拉式生产模式下混联系统设备的预防性维护决策和博弈协作

Considering the failure dependence, structural correlation and economic relevance among machines, preventive maintenance strategy and modeling for pull production systems are researched from machine reliability, maintenance resources, as well as production scheduling perspectives. Based on system reliability considering failure dependence, maintenance resources constraint considering economic and structural relevance, economic analysis considering the the cost of human resource, the opportunistic maintenance decision model for series-parallel system machines is analyses, the multi objective preventive maintenance strategy is established. Analyzing the characteristics and constraints of production scheduling under pull production, the maintenance time window is intruduced, the opportunistic maintenance strategy for series-parallel system machines is researched based on production scheduling. Using historical maintenance data and reliability theory, the life of the machine is estimated. The Cooperative decision-making using Game Theory and maintenance cost change are adopted to solve the irreconcilable conflicts between maintenance plan and production plan. The parse opportunistic maintenance strategy for series-parallel system machines under pull production is analyses, the production plan and maintenance plan coupled conflicts are solved to enrich and develop the machine maintenance and management strategies.

本课题从拉式生产的需求出发，综合考虑设备的故障相关性、结构相关性、以及经济相关性，通过设备可靠度、维护资源、以及生产计划三个视角，研究预防性维护决策方法和模型。从基于设备间故障相关性的系统可靠度、考虑经济相关和结构相关的维护资源限制、考虑人力资源组合安排的经济性分析三个方面，深入剖析混联系统设备机会维护决策模型，建立多优化目标的预防性维护策略。针对拉式生产模式下生产计划短促性和多变性，引入维护时间窗概念，建立拉式生产模式下满足生产计划的混联系统设备机会维护策略。利用设备维护历史数据和可靠性寿命理论预测设备的使用寿命。针对设备维护计划和生产计划的耦合和不可调和问题，分别利用维护变动成本对比和博弈协作解决冲突问题。项目将从根本上剖析拉式生产模式下混联系统设备的预防性维护和博弈协作问题，从而解决生产计划和维护计划的耦合矛盾，丰富和发展设备维护管理理论。

生产系统的预防性维护和生产计划的合理编排对企业的经济效益有着重要影响。近年来多品种小批量的拉式生产模式成为主流趋势，企业迫切需要解决生产计划多变下设备的预防性维护问题。而现在企业主流采用的单设备定期预防性维护缺乏对生产任务的通盘考虑，已无法满足拉式生产模式下设备的维护需求。针对当前工程领域生产计划与维护计划冲突下生产效率低下、维护资源限制对维护策略影响不够明确、系统层维护策略缺失等问题，本项目对拉式生产模式下，生产系统相关性、生产计划与维护计划的博弈协作展开了研究。. 本项目研究重要成果分为以下六个方面：. （1）设计了设备多种维护方式决策协调体系，探究了影响设备维护方式决策的主要因素，构建了保养与简单维修相结合确定更换周期的地铁车辆单台设备预防性维护策略影响因素结构模型。. （2）探究了不同节拍工序及生产计划变化对设备可靠性的影响，解决了存在约束限制下设备可靠性演化问题，给出了多阶瓶颈串-并联系统联合产能和预防性维护成本的机会维护方法。. （3）设计了一种考虑故障风险的设备两级非完美顺序预防性维护模型，明确了风险成本对设备可靠性阈值的影响，解决了设备故障衍生危害对维护计划的影响。. （4）构建了联合故障相关以经济性为导向的维护优化模型，给出了以故障链描述故障相关性的方法，总结了存在相关性的复杂机械系统维护方法。. （5）设计了单设备预防性维护和生产调度联合优化模型，给出了一种提前／拖期惩罚成本隶属度函数，探究了拉式生产环境下设备故障对准时交货的影响。. （6）提出了一个基于非合作博弈模型的有限产能下生产批量决策和预防性维护联合优化模型，解决了生产系统生产速率随着生产批量变化对设备维护计划的影响，明确了生产和维护双方中具有优先权的一方在决策中更有优势。. 本项目研究工作实现了生产设备预防性维护策略的理论创新和技术突破，研究水平达到预防性维护领域先进水平，并为今后的研究和应用奠定了坚实的理论基础。