基于批量生产模式的混联系统双导向机会维护建模

针对混联生产系统中的设备维护问题,结合生产特点,提出双导向机会维护策略:利用批次生产之间的准备过程进行预防性维护,提出以生产特点为导向的机会维护策略(advance-do nothing-postpone strategy,ADP),对单机设备的维护计划进行优化,降低单机设备的维护成本。基于单机设备优化后的预防性维护计划,对多机系统进行联合维护,提出以维护活动为导向的机会维护策略(maintenance-driven opportunistic maintenance strategy,MODM),进一步降低系统的维护成本,数值实验结果证明双导向机会维护策略能有效降低系统停机成本,优化系统总成本,实现经济收益。     

考虑质量损失的退化系统维护建模

为有效解决退化系统的预防性维护问题,以"两设备带缓冲区"的系统模型为研究对象,综合考虑产品质量损失和缓冲区的影响,建立以最小化单位运行成本为目标的预防性维护模型.基于田口质量损失理论,构建系统状态与质量损失间的函数关系;针对退化系统中的瓶颈设备和非瓶颈设备,分别建立基于可靠度和时间的预防性维护策略.根据约束理论,以瓶颈设备的预防性维护作为机会维护(OM)的决策点,利用期望成本节余函数来判断是否对非瓶颈设备进行机会维护.利用迭代算法寻找最优决策组合,并通过蒙特卡罗仿真对算例进行分析.结果表明,所建模型是可行且有效的;与计划维护策略相比,机会维护(OM)策略在降低成本和提高产出方面的表现更优.     

X-R控制图的串行生产系统维护建模方法

针对需要实时监控产品质量与设备状态的带缓冲退化生产系统的设备维护问题,本文提出综合考虑控制图及缓冲区的串行生产系统维护建模方法。采用均值控制图对上游设备的生产过程进行监控,根据过程状态采取反应性维护策略,下游瓶颈设备采取状态维护,并以瓶颈设备的预防维护作为机会维护决策点,建立以检测的产品批量,控制图控制限参数,状态维护阈值,机会维护阈值以及缓冲区大小为决策变量的成本模型。通过数值实验分析表明该建模方法可有效协调过程监控与维护策略,相较于传统维护策略能显著降低生产成本。     

串联生产系统预防性维护计划建模与优化

针对具有中间缓冲的多设备串联生产系统预防性维护问题,以最小化维护相关成本为目标,建立了基于设备役龄的维护/换新计划模型。分析设备因故障、维护或饥饿而造成的停机损失,依据蒙特卡洛仿真方法,并采用遗传算法进行优化求解。综合成本随着系统产出率要求、单位时间产出、小修时间的增大而增大;15台设备系统中,所得综合成本仅为传统总成本的55.9%。     

考虑设备劣化及随机需求的最优生产周期模型

针对生产过程中由于设备劣化引起产品缺陷率增大以及顾客需求波动问题,构建了综合考虑设备劣化和需求随机的最优生产周期模型。利用伽马过程对上游生产单元的劣化过程进行建模,并假设当其劣化量达到中间某一水平时,生产活动从"受控"转变为"失控"状态;以此为基础,在假设下游需求随机的条件下,以最小化单位产品的总成本为优化目标建立了数学模型;借助数值实例演示了本模型的有效性,并对相关参数作了敏感性分析。分析结果表明:本文所提模型对于描述设备劣化程度对产品质量的影响,降低企业运行成本(库存、返工、维护等)有一定的指导意义。     

考虑系统时变效应与预防性维护的平行机调度

实施预防性维护(PM)能改善晶圆制造厂离子注入工序中设备状态从而改善晶圆卡（lot）加工时间延长的问题,基于此,研究考虑系统时变效应与预防性维护的平行机调度问题. 以最小化最大完工时间为优化目标,建立包括设备可靠性以及工件实际加工时间约束的数学非线性规划模型. 设计求解该模型的学习型遗传算法(LGA),针对问题特性引入最优支配规则改进变异操作,构建预防性维护知识库指导进化后期预防性维护决策,以提升算法质量. 算例实验结果表明,改进的学习型遗传算法能有效应对系统时变效应对生产调度的影响,减少最大完工时间,具有实用价值. 通过灵敏度分析实验研究晶圆卡对设备状态衰退的敏感程度和预防性维护对调度决策的影响,为实际车间调度提供决策支持.     

