维修次数有限情形下复杂可修系统最优维修策略研究

As an important way, Maintenanc has been introduced to keep the complex system reliability and safety above a satisfactory level. Constraints such as safety and technique always cause that the practical engineering systems can only be repaired only a limited number of times, which is rarely studied in the most existing literature. Hence, choosing the inertial platform of the missile weapon system as research object, this project will mainly focus on developing the optimal maintenance policies based on all the gathered information respectively for the three cases that the system degradation status can't be observed directly, the system has multiple dependent failure modes, and the system operate in an external random environment, through minimizing the expected total cost per unit time under the constraint that the system can only be repaired a limited number of times. Moreover, the application of these theoretical results will also be studied using the data obtained from the real military equipment. Our research and relevant results are of important theoretical significance and practical value in that they can provide an effective technical support and reliable decision basis for the military equipment maintenance, which can further improve the maintenance level of the armed forces and reduce the maintenance cost.

维修是保证复杂系统可靠性和安全性处于满意水平之上的一个重要手段。实际工程系统在安全性和技术性等方面的诸多限制常常导致其只能接受有限次维修，而现有的维修决策建模方法鲜有考虑维修次数限制带来的影响。为此，本项目拟以导弹武器系统中的惯性平台为研究背景，突出维修次数有限这一重要特征，根据收集到的此类复杂系统运行期间的各种性能退化数据，以单位时间期望维修费用最小为目标，对复杂可修系统在退化状态部分可观测、具有多种相互影响失效模式和受外部环境影响这三类情形下的最优维修策略进行探索性的理论研究，并结合部队实际数据进行应用验证。本课题的研究成果可以为部队的维修保障提供有效技术支撑和可靠决策依据，进而提高部队装备维修保障水平、减少维修保障费用，因此，具有重要的理论意义和实用价值。

本课题以维修次数有限的复杂可修系统为对象，研究了其在性能监测信息部分可观测、失效模式相互影响及受环境影响这三种情形下的维修决策建模与优化技术。此外，还以导弹武器装备为研究背景，开展了课题成果的应用研究。主要内容如下：.（1）对于维修次数有限的部分可观测系统，建立了其最优维修方程，获得了用以提高最优维修策略求解算法效率的最优维修策略结构特性，并证明了阈值型最优维修策略的存在性和阈值的单调性；通过引入维修效果矩阵，进一步给出了维修效果不完美时的最优维修策略。.（2）对于具有双向影响失效模式且维修次数有限情形下系统最优维修策略的研究，首先给出了退化过程波动较大、运行工况存在切换及退化与恢复并存三类情形下系统的剩余寿命估计方法；在此基础上，利用传统失效率函数建立了考虑失效模式双向影响与维修效果的数学模型；最后，建立了维修决策目标函数，并在分析目标函数性质的基础上设计了最优维修决策算法。.（3）对于受外部环境和维修次数有限影响的复杂可修系统，首先基于传统失效率函数建立了其在外部影响及维修效果不完美情形下的性能退化模型，并研究了时变环境和非时变环境下失效率函数的特性，然后在给定的维修策略下建立了维修决策目标函数，并给出了基于蒙特卡罗仿真的优化求解算法。.（4）开展了项目研究成果的应用研究。将本项目的研究成果部分应用于导弹武器装备，并通过了部队的应用检验，表明本课题的研究成果可以为部队的维修保障提供有效技术支撑和可靠决策依据，具有重要的理论意义和实用价值。