一种可修退化系统周期性预防维修策略的优化方法技术方案

本发明专利技术提供一种可修退化系统周期性预防维修策略的优化方法，对累积泊松冲击下可修退化系统的可靠度模型进行分类，根据情况选择适合的可靠性模型并对其进行简化，将其作为约束条件运用到预防维修策略优化模型中，得到更为实用的预防维修策略优化模型。本发明专利技术综合考虑了系统维修费用及系统在任一时刻处于正常状态的概率，并在满足可靠性指标的前提下，确定最优预防维修周期及系统更新周期。避免过度维修造成人力物力的损耗，又能避免维修不及时给企业生产带来不便和经济损失，在系统维护上为企业获得最大利益。也能够指导企业制定合理的设备维修策略，降低企业生产成本。

【技术实现步骤摘要】
一种可修退化系统周期性预防维修策略的优化方法
本专利技术涉及生产管理领域，更具体地，涉及一种累积泊松冲击下可修退化系统周期性预防维修策略的优化方法。
技术介绍
现代企业设备规模日益增大，设备日益复杂化、精密化和多功能化，且设备维修费用逐年增长，生产制造系统的设备维修对企业的生产运营和产品制造成本具有重要影响，成为决定企业经济效应和市场竞争力的关键因素之一。企业生产计划有效实现的前提是保证生产系统设备的高效可靠运行，实际工程运用中的系统多为可修退化系统，其性能会随时间逐步退化，部件尤其是机械零部件在长期工作过程中会产生性能退化作用，在退化过程中如果再受到冲击，退化过程会发生突变，即退化量突然增加，在系统退化过程中由于其遭受外界冲击次数不止一次，各部件的退化量也随之累加，当性能退化累积量到一定程度后发生失效。由于这些系统的工作性质，其对安全性的要求非常高，一旦发生故障会造成经济财产损失，甚至人员伤亡，对于此类系统需要在其故障前进行保养、维护。因而如何确定维修时机，使其在一个相对安全的条件下高效率平稳运行已经成为工程上急需解决的问题。现阶段，事后维修已不能满足生产要求，制造系统维修策略的研究以预防性维修为主。通过研究基于退化的可靠性模型并对退化系统故障发生情况进行研究与分析，总结出系统故障发生的规律，在此基础上可以制定相应的预防维修策略，减小系统故障发生的概率，减少系统的平均维修费用。目前的预防性维修方法，忽略了系统实时运行状态，常常会出现过度维修造成人力物力的损耗的情况，也会因为维修不及时造成系统产生过多故障，造成安全事故，影响企业生产，给企业造成经济损失。专利
技术实现思路
本专利技术为解决现有技术过度维修导致人力物力的损耗以及维修不及时造成系统产生过多故障，提供一种可修退化系统的周期性维修优化方法。本专利技术提供一种可修退化系统周期性预防维修策略的优化方法，包括：步骤S1，采集累积泊松冲击下可修退化系统的相关参数，确定累积泊松冲击下可修退化系统的可靠度函数及其取值区间；步骤S2，根据所述可修退化系统的性能要求或者部件易损性，选定相应的可靠性模型，根据所述可靠性模型获得可靠度函数曲线及对应的多项式函数；步骤S3，以系统可靠度为约束条件，建立满足系统可用度最大和预防维修费用最少的两目标优化模型，并将所述两目标优化模型转化为单目标优化模型进行求解；步骤S4，根据所述单目标优化模型，构建预防维修次数和预防维修周期时长的三维曲面图，分析所述三维曲面图，获得优化的预防维修策略。其中，所述步骤S1中，所述采集累积泊松冲击下可修退化系统的相关参数至少包括，部件i在所有部件中的权重系数ωi、部件i的退化量阈值Ki、系统总退化阈值KN。其中，1≤i≤m,1≤j≤n，其中，可修退化系统由m个部件组成，共经历n次冲击。其中，所述步骤S2包括：步骤S21，根据所述可修退化系统的性能要求或者部件易损性性能要求或者部件易损性，选定可靠性模型，并对所述可靠性模型中的未知参数进行估计；步骤S22，根据所述可靠性模型及所述相关参数，绘制可靠度函数曲线；步骤S23，根据工程实际对系统可靠度的要求及可靠度函数趋势选择重点关注区间；步骤S24，基于所述可靠度函数曲线的凹凸性获取的，给出最少的能反映所述可靠度函数曲线的凹凸性的点，通过软件对所述可靠度函数曲线进行拟合得到通过这几个点的多项式函数，获得多项式函数曲线；步骤S25，基于所述多项式函数曲线与所述可靠度函数曲线的拟合程度，在所述重点关注区间内拟合度较差的可靠度曲线部分增加一个点，同时对新增加的点进行调整，直到所述多项式函数曲线与所述可靠度函数曲线的拟合度满足要求。