考虑周期预防性维护的异速并行机集成调度研究

针对异速并行机系统,考虑机器具有周期预防性维护的不可用约束,建立生产调度与预防性维护集成优化的混合整数规划模型。基于改进LPT的机器负载均衡技术与基于最小装箱松弛法的单机调度优化算法,设计了有效的启发式算法HCA,与Cplex的数据试验比较表明,对于中小规模问题其解与最优解或低界的百分比误差小于10％。设计了结合装箱算法的混合遗传算法HGA,与HCA对比的数据试验表明,对于大规模问题HGA表现更加优异。通过与独立决策比较的数据实验证明了生产调度与设备维护的联合决策模型效果更优,可有效协调车间生产与维修的总体计划。     

基于约束理论的多阶瓶颈串/并联系统的机会维护

基于瓶颈约束理论在存在瓶颈工序的多台设备组成的对串/并联生产系统中,基于瓶颈约束理论,对不同节拍工序进行阶次定义,并对不同工序的设备进行不同的机会维护策略,既能在保证生产系统的可靠性需求的同时,又能够避免维护的浪费。采用可靠度调整因子描述设备维护前后的可靠度演变,从而建立了一种使串/并联生产线产能和维护成本联合最优的机会维护模型,通过蒙特卡洛仿真得到最优的阈值组合和设备维护计划。应用实例结果显示,该方法能为多阶瓶颈串/并联系统提供一个保证产能和成本联合最优的机会维护方案。     

最小化维护成本的设备风险分配模型

设备风险分配是基于风险的维护中的基本问题,已有的风险分配方法对降低风险带来的维护成本的增加缺乏足够的考虑.不同设备部件降低相同风险带来的成本增加是不同的,基于此,利用故障树分析法建立部件风险和设备风险之间的函数关系,以总维护成本为优化目标,建立风险分配的优化模型,并详细讨论串联系统在部件寿命服从Weibull分布条件下的解.案例研究的结果表明了模型可以在保证风险水平下降低维护成本.     

基于(火用)经济分析法的地面集输系统用能经济评价

针对某油田A区块地面集输系统生产能耗偏高的现象,提出了一套利用可再生能源优化生产系统的可行性方案来降低该区块的能耗经济损失。针对该区块原有的生产系统和改进后的生产系统进行用能评价,判断改进方案的可行性。通过建立矩阵模式热经济学模型,采用经济分析方法,对系统中的主要能耗设备进行成本计算,综合考虑了系统能量利用率和投资费用两方面因素,通过经济对比发现,改进后系统中主要产品的经济成本明显降低。指出了合理利用能量以保证经济效益的途径,能够综合反映系统的节能性与经济性,为系统方案设计的比较与决策提供了科学依据。     

“多站融合”背景下边缘数据中心运行优化研究

随着泛在电力物联网的发展，传统通信技术与计算平台已逐渐无法适应庞大的数据传输与计算规模，5G通信技术与边缘计算将成为支撑泛在电力物联网建设的中坚力量。“多站融合”模式的提出为边缘数据中心的运营提供了新的方向，多站一体化运行方法有待深入研究。针对边缘数据中心的数据迁移方法以及“多站融合”模式下各功能站协同优化问题，文章设计了涵盖数据中心、储能电站等功能站的融合站运行架构，构建了数据中心负荷模型、储能电站数学模型，并基于混合整数非线性规划方法，建立了以最小化年总成本为目标的融合站协同优化与数据迁移调度模型。通过模型的优化求解，确定了最佳数据迁移调度策略与储能电站最优运行方案。利用案例分别对数据迁移策略与储能电站的作用进行仿真分析，通过计算，采用数据迁移策略后，典型日运行成本降低了2.38%，年总成本降低了1.36%；发挥储能电站削峰填谷作用后，典型日运行成本进一步降低了8.34%，年总成本进一步降低了4.67%。结果表明，在满足时延约束情况下将数据负荷按一定策略进行分配可以实现各边缘数据中心互补调度，达到降低运行成本的效果，结合分时电价政策，利用储能电站参与日常电力调度，可以进一步将峰时负荷转移至谷时，从而显著降低运行成本。     

