基于现场可靠性的任务可变系统用机量与动态预防维修的联合优化

Abstract：A multi-machine system, which has variable task and includes operating machines, standby machines, a repairing machine and waiting machines, exists widely in modern enterprises. The reliability enhancement of machines and maintenance cost reduction of the system are one of the main approaches to improve economic benefit. In order to reasonably establish the field reliability of machines, and joint optimize machine amount and dynamic preventive maintenance (PR), this project will develop the field reliability of machines preventively maintained several times through combining field data and hazard rate assumptions. Then, a joint optimization of dynamic PM and machine amount will be created based on the obtained field reliability and considered the variety of task. The optimal machine amount and the dynamic PM policy will be determined by minimizing the long running cost rate of the system. Finally, cases studies using models and algorithms proposed in this project will be performed. The outcome of this project will provide theoretical and decision support for the imperfect PM reliability and the joint optimization of the dynamic PM strategy and machine amount of the multi-machine system with variable task.

由工作、贮备、在修及待修设备组成，具有可变生产任务的多机生产系统普遍存在于现代企业中。提升设备可靠性、降低系统维护成本是提高企业经济效益的主要途径之一。为合理建模设备现场可靠性、联合优化系统用机量与动态预防性维修策略，本项目首先拟采用现场数据和故障率假设模型结合的方法建模经过非完整预防性维修的设备现场可靠性；接着以所建现场可靠性模型为基础并考虑系统生产任务的变化，建立系统动态维修策略和用机量的联合优化模型，并以系统长期运行成本最小为优化目标，确定最优的设备配置和动态预防性维修策略；最后通过案例研究验证所提模型和方法的科学性。本项目的研究成果将为非完整预防维修可靠性建模、任务可变的多机生产系统用机量与动态预防性维修策略的联合优化提供理论依据和决策支持。

由工作、贮备、在修及待修设备组成，具有可变生产任务的多机生产系统普遍存在于实际中。深刻认识设备可靠性、优化资源配置及降低系统维护成本是提高企业经济效益的主要途径之一。本项目以具有任务可变的多机生产系统为对象，围绕预防性维修（PM）策略和资源优化配置问题，分别从下面几个角度开展了研究，并取得相关结论。.1）关于非完美预防性维修（IPM）建模的研究：从现场数据的建模发现，新的设备在新的环境下运行时，由于环境等因素的影响，存在第一个PM间隔内故障率呈“浴盆”形曲线，在后续的PM间隔内呈递增趋势。结合后续IPM模型可以从中分离出环境因素并优化决策，分离后的模型对环境因素的影响和设备可靠性有更深的认识。.2）关于随机任务对设备可靠性影响的研究：研究发现，在可靠度模型中引入随机任务后，系统可靠度和PM成本率与随机任务的均值呈非线性增长关系。因而，随机任务在可靠性建模中不能再被忽视。.3）关于拟周期PM策略的研究：通过优化PM窗口间隔的研究表明，对于单机（设备）系统，PM窗口长度与PM成本率间呈反比关系，但是对于多机（设备）系统存在最优的窗口长度。该结果将为多机生产系统PM决策的制定提供理论支持。.4）关于多机（设备）并行生产系统PM及资源配置优化的研究：研究表明，在给定生产机数的前提下，通过联合优化多机生产系统的PM、贮备机及维修工数，最优的贮备机和维修工配置及PM决策可以通过模型得到最优解，最优贮备机、维修工数随着生产机数的增长呈阶梯形增长。该结果将为多机并行生产系统的资源配置提供新的解决思路。.5)应用研究：将上述理论的部分研究成果应用于地铁车门的可靠性分析和维修决策优化中，相关专利和应用软件系统的转化正在完善和推进中。.项目通过自然基金的支持和团队的努力，从上述五方面开展了研究，研究结果丰富了IPM的建模方法，也为多机生产系统资源配置和PM策略的联合优化提供新的理论和决策支持。