其中，所述步骤S3包括：步骤S31，根据所述可靠度函数对应的所述多项式函数，确定N个预防维修周期后系统可靠度的表达式RN(T)；步骤S32，计算系统平均维修费用率C(N,T)和系统可用度P(N,T)；步骤S33，以所述系统可靠度为约束条件，建立满足系统可用度最大和预防维修费用最少的两目标优化模型；步骤S34，将所述两目标优化模型转化为单目标优化模型进行求解。其中，所述步骤S4中，分析所述三维曲面图，获得优化的预防维修策略包括：在所述三维曲面图中，对预防维修次数N和预防维修周期时长T进行双向步长搜索，以去除掉不满足所述约束条件的点，找到满足所述约束条件且使所述单目标优化模型函数值最小的点；得到使所述单目标优化模型函数值最小时的预防维修次数和预防维修周期，从而获得优化后的预防维修策略。其中，所述步骤S1中，确定累积泊松冲击下可修退化系统的可靠度函数及其取值区间包括：确定累积泊松冲击下，可修退化系统的可靠度函数为：其中，Wij，βi服从正态分布，系统可靠度的上界限和下界限分别为：以及，式中，N(t)为(0，t)时间内系统受到的冲击次数；Wij为第j次冲击对部件i造成的性能退化量,其中，1≤i≤m,1≤j≤n；βi为部件i的线性退化系数；Φ为正态分布的累积分布函数；为部件i的线性退化系数βi服从正态分布的均值；为部件i的线性退化系数βi服从正态分布的方差；Ki为部件i的退化量阈值；t为系统运行的时间；为j次冲击对i部件造成的性能退化量Wij服从正态分布的均值；第j次冲击对i部件造成的性能退化量Wij服从正态分布的方差；λ为两次冲击的时间间隔参数；KN为系统总体的退化程度阈值；ωi(i＝1,2,…)为第i个部件的权重系数。其中，所述步骤S2中，根据所述可修退化系统的性能要求或者部件易损性，选定可靠性模型包括：当系统由于部件退化故障而发生故障，即系统存在比较易坏的部件，或者对系统的总体性能要求较低时，其可靠性模型为式中，Φ为正态分布的累积分布函数；为i部件的线性退化系数βi服从正态分布的均值；为i部件的线性退化系数βi服从正态分布的方差；为j次冲击对i部件造成的性能退化量Wij服从正态分布的均值；第j次冲击对i部件造成的性能退化量Wij服从正态分布的方差；n为冲击次数；m为系统内的部件数；Ki为部件i的退化量阈值；t为系统运行的时间；λ为两次冲击的时间间隔参数(即每两次冲击的时间间隔服从指数分布exp(λ))；当系统由于总体退化程度过高而故障，即系统部件很难损坏，或者对系统总体的性能要求较高时，其可靠性模型为：式中，Φ为正态分布的累积分布函数；为i部件的线性退化系数βi服从正态分布的均值；为i部件的线性退化系数βi服从正态分布的方差；为j次冲击对i部件造成的性能退化量Wij服从正态分布的均值；第j次冲击对i部件造成的性能退化量Wij服从正态分布的方差；n为冲击次数；m为系统内的部件数；Ki为部件i的退化量阈值；t为系统运行的时间；λ为两次冲击的时间间隔参数(即每两次冲击的时间间隔服从指数分布exp(λ))；KN为系统总体的退化程度阈值；ωi(i＝1,2,…)为第i个部件的权重系数。其中，所述系统可靠度的表达式RN(T)包括：式中，r(t)为系统第一个预防维修周期内的失效率；RN(T)为N个预防维修周期后系统的可靠度；θ为失效率增长系数；为线性化后的系统可靠度多项式函数；N为预防维修次数。其中，所述步骤S3中，所述两目标优化模型包括：约束条件：RN(T)≥b,N≥1,T>0，NT≤T'；式中，Cp为系统每次的预防维修费用；Cr为系统每次更新费本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可修退化系统周期性预防维修策略的优化方法，其特征在于，包括：步骤S1，采集累积泊松冲击下可修退化系统的相关参数,确定累积泊松冲击下可修退化系统的可靠度函数及其取值区间；步骤S2，根据所述可修退化系统的性能要求或者部件易损性，选定相应的可靠性模型，根据所述可靠性模型获得可靠度函数曲线及对应的多项式函数；步骤S3，以系统可靠度为约束条件，建立满足系统可用度最大和预防维修费用最少的两目标优化模型，并将所述两目标优化模型转化为单目标优化模型进行求解；步骤S4，根据所述单目标优化模型，构建预防维修次数和预防维修周期时长的三维曲面图，分析所述三维曲面图，获得优化的预防维修策略。