FPSO能源系统优化研究

随着深海及边际油田的不断开发,FPSO（浮式生产储卸油装置）广泛应用于海上油气田开发。FPSO作为兼具产能和耗能的油气生产装置,在满足其用能需求的前提下,采取一个经济的能源分配方案,不仅有利于降低建设成本,同时有助于提高整个系统的能源利用率,促进节能。以能源系统年总成本费用最低为目标函数,在考虑能源平衡约束和技术约束的条件下,建立并求解一个FPSO分布式能源系统的混合整数线性规划（MILP）模型,以此确定年总成本最少的情况下的设备选择和容量以及相应的运行方案,从而达到节能降耗的目的。以渤海某FPSO为实例,对模型进行了计算验证。结果表明,与传统的运行方案相比,分布式能源系统可降低经济费用14.6%。此外,研究了能源价格对系统经济性的影响,发现天然气价格的上涨对DES（分布式能源系统）设计和运行影响较大。     

基于混合故障率的并联系统预防维修优化及其仿真

针对并联冗余系统,引入基于役龄回退因子和故障率增加因子的混合故障率,构建了有限时间分别以可靠度和费用为目标函数的两种预防维修优化模型,结合模型给出一算例,利用Matlab实现的遗传算法对系统的维护策略进行优化及其仿真,并研究了系统总费用与可靠度之间的相互约束关系,实例验证了该模型的正确性.     

Maintenance Optimization for EMU Trains Considering Environmental Impacts and Correlations

考虑环境因素和多种相关性的动车组列车维修决策

刘剑坤,蒋祖华

（上海交通大学,机械与动力工程学院,上海 200240）

摘 要：动车组实际运行环境复杂,系统部件之间可靠度相互影响,这些都对动车组列车的维修决策产生了巨大挑战。针对上述问题,本文分析了环境因素和故障相关矩阵综合影响下动车组列车可靠度与故障率演化规律。考虑到转向架维护在动车组维护中的重要性,以多个转向架系统的串联表示一个动车组列车,以总维修成本最低为优化目标,综合预防性维修和故障维修两种维修方式,建立动车组列车维修决策模型。并针对模型提出一种动态维修策略,该策略可以通过灵活设置预防性维修阈值以及机会维修阈值提高维修计划的经济性。并运用人工蜂群算法对该策略中的阈值参数进行进一步迭代优化。本文通过一个具体的动车组列车作为算例进行结果的计算和验证,结果证明该维修决策模型的有效性。将动态维修策略与传统的机会维修策略对比,算例分析表明本文提出的策略能够适应复杂环境的变化从而降低维修成本。经过对维修策略模型的敏感性分析,研究了故障相关系数以及成本系数对于整体维修决策的影响。本文为实际复杂环境中运行的动车组列车维修提供决策参考,同时为复杂系统的维修决策及可靠度研究提供了理论支持。

关键词： 铁路运输;预防性维修;相关性;人工蜂群算法;环境影响

     

基于耐久性极限状态的预应力混凝土构件全寿命维护成本优化研究

现行混凝土结构耐久性设计规范指出,与普通钢筋混凝土构件不同,预应力混凝土构件以预应力筋表面区域氯离子浓度达到临界阈值作为耐久性极限状态。针对预应力混凝土简支梁构件维护决策问题,结合已有模拟氯离子侵蚀进程的扩散模型,利用蒙特卡洛抽样及多项式拟合方法,建立预应力混凝土构件可靠度时变计算公式。进一步,采用虚拟役龄表征构件的耐久性状态,考虑质量检测工作精度、预防性防护、必要性维修等影响因子,建立基于全寿命成本理论的树形分析模型。通过计算不同预防性防护、检测周期、总维护寿命等多种工况下构件的可靠度和维护成本,与分别基于时间和可靠度指标控制的两类维护方案对比,表明本文提出的模型能在满足构件可靠度要求的前提下,提供更为合理的全寿命维护方案,为预应力混凝土构件的加固维护提供参考。     

