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【6h】

基于使用可靠性模型的设备动态预防性维修策略研究

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声明

摘要

符号和变量

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 设备可靠性建模研究概述

1.3 设备维修策略研究现状

1.3.1 维修方式

1.3.2 预防性维修策略研究现状

1.4 主要研究内容

1.5 各章内容简介

第二章 设备使用可靠性建模与实例分析

2.1 可靠性的定量分析

2.1.1 可靠性定量指标

2.1.2 失效数据分析

2.2 Weibull模型的确定

2.2.1 建模方法

2.2.2 模型选择及参数估计

2.3 实例分析

2.3.1 故障数据分析

2.3.2 模型参数估计

2.3.3 模型评价及分析

2.4 本章小结

第三章 面向单部件设备的两种预防性更换策略

3.1 模型背景

3.2 动态拟周期预防性更换策略

3.2.1 维修策略及假设

3.2.2 维修策略优化

3.2.3 模型特例

3.2.4 实例分析

3.3 组合预防性更换策略

3.3.1 模型介绍及假设

3.3.2 成本分析

3.3.3 模型求解

3.3.4 实例分析

3.4 本章小结

第四章 面向两类设备的动态预防性维修策略

4.1 模型背景

4.2 单部件设备动态拟周期预防性维修策略

4.2.1 设备可靠性分析

4.2.2 维修策略建模与分析

4.2.3 维修策略优化

4.2.4 模型特例

4.2.5 实例分析

4.2.6 参数敏感性分析

4.3 单部件设备动态顺序预防性维修策略

4.3.1 模型介绍及假设

4.3.2 维修策略建模

4.3.3 策略优化分析

4.3.4 模型特例

4.3.5 实例分析

4.4.存在不可修故障的两部件串联设备动态拟周期预防性维修策略

4.4.1 模型介绍及假设

4.4.2 维修策略建模与优化

4.4.3 数值案例分析

4.5 故障可修的两部件串联设备动态拟周期预防性维修策略

4.5.1 模型假设及维修策略建模

4.5.2 数值案例

4.6 本章小结

第五章 存在Ⅰ、Ⅱ类故障相关性的两部件并联设备动态拟周期预防性更换策略

5.1 模型背景

5.2 设备可靠性分析

5.2.1 系统假设

5.2.2 可靠性建模

5.3 维修策略及优化

5.3.1 动态预防性更换策略

5.3.2 成本率分析

5.3.3 维修策略优化及分析

5.4.案例分析

5.4.1 数值案例

5.4.2 参数敏感性分析

5.5 本章小结

第六章 存在Ⅰ、Ⅲ类故障相关性及不完备检测的两部件并联设备可靠性建模与维修策略

6.1 模型背景

6.2 设备可靠性分析

6.2.1 系统介绍及假设

6.2.2 设备可靠性建模

6.3 (T,N)维修策略优化

6.3.1 维修策略及假设

6.3.2 维修策略建模

6.3.3 策略优化

6.4 模型特例

6.5 案例分析

6.5.1 数值案例

6.5.2 参数敏感性分析

6.6 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

致谢

参考文献

附录

攻读博士期间取得的科研成果

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摘要

