基于动态作业负荷的混联制造系统预知维护和机会维修方法

The project investigating the impact of dynamic workload distribution to the equipment failure distribution function, aims to establish predictive maintenance system and opportunistic maintenance strategy for manufacturing systems under dynamic operating load to reduce breakdown and maintenance costs. Initial parameters value of the failure distribution function is achieved through analysis of historical data; combining with health predictive model based on the condition of facilities and considering the adjustment factor in accordance with the workload of equipment, updating equipment failure function progressively, the degradation model of equipment under dynamic operating load is obtained. Taking availability, maintenance cost and production cost as objective functions, building decision-making model of multi-attribute, a progressive equipment maintenance plan is acquired. Analyzing economic relevance, failure relevance and structure relevance among equipments, taking failure modes, maintenance resource requirements, special service tools demands and spare parts procurement plan into account; multi-type opportunistic maintenance strategy is formulated. Analyzing the conflict types of emergency production schedule with maintenance plan, the automatic adjusted strategy of equipment maintenance plan coping with inserting orders is established. Taking emergency order schedule time window as constraint, researching alternative set of maintenance plan with production delay loss ratio, random failure probability of equipment and breakdown loss ratio, joint coordination strategy for the conflict between emergency production schedule and maintenance plan is constructed.

本项目从动态作业负荷对设备故障分布函数的影响出发，旨在建立动态生产作业负荷下的制造系统预知维护体系和机会维修方法，减少停机损失和维护成本。分析设备故障历史数据，拟合故障分布函数的参数初始值；结合基于状态的设备健康预测模型并考虑作业负荷的调整因子，对设备故障函数进行递进更新，建立动态负荷下的设备衰退演化模型。以设备可用度和维护成本为优化目标，研究多目标的设备维护动态决策策略，建立递进式设备维护计划。分析设备的时间相关性、故障相关性、结构相关性，考虑故障种类和难度、维护人力资源需求、特种工具使用以及备件采购计划，制定多类型的机会维护策略。分析应急生产计划和维护计划的冲突类型，构建应急插单情况下的设备维护计划自动调整策略。以应急生产作业投放时间窗为约束，研究考虑生产延迟损失率、设备随机故障风险概率和停机损失率的维修计划备选集，构建应急生产作业计划和设备维护计划冲突下的联合协调策略。

现在企业主流采用的单设备的重点预防性维护已无法满足企业的生产需求，而定周期的系统整体性预防性维护又缺乏对设备自身运行特征的通盘考虑，极易导致部分设备“维护不足”和“维护过剩”。针对现在的设备维护计划极少考虑设备由于生产负荷变化导致设备失效函数变化，设备的维护规划依然不够贴合设备的实际工作需求，同时由于临时插单、改单等造成的生产计划变动与维护计划产生冲突而不能经济性地解决，针对这些问题进行相关问题研究。. 本项目以混联制造系统设备为对象，从动态生产计划产生设备负荷变化而导致的设备故障分布函数变化出发，综合考虑设备的故障、结构和经济相关性，从设备可靠度、维护资源、以及生产计划等视角，结合基于状态的设备健康预测，研究更新递进的预防性维护规划决策方法和模型，建立动态作业负荷下统筹各种维护资源并配合生产计划的一体化系统维护规划调度理论和体系。. 本项目的研究内容主要包括：动态生产作业负荷下的设备故障密度函数变化规律；动态生产作业负荷下联合生产计划的递进式设备维护策略；多资源约束下的变工况作业设备维护策略；动态生产作业负荷下的设备级和系统级机会维护策略和体系；应急生产作业负荷下的设备维护调整策略等。. 项目在工况时变下设备的预防维护策略，面向动态载荷批量生产的单设备预防维护策略，基于可靠性约束的衰退设备动态预防性维护模型，插单扰动下流水线生产与维护的重调度优化累积维修费用限制下冲击劣化系统的维护策略，设备维护和备件库存的联合建模与决策略，基于约束理论的多阶瓶颈串-并联系统的机会维护，基于产品检测的预防性维护策略，基于瓶颈约束的设备性能退化混联系统动态机会维护模型等方面取得了重要结果。. 项目取得的各项维护策略成果对于诊断设备的动态作业负荷和实际工作状态，更准确的判断设备健康状态，制定适宜的维护计划，以提高维护效率同时保证设备的可利用率，保障生产任务顺利完成且经济性最好等具有重要的指导意义。