工程项目三目标决策模型的构建

对于工程项目管理中工期、质量和成本三大目标集成控制问题从系统的角度,通过对三大目标中的两两之间的关系分析可知,相互制约可以减少因素之间的自由度.并根据工程实际情况,构建了目标因素之间函数关系,架起向三大目标之间关系的桥梁,使得模型的约束关系更加科学合理.通过决策模型的构建,实现了对工程项目多目标体系的集成控制,是实现工期、质量和成本集成优化的基础.     

网络化整经机生产监控系统的软件设计

为实现准备车间生产管理的信息化和生产数据在局域网内的共用,以及与纺织厂生产信息监控系统的有效集成,根据准备车间的实际需求,开发了一种新型的网络化监控系统.对系统开发的可行性进行了研究,对系统的体系结构和工作原理进行了分析,利用网络技术、通信技术和数据库技术对系统开发过程中的多机通信过程、数据采集技术、异构数据库集成技术进行了设计,并利用多线程技术对数据采集过程进行了优化.实践表明,该系统具有系统管理、参数设置、数据监控和数据处理功能.     

考虑认知不确定性的风力发电机维护决策优化

风电清洁又安全,然而,风力发电机存在维护成本高、难度大的特点。在将风力发电机作为多状态系统进行维护决策优化时,其各个状态的性能水平、状态转移概率和维护成本等很难精准得知,因而模型中会产生认知不确定性。以特定型号风力发电机的实际运行情况为背景,利用其运行过程中可能出现的多个性能水平进行多状态退化建模,提出一种基于模糊马尔科夫决策过程的风力发电机维护决策优化方法,再用三角模糊数量化模型中的状态转移概率、设备单位时间收益等参数的认知不确定性,最终实现求解。该方法旨在考虑模型认知不确定性下优化合理的维护决策,在工程中更好地实现兆瓦级风力发电机系统的收益最大化。     

基于部件更新的海上风电场备件数量优化

海上风机重要部件价格高昂,备件数量配置不合理会导致风机可用率低,成本增加。为了合理确定备件数量,提出了基于部件更新的海上风电场备件数量优化方案。首先,针对部件复杂的劣化过程引入不定期检测策略,运用时间延迟理论优化部件维护策略,得出了部件的更新周期。其次,考虑备件的循环利用,以提高部件可用率为目标,构建基于部件更新的马尔科夫过程。最后,通过算例仿真,证实了该方法有助于合理配置备件数量,降低备件管理成本。     

基于置信水平和熵权法的参数和容差经济性设计

为降低生产运作成本并提高产品稳健性,需要对产品系统进行参数和容差的经济性设计.本文考虑模型参数不确定性和质量损失函数系数对优化结果的影响,从质量损失成本和容差成本的角度,提出了基于置信水平和熵权法的参数和容差经济性设计方法.该方法分为两个阶段:在参数设计阶段,根据因子响应试验数据构建质量特性的响应曲面模型,进而得到质量特性规格限为约束区间的置信水平计算公式,再通过最大化置信水平得到最优设计变量;在容差设计阶段,构建质量特性的均值方差关于设计变量和容差的模型,同时根据容差成本试验数据构建容差成本模型,再采用熵权法计算质量损失函数系数进而构建总成本函数,最终通过最小化总成本计算最优容差值.本文以树脂生产过程的胺添加试验为案例,系统地研究了温度、搅拌速度和添加速度这三个设计变量对树脂粘度的影响.结果表明,与已有方法相比,通过本文方法所确定的最优设计变量及其容差值,减少了模型参数不确定性对优化结果影响,同时降低了质量损失和容差成本.