使用可靠性是指设备在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。可以依据设备运行过程中产生的退化信息,用数学模型对其进行定量地描述。预防性维修因能较好地改善设备的使用可靠性而被广泛研究,而使用可靠性模型则是制定预防性维修策略的主要依据。然而设备部件间的故障相关性及检测手段的不完备性等因素加大了设备使用可靠性建模的难度,现有的文献多侧重于考虑单个因素的建模。除此之外,设备外部随机因素对预防性维修计划的影响使得预防性维修行为呈现动态随机性,与现有确定性的预防性维修计划研究相比,维修计划的动态随机性使得维修策略的建模和优化更趋复杂。如何针对不同的设备建立其使用可靠性模型,并以此建模和优化其动态预防性维修策略成为本文对预防性维修策略新的思考和探索。以此为目的,主要开展了以下工作:
  (1)提出了动态拟周期预防性维修策略并建立了动态预防性更换策略优化模型。动态拟周期性预防性维修策略是在周期性预防性维修策略的基础上,将定期预防性维修计划调整为在给定长度的时间区间内随机分布的预防性维修策略。针对单部件设备存在严重不可修故障时,建立了其动态拟周期预防性更换策略优化模型,从理论上证明了一定条件下最优策略的唯一存在性和给定预防性维修实施区间最大长度的确定性。此外,根据部分设备为达到高可靠性运行,在设备预防性维修期间对部分关键部件进行组合更换的现状,提出了使用旧部件为备换件及预防性维修间隔控制在一定范围内的组合预防性更换策略,建立了其优化模型并简要给出了其求解方法。
  (2)建立了单部件及一类两部件串联设备的动态拟周期预防性维修策略优化模型,其中考虑了系统严重故障的可修程度及预防性维修的深度。针对单部件系统,建立了其动态拟周期预防性维修和动态顺序预防性维修策略优化模型,从理论上严格证明了一定条件下最优策略的唯一存在性,以及实施预防性维修活动区间最大长度的确定性。针对一类存在严重故障及部件间寿命存在较大差距的两部件串联系统,分别研究了:a)当严重故障不可修时,建立了预防性维修对两部件分别为完整维修和保养的动态拟周期预防性维修策略优化模型;b)当严重故障可通过提前实施预防性维修排除时,建立了预防性维修对两部件分别为完整和不完整维修的动态拟周期预防性维修策略优化模型。
  (3)建立了存在Ⅰ、Ⅱ类故障相关性的两部件并联系统可靠性及动态拟周期预防性更换策略优化模型。在考虑部件间同时存在Ⅰ、Ⅱ类故障相关性的情形下,从故障率变化的角度建立了系统的可靠性模型。根据生产中定期预防性更换计划呈动态随机分布的实际以及系统故障率在后期迅速增加的特点,建立了系统的动态拟周期预防性更换策略优化模型。经过优化分析给出了最优预防性更换区间唯一存在的证明并得到了满足运行区间大于更换区间的条件。通过数值案例给出了最优策略的求解过程并分析了系统参数的敏感性。
  (4)建立了存在Ⅰ、Ⅲ类故障相关性及不完备检测的两部件并联系统可靠性及(T,N)预防性更换策略优化模型。以生产中某主辅并联系统为参考背景,通过分析部件间故障相关性关系,建立了存在Ⅰ、Ⅲ类故障相关性及不完备检测的系统使用可靠性模型,并以系统长期运行成本率最小为优化目标,建立了动态预防性更换策略优化模型。通过数值案例分析了系统参数对系统使用可靠性、预防性更换策略的影响,分析结果可为系统的设计和维修策略的制定提供一定的理论参考。
  (5)建立了机车柴油机、联合调节器的使用可靠性模型,并有针对性地将提出的动态预防性维修策略应用于部分部件的案例分析中。根据国内某铁路企业的维修记录建立了柴油机的冬、夏季及联合调解器的4个预防性维修间隔内的使用可靠性模型,并针对多重Weibull竞争风险模型提出了一种近似合并算法。根据部件的实际维修背景,将不同部件应用于提出的维修策略,分析比较了忽略预防性计划呈动态变化时制定的维修策略在实际操作中的成本率变化,以说明建模的必要性。
  综合上述,本文从可靠性建模与分析和维修策略建模与优化的角度对不同设备的使用可靠性及动态预防性维修策略进行研究。建模结果表明,在一定假设下设备的使用可靠性模型和提出的动态预防性维修策略能够通过数学模型定量表达。维修策略优化表明,最优策略和实施区间的最大长度是唯一存在的,部分设备的最优策略可通过解析方法求解。通过参数敏感性分析,说明了参数对设备可靠性及维修策略的影响。

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