时间、维修时间和部件更换时间均服从指数分布,在维修之后系统不能修复如新．系统采用部件故障N次之后将被更新的维修策略．在这些假设下利用几何过程和马尔科夫过程对系统进行建模,再利用半马尔科夫过程和数值积分方法给出系统瞬态可用度和（0,t］时间内故障次数的计算公式．最后给出算例并应用Monte Carlo方法对所得公式进行验证．为进一步研究复杂机械系统的可靠性提供了理论基础．     

基于离散事件仿真的装置运行可靠性评估与优化

针对流程型企业装置连续运行的可靠性评估与优化问题,提出了基于离散事件仿真的可靠性评估优化方法。该方法将装置的长周期连续运行视为离散事件系统,借助选定的Plant Simulation平台构建了装置连续运行的流程模型,以装置的历史数据为依据通过参数估计明确所建模型的关键运行参数,以模型的长周期仿真运行结果评估所研究装置的运行可靠性,并通过维护资源的优化配置与改进提升其可靠性。该方法在石化企业的成功应用验证了其可行性和有效性。     

TC4钛合金的超高周疲劳行为及其竞争失效模型构建

针对现有模型对TC4竞争失效预测的不准确性,建立了基于最大应力强度因子的竞争失效模型。在室温以及两种应力比下,针对TC4钛合金进行超高周疲劳试验,通过试验与最弱键竞争失效理论相结合的方法进行评估,研究其超高周疲劳性能。通过对试样断口形貌的观察,可将其失效模式分为如下两类:表面失效以及内部失效。对试样表面缺陷以及内部解理刻面尺寸进行测量,并评估其最大应力强度因子值。进一步通过正态分布得到最大应力强度因子的累计分布函数,基于两参数泊松分布建立了与最大应力强度因子有关的竞争失效模型。通过模型计算结果,可以得出在任一最大应力强度因子下试样发生各种失效模式的概率,且经分析对比,本文中TC4两种疲劳失效模式的失效概率评估结果与试验数据吻合较好,为分析TC4钛合金超高周疲劳状态下的疲劳失效模式提出了新的评估方法。     

小样本下基于竞争失效的轴承可靠性评估

轴承是机械产品中重要的组成部分,其性能和寿命与机械设备的运行寿命密切相关。为获得准确的轴承可靠性评估结果,应当综合考虑不同失效模式对轴承可靠性的影响。针对轴承试验中完全失效的数据,利用Bootstrap法构造轴承寿命分布参数的先验分布,依据Bayes法估计出相应的后验分布,并对后验期望修偏即可获得轴承寿命分布参数。通过进一步分析轴承的振动性能退化数据,获得轴承局部失效的寿命分布。利用Copula函数对轴承的完全失效的寿命分布模型和局部失效寿命模型进行综合分析,借助试验数据点的经验Kendall相关秩估计Copula函数的相关参数,求得轴承竞争失效下的可靠性分析结果,获得的分析结果有助于寻找轴承设计过程中存在的缺陷,提高轴承的可靠度。     

基于双方差随机过程的半导体激光器寿命评估

针对高可靠、长寿命半导体激光器的寿命评估问题,提出了基于双方差随机过程的性能退化评估方法。该方法不仅考虑了半导体激光器内部失效机理的固有随机性,还考虑了由人为因素、测量仪器等引起的测量随机误差。首先,建立了半导体激光器性能退化模型及其未知参数的极大似然估计方法。然后,基于首达时的概念给出了失效时间分布函数和概率密度函数的解析表达式,以对半导体激光器的可靠性和寿命进行评估。最后,通过半导体激光器寿命评估工程实例验证了所提出方法的适用性和有效性。结果表明：与现有的性能退化模型相比,所构建模型的拟合效果更好,能够提高寿命评估精度。这可为半导体激光器及其整机系统最优维修决策的制定提供有力支撑。     

基于逆高斯过程的竞争失效建模研究北大核心CSSCI

考虑在逆高斯退化过程中发生突发失效,退化失效与突发失效相互竞争导致产品失效的情况,并且考虑突发失效与退化失效的相关性,建立基于逆高斯退化过程的竞争失效可靠性评估模型。采用极大似然估计法对模型进行了参数估计。最终通过某退化试验数据验证了模型的有效性。     

基于逆高斯过程的竞争失效建模研究

考虑在逆高斯退化过程中发生突发失效,退化失效与突发失效相互竞争导致产品失效的情况,并且考虑突发失效与退化失效的相关性,建立基于逆高斯退化过程的竞争失效可靠性评估模型。采用极大似然估计法对模型进行了参数估计。最终通过某退化试验数据验证了模型的有效性。     