【技术特征摘要】
1.一种可修退化系统周期性预防维修策略的优化方法，其特征在于，包括：步骤S1，采集累积泊松冲击下可修退化系统的相关参数,确定累积泊松冲击下可修退化系统的可靠度函数及其取值区间；步骤S2，根据所述可修退化系统的性能要求或者部件易损性，选定相应的可靠性模型，根据所述可靠性模型获得可靠度函数曲线及对应的多项式函数；步骤S3，以系统可靠度为约束条件，建立满足系统可用度最大和预防维修费用最少的两目标优化模型，并将所述两目标优化模型转化为单目标优化模型进行求解；步骤S4，根据所述单目标优化模型，构建预防维修次数和预防维修周期时长的三维曲面图，分析所述三维曲面图，获得优化的预防维修策略。2.根据权利要求1所述的优化方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述采集累积泊松冲击下可修退化系统的相关参数至少包括：部件i的退化量阈值Ki、部件i在所有部件中的权重系数ωi和系统总退化阈值KN，其中，1≤i≤m,1≤j≤n，其中，可修退化系统由m个部件组成，共经历n次冲击。3.根据权利要求1所述的优化方法，其特征在于，所述步骤S2包括：步骤S21，根据所述可修退化系统的性能要求或者部件易损性，选定可靠性模型，并对所述可靠性模型中的未知参数进行估计；步骤S22，根据所述可靠性模型及所述相关参数，绘制可靠度函数曲线；步骤S23，根据工程实际对系统可靠度的要求及可靠度函数趋势选择重点关注区间；步骤S24，基于所述可靠度函数曲线的凹凸性获取的最少的反映所述可靠度函数曲线的凹凸性的点，对所述可靠度函数曲线进行拟合得到通过这几个点的多项式函数，获得多项式函数曲线；步骤S25，基于所述多项式函数曲线与所述可靠度函数曲线的拟合程度，在所述重点关注区间内拟合度差的可靠度曲线部分增加一个点，同时对新增加的点进行调整，直到所述多项式函数曲线与所述可靠度函数曲线的拟合度满足要求。4.根据权利要求1所述的优化方法，其特征在于，所述步骤S3包括：步骤S31，根据所述可靠度函数对应的所述多项式函数，确定N个预防维修周期后系统可靠度的表达式RN(T)；步骤S32，计算系统平均维修费用率C(N,T)和系统可用度P(N,T)；步骤S33，以所述系统可靠度为约束条件，获取满足系统可用度最大和预防维修费用最少的两目标优化模型；步骤S34，将所述两目标优化模型转化为单目标优化模型进行求解。5.根据权利要求1所述的优化方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述分析所述三维曲面图，获得优化的预防维修策略包括：在所述三维曲面图中，对预防维修次数N和预防维修周期时长T进行双向步长搜索，以去除掉不满足所述约束条件的点，找到满足所述约束条件且使所述单目标优化模型函数值最小的点；得到使所述单目标优化模型函数值最小时的预防维修次数和预防维修周期，从而获得优化的预防维修策略。6.根据权利要求1所述的优化方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述确定累积泊松冲击下可修退化系统的可靠度函数及其取值区间包括：确定累积泊松冲击下，可修退化系统的可靠度函数为：其中，Wij，βi服从正态分布，系统可靠度的上界限和下界限分别为：以及，式中，N(t)为(0，t)时间内系统受到的冲击次数；Wij为第j次冲击对部...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵广燕，孙晓桐，孙宇锋，胡薇薇，郭树扬，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11