基于故障诊断和预测的设备维修与生产计划整合优化

In modern companies, production plan and maintenance schedule are two important activities. The production department has to make production palnning to satisfy production demands, whereas The maintenance department has to ensure the proper functioning of the system through maintenance actions. Conflict is inevitably generated since the two departments share the same system. Some negative effects may happen if the arrangement is not appropriate, such as the reduction of system life and production delays. It is necessary to research the integrated production plan and maintenance schedule, at present the works on the integrated area are not studied in depth, three types of production plan and maintenance schedule are integrated in this project and further studied step by step, that is, the problem of the integrated economic production quantity and maintenance, the the problem of the integrated medium-term tactical production planning and the maintenance, and the the problem of the integrated production scheduling and the maintenance. Firstly, 1) this project study the integrated periodical preventive maintenace and paoduction plan; then, 2) based on 1), add fault diagnosis and prognosis in the integrated model, adjust the result obtained by 1) dynamically; next, 3) this project considers the decision-making priorities of production department, propose the integrated model by game thory to optimal the production plan and maintenance schedule; Finally, 4) the case studies are proposed based on the integrated model.

生产计划和设备维修是现代生产企业中两项重要的活动，生产部门通过制定生产计划来满足生产需求，维修部门通过一系列的维修措施保障设备的正常运行。但这两项活动都是针对和运用同一生产设备来完成，若安排不当，势必造成冲突，从而产生设备寿命降低及订单延误等一系列不良后果。所以，应该将生产计划和设备维修进行整合研究，目前，关于此方向的研究还未深入，本项目针对三类生产计划问题与设备维修进行整合研究并逐步深入，分别是基于库存式生产的经济生产批量问题和设备维修的整合问题，基于订单式生产的中期生产计划与设备维修的整合问题以及生产排程与设备维修的整合问题。首先，1）对定期预防性维修和生产计划的整合研究；2）基于1）所得的结果，将故障诊断和故障预测考虑进来，动态调整1）中所得到的维修和生产计划；3）进一步考虑生产部门的决策优先权，利用博弈论的知识建立模型，确定最优维修和生产计划；4）利用以上研究进行实证分析。

本项目主要对预防性维修和生产计划的整合问题进行了研究：.第一部分为预防性维修和经济生产批量问题的整合研究，分别从两个维修层面进行。定期预防性维修方面，运用延迟时间理论对维修进行建模.通过优化所建立的整合模型,可同时得到最优经济生产批量及设备预防性维修序列。状态监测维修方面：运用随机系数回归模型描述设备的退化状态，并运用更新回报定理建立了单位时间期望费用模型，通过对模型进行优化，可得到预防性更新状态阈值和每个批量的生产时间两个决策变量的最优取值。通过国内某钢厂轧钢设备的数据资料对模型进行了数值分析，分析结果和实际情况相符合。.第二部分为预防性维修和中期生产计划的整合研究。本研究将离散制造业中期生产计划问题与生产设备的非周期预防性维修相结合进行研究，在有限的生产计划期中包含若干个等长度的时段，各个时段中都有需要被满足的多种类的产品需求量，并将每个时段的末期作为可选的预防性维修窗口，利用实际的设备运行时间计算设备维修对生产能力的占用。以最小化费用的总和为目标建立整合模型并进行优化，确定最优的生产计划及设备预防性维修序列。并运用数值案例对所建立的模型进行应用分析。.第三部分为预防性维修和短期生产排程的整合研究。基于第二部分的研究，进一步将序列相关的设备调整问题考虑进中期生产计划与设备维修的整合模型中去，即考虑了产品的生产排程问题，不同的生产序列对应不同的设备调整费用和不同的设备调整时间，设备停工时间影响设备的生产能力。通过整合模型求解，得到最优生产序列、维修周期以及生产计划。并进行了数值案例分析。.基于本项目的研究，目前共发表项目资助的学术论文12篇，其中期刊论文10篇，会议论文2篇，并有继续写作中的论文，以及可继续拓展研究思路。在项目进行期间，项目负责人多次参加学术会议进行学术交流，并赴新加坡国立大学访学半年。项目组其他成员也都有良好的发展，其中3人毕业后任职高校教师，1人任职北京某研究所。.