含关键部件复杂系统的预防性维修策略优化模型

区别于串联、并联系统,实际企业中存在含关键部件的复杂系统。针对此类系统,只有当系统中关键部件发生故障时,系统才发生故障;而非关键部件故障降低产品合格率。由此,提出定期检测的预防性维修策略,考虑了两种相互独立的更新情况(预防性维修更新和故障更新),并基于延迟时间理论和更新报酬理论建立预防性维修策略优化模型,通过最大化单位时间内的期望利润确定最优的预防性维修周期。最后,在算例分析中给出模型求解流程并对其验证,得到最优的预防性维修周期。     

多类型冲击的竞争失效过程可靠性建模研究

针对连续性退化过程中同时存在多种类型冲击的问题,在变失效阈值模型的基础上,建立考虑多种类型冲击的竞争失效模型。首先,基于变阈值失效模型分析多种冲击类型同时存在时对系统可靠性的影响,给出模型的主要失效模式;然后结合极值冲击模型给出竞争失效可靠性建模的一般方法,求解竞争失效可靠性模型的解析表达式;最后,以某微型发动机为研究对象,对该文提出的方法进行对比验证,证明该方法能有效防止对系统可靠性的盲目乐观估计,防止突发故障的发生。     

考虑维修场所的动车组多部件双目标成组维修研究

为探究维修场所选择对动车组多部件维修策略制定的影响,综合考虑维修方式、维修场所类别和维修人员等因素,以减少维修成本和维修时间为目标,建立了考虑维修场所的动车组多部件双目标成组维修模型。首先,在两级非完美维修方式的基础上,引入维修场所对维修方式的约束,通过维修场所的选择进一步选择维修方式。然后,提出一种部件维修任务分配算法,实现了维修人员与部件维修任务的优化匹配,使得系统维修时间最短;同时,将该算法引入到遗传算法中,用于求解考虑维修场所和系统维修时间的成组维修模型。实例分析表明,所提出的维修策略在满足动车组部件可靠度要求的前提下,减少了系统的维修成本和维修时间。研究结果可为合理制定动车组维修策略提供理论参考。     

基于小样本失效数据的机械可靠性评估

"高可靠,少失效"的机械产品或系统特征使得可靠性评估变得愈发困难。针对这一问题,提出了一种基于三参数威布尔分布的小样本失效数据的机械可靠性评估方法。在确定寿命分布模型的基础上对小样本失效数据采用灰色估计法进行三参数估计,并进行拟合优度检验,进而通过蒙特卡洛抽样得到的子样作为参数的贝叶斯先验分布。在此基础上通过贝叶斯公式计算三参数后验分布,继而得到系统的可靠度、失效率等可靠性指标,更加准确地对小样本失效数据的机械可靠性进行评估。实际算例验证了方法的有效性。     

铁路电气化接触网设备的运行不足与改进建议

接触网是电气化铁路向电力机车提供电能供应的重要设备，它的可靠性与稳定性直接决定了整个电气化铁路系统的可靠性与稳定性。在本文中，笔者首先分析了我国接触网设备维修的现状，并在此基础之上，结合可靠性维修策略，给出了相关的解决措施。     

基于FMEA和RCM的重型汽车维修策略研究

针对我国重型汽车现行维修模式缺乏针对性,维修效率低下、维修成本高昂等问题,运用以可靠性为中心的维修(RCM)理论提出状态维修与预防维修相结合,以可靠性为中心兼顾经济性的维修策略。     

随机冲击影响的多部件退化设备寿命预测方法

针对随机冲击影响下的多部件串联退化设备,该文提出一种基于竞争失效的可靠性评估与寿命预测方法。首先,分别用线性随机过程描述设备各部件的连续退化过程,并使用复合泊松过程刻画因随机冲击导致部件退化水平累积的影响;其次,鉴于冲击导致的软、硬竞争失效过程,通过构建冲击造成的硬失效影响之间的相关性,得到设备的可靠度函数进而得到其寿命分布曲线;最后,数值仿真说明不同冲击参数对设备可靠性及寿命分布结果的影响。实例验证结果表明:该文所提方法能够提高多部件退化设备可靠性评估及寿命预测精度,具有一定的工程应用价值。     

基于马尔科夫决策的冷贮备串联系统状态维修与备件联合优化

以冷贮备串联系统为研究对象,采用离散过程描述设备的有限退化状态,考虑维修策略与备件库存的耦合效应,以系统长期折扣成本最低为目标,基于马尔科夫决策过程,建立状态维修和备件库存联合优化模型。采用值迭代算法进行求解,得到最优状态维修策略与备件库存策略。研究结果表明,在备件充足时,考虑系统运维状态最佳,对退化部件进行预防维修可降低系统长期折扣成本。简单地选择频繁订货或持有大量库存相较于最优备件策略会产生高额的成本损失,损失最高可达65%,且缺货成本对长期折扣成本影响较不显著。     

基于事故的地铁电梯预防性维护和故障检修

主要研究基于灾难的地铁电梯预防性维护以及故障检测策略。对地铁电梯灾难的骨牌原理以及其他原因进行了分析,并构建了基于灾难的地铁电梯预防性维护维修模型,据此能够编制有效的维修策略,避免地铁电梯事故。