基于随机退化过程的动态视情维修优化方法研究

Condition-based maintenance (CBM) is a kind of effective maintenance strategy for performance deteriorating systems. CBM has attracted great attention from the maintenance department in industry and military. Current optimization methods of CBM cannot satisfy the maintenance requirements of modern systems for lack of the consideration of uncertainties in the process of degradation and maintenance. In order to improve the scientific level of maintenance decision and reduce the maintenance cost, this project aims to research the optimization method of condition-based dynamic maintenance based on stochastic degradation processes. The optimization method of nonperiodic inspection maintenance based on stationary stochastic degradation process, which considers measurement errors, imperfect maintenance and competing risks, will be first studied for the system which can be seemed as a single unit. As the degradation process has uncertainties,the condition-based dynamic maintenance optimization with abrupt degradation changes is further studied. Finally, based on foregoing research, the maintenance optimization method with consideration of correlative relationship for the multi-component system is derived. The research of this project will improve the practicality and efficiency of the optimization method for CBM decision.

视情维修是针对性能退化系统的一种有效维修方式，是现代工业和军事维修领域的研究重点。目前视情维修优化方法对系统退化过程以及检修过程的动态性和不确定性考虑仍存在不足，难以满足现代系统的维修要求。因此，为提高视情维修决策的科学性，降低维修成本，项目研究基于随机退化过程的动态视情维修优化方法。首先针对具有平稳随机退化过程的单部件系统，分别研究考虑测量误差、不完全维修和竞争失效下的非周期检测维修优化方法；同时，考虑到退化过程的动态不确定性，进一步研究了含有退化突变的非平稳退化过程动态视情维修优化方法；在此基础上，建立考虑部件间相关性的多部件动态视情维修优化方法。该项目的研究能够提高视情维修决策优化模型的有效性和实用性。

依据项目研究计划，本项目针对具有随机退化过程的系统开展动态视情维修优化研究，分别对考虑不确定影响因素的非周期检测维修优化、考虑退化突变的多阶段退化过程动态视情维修优化、考虑部件间相关性的动态视情维修优化方法以及多部件系统的选择性维修优化进行了研究。.（1）针对单部件系统开展了考虑测量误差的非周期检测维修优化方法研究。对于退化过程服从Gamma随机过程的系统，研究了系统的测量误差服从Wiener过程时，测量值组成的点过程具有Markov性，依据更新酬劳定理，建立以长期运行下的系统维修费用为目标的非周期检测维修优化模型。通过算例计算，获得了非周期检测的最优维修决策变量，分析得到测量误差对于维修规划具有重要影响，因此，在维修计划的制定过程中应充分考虑测量误差的影响。.（2）针对具有突变的多阶段退化系统的动态视情维修优化方法研究。由于退化过程受环境或退化机理变化等影响，系统的退化过程存在退化突变和突发失效等现象。针对退化变点研究了利用CUSUM算法在线获得变点发生时间，进而以系统长期运行的维修费用最小为优化目标，在不同的退化阶段得到动态的预防性维修阈值和检测间隔，形成与多阶段退化过程相适应的动态视情维修优化方法。通过与不考虑变点的传统维修方法进行对比，考虑变点的动态视情维修更能准确依据系统的退化状态动态调整维修计划，使得系统的长期运行维修费用有效降低。.（3）针对多部件系统的动态视情维修优化方法研究。复杂多部件系统的组成单元之间往往具有相关性，如退化速率之间的相互影响，维修费用之间的相互影响等，通过考虑复杂系统组成单元之间的退化相关，建立动态视情维修优化模型。通过与不考虑交互的优化模型结果对比，动态交互对系统的维修计划制定具有重要影响，考虑交互的动态视情维修优化模型能够更准确的对系统的维修进行决策优化。另外，针对复杂装备系统，开展了以维修时间最短为目标，考虑任务以及资源约束的选择性维修优化方法研究，对于解决多部件系统的维修决策优化进行了有益尝试。