考虑多重相关性的多部件系统的维修性建模与分析

In modern society, systems composed of multiple components which may interact with each other play a vital role and become more and more important. In order to achieve the equilibrium between the system safety and the economy of maintenance, more and more attention has been paid to the investigation of maintenance policies in the literature. Comparing to the single-component system, maintenance analysis of multi-component systems is more intractable and challenging due to the structural dependence, stochastic dependence and economic dependence between components. Until now, in the framework of maintenance analysis of the multiple components with dependencies, economic dependence has been extensively investigated comparing to structural dependence and stochastic dependence. Little attention has been paid to the study of systems with multiple dependencies.. This project intends to assess the maintenance policies of multi-component systems where multiple dependencies are involved. We will focus on the modeling of multi-component system with structural dependence, stochastic dependence as well as economic dependence. Maintenance policies will be formulated and the corresponding maintenance costs will be derived. Besides, the method with respect to the optimisation of the maintenance cost will also be provided. The research achievements will further enrich and develop the theory and application of maintenance, which is meaningful in the perspectives of maintenance theory and maintenance application.

现代社会中，多部件系统在人们的日常生活中起到越来越重要的作用。为了兼顾系统运行的安全性和维修的经济性，维修问题一直是学者们关注的热点。与传统的单部件系统相比，多部件系统的维修问题由于部件间的结构相关性、随机相关性和经济相关性而变的更加复杂、 更具挑战。据可检索的文献来看，至今鲜有同时考虑上述三种相关性的系统维修理论研究。本项目拟针对这一问题，构建一套科学合理的、充分考虑部件间多重相关性特征的系统维修理论模型，制定具有一定普适性的系统维修策略，通过理论分析与具体随机优化算法相结合，获取系统的最优维修方案，进一步揭示多重相关性对系统维修决策的影响，为系统运行的可靠性和维修的经济性提供理论基础。本项目的研究成果将进一步丰富和发展维修的理论研究与适用范围，具有重要的理论价值和现实意义。

作为延长设备寿命、确保生产正常运行、预防事故发生的重要手段，合理的维修能够兼顾设备的安全性及维修的经济性，意义重大。随着设备的精密化、复杂化和大型化，相关性普遍存在于各类设备中，对系统可靠性和运维费用影响显著。本项目针对相关这一主题，构建了科学合理的、充分考虑部件间多重相关性特征的系统维修理论模型及求解算法，揭示了多重相关性对系统维修决策的影响，相关成果陆续发表(含录用)在IISE Transactions、RESS、EJOR、《运筹于管理》等重要期刊，为系统运行的可靠性和维修的经济性提供理论基础。具体地，本项目的主要研究内容和结果如下：.1.本项目构建了动态工作场景下退化系统的可靠性和维修优化问题，考虑了设备运行工况对设备退化过程的影响，给出了设备可靠性、可用度函数，并进一步提出了周期性检修策略，利用半再生过程计算出了有限时间和无限时间场景下设备的维修费用，研究成果已形成学术论文，相关理论可以用于变工况下退化产品如机电设备、水下航行设备的轴承、阀门等可靠性评估及维修优化策略制定。.2.本项目探讨了失效相关和经济相关性下多部件产品的可靠性和维修优化问题，提出了多种失效相依模型和多层级检修策略，能够为军事装备系统的可靠性设计和可靠性及运维策略费用评估提供理论参考和实践指导。.3.本项目考虑了部分可观测信息下负载分担系统的维修决策问题，提出了观测信息不完备场景下的决策方法，能够为某些子系统/部件级失效不可观测的设备提供合理的检修策略和费用评估。.4.本项目研究了多种失效模式下的设备可靠性评估和维修优化问题，研究可用于多元失效模式下的表决系统的运维优化策略制定，也考虑了竞争失效关系下生产系统的联合生产和运维优化问题，利用部分可观测马尔可夫过程、半马氏过程等理论工具给出了有限时间和无限时间视角下的最优运维生产费用，并进一步设计了具体求解算法。.上述研究大大丰富和和发展了维修的理论研究与适用范围，具有重要的理论价值和现实意义。