有限维修人员约束下订单驱动的离散制造系统视情维修调度研究

In order-driven multi-unit discrete manufacturing systems which consist of multiple machines, the order quantity of the enterprise influences the deterioration processes and the maintenance requirements of machines. Besides, as maintenance resources shared by multiple machines, limited maintenance workers restrain the maintenance planning of multi-unit manufacturing systems. Existing studies on the condition-based maintenance scheduling for multi-unit manufacturing systems have not paid enough attention to the order quantity and limited maintenance workers. Based on historical failure data and real-time monitoring data, firstly, this project studies the influence of the order quantity and dependencies among machines on the deterioration processes of machines, and proposes the deterioration models of machines under imperfect maintenance in order-driven manufacturing systems. Secondly, this project studies the influence of limited maintenance workers and dependencies among machines on maintenance time and maintenance cost, and proposes the mathematical models of the efficiency and economic performance indices of the maintenance scheduling for multi-unit manufacturing systems under the constraint of limited maintenance workers. Thirdly, this project studies the influence of dependencies among machines on the maintenance policy for multi-unit manufacturing systems, proposes a two-threshold-based condition-based group maintenance policy for multi-unit manufacturing systems, and optimizes the number of maintenance workers. Finally, the proposed models and methods are validated by simulations. This project is of great significance, both theoretically and practically, for order-driven discrete manufacturing enterprises to improve the maintenance efficiency and reduce the maintenance cost.

在订单驱动的多设备离散制造系统中，企业订单量会影响生产设备的衰退过程和维护需求，维修人员作为多台生产设备共享的有限维护资源会约束多设备制造系统的维护计划，目前针对多设备制造系统的视情维修研究并没有充分关注订单量和有限维修人员这两个因素。本项目将基于历史故障数据和实时状态监测数据，研究订单量和设备间依赖性对生产设备衰退过程的影响，建立修复非新维护下订单驱动的制造系统中生产设备的衰退演化模型；研究有限维修人员和设备间依赖性对多设备制造系统维护时间和维护成本的影响，建立有限维修人员约束下制造系统维护调度效率性和经济性性能指标的数学模型；研究设备间依赖性对多设备制造系统维护策略的影响，提出多设备制造系统的双阈值视情成组维修策略并优化维修人员人数；在上述理论研究基础上对所提出的模型和方法进行仿真验证。本项目的研究对订单驱动的离散制造企业提高维护效率和降低维护成本具有重要的理论意义和实际应用价值。

在订单驱动的多设备离散制造系统中，企业订单量会影响生产设备的衰退过程和维护需求，维修人员作为多台生产设备共享的有限维护资源会约束多设备制造系统的维护计划，目前针对多设备制造系统的视情维修研究并没有充分关注订单量和有限维修人员这两个因素。本项目的主要研究成果：（1）提出了基于线性变换、动态时间规整距离、领域适配和长短期记忆人工神经网络的生产设备健康指数预测算法，建立了基于威布尔分布的反映生产设备自身衰退演化规律的可靠度数学模型，提出了基于季节性差分自回归移动平均模型的未来客户订单量预测方法，建立了均分载荷共享机制下订单量与并联生产线工作载荷的映射模型。（2）建立了考虑生产设备间结构依赖性和随机依赖性的生产线工作载荷与生产设备工作载荷的映射模型，考虑生产设备间经济依赖性并引入了基于维护时间窗的设备群体成组维护策略，提出了有限维修人员约束下每次维护作业时系统停机维护时长的数学模型和有限维修人员约束下维护成本的数学模型。（3）建立了修复非新维护前后生产设备的可靠度递推数学模型，提出了基于预防性维护阈值和替换阈值的制造系统双阈值视情成组维修策略，建立了考虑维护时间窗和维修人员人数的维护成本模型，提出了维护时间窗和维修人员人数优化方法，建立了新增生产线后车间总成本模型，提出了新生产线的建造时间优化方法。（4）通过空调压缩机壳体生产车间的维护决策仿真模拟，验证了本项目提出的离散制造系统视情维修调度及优化模型与方法的正确性和有效性。本项目对丰富多设备制造系统视情维修调度理论和方法体系、提高订单驱动的离散制造企业维护效率并降低维护成本具有重要的理论意义和实际应用价值。本项目取得了如下科研成果：发表了期刊论文10篇，其中SCI期刊论文9篇、中文核心期刊论文1篇；参加了4次国际学术会议，发表了英文EI会议论文3篇；培养了硕士研究生9名，其中毕业6名。达到了预期的考核指标要求。