健康数据驱动的集群生产系统的运行与维修策略联合决策方法技术方案

本发明专利技术公开了一种由健康数据驱动的集群生产系统的运行与维修策略联合决策方法，包括步骤：

【技术实现步骤摘要】
健康数据驱动的集群生产系统的运行与维修策略联合决策方法
所属

[0001]本专利技术属于维修性工程领域，尤其涉及一种健康数据驱动的集群生产系统的运行与维修策略联合决策方法
。

技术介绍

[0002]随着社会的进步
、
科技的发展
、
现代工业水平的提高，生产系统日益向集群化
、
高速化
、
精密化
、
系统化及自动化方向发展
。
由于磨损
、
负载
、
外部冲击
、
运行策略的变化等因素的影响，生产系统的关键部件的健康状态将会不可避免的发生退化，进而导致部件发生故障，而部件一旦故障，则需要设备整机停机维护
。
[0003]传统维护技术往往采用事后维修，即部件发生故障后再进行维修，这会严重干扰生产系统的运行
。
随着故障预测与健康管理技术的发展，人们开始通过预测性维护的方式，依据部件退化情况进行健康预测，并安排适合的维护计划，以提高生产效率
。
由于关键部件的退化与其生产时长与其运行负荷密切相关，即部件在不同生产状态下呈现不同退化趋势，因此运行与维护策略的联合决策得到研究者关注
。
[0004]面向集群生产系统长期稳定生产需求，既要保持足够的整体产能，也需要通过机会维修
、
成组维修等方式实现集中停机维护，降低停机损失
。
因此，需要依据不同生产系统中各关键部件的健康数据信息，对集群生产系统的运行策略选择及其多层级成组维修规划进行联合决策
。
目前该方向的研究还近乎空白，迫切需要一种健康数据驱动的集群生产系统的运行与维修策略联合决策方法
。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术体系的不足，本专利技术提供一种健康数据驱动的集群生产系统的运行与维修策略联合决策方法，能够基于当前生产系统部件性能退化初期的健康状态评估数据，综合考虑设备不同运行模式下部件退化状态与产量变化
、
各部件剩余使用寿命
、
生产任务多阶段基础产量与维修资源等约束，在最大化生产系统在多阶段任务周期内总产量的同时，最小化设备停机与部件维修成本，从而基于当前生产系统健康状态，实时给出多阶段生产任务的最优运行模式与维修决策方案
。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供了一种健康数据驱动的集群生产系统的运行与维修策略联合决策方法，包括步骤：
[0007]S1
：获取复杂生产系统部件性能退化初期的健康状态评估数据，采集设备及部件运行状态
、
退化情况
、
生产效率
、
维修资源
、
产能信息等
。
具体包括跨层级部件种类及数量
、
不同运行模式种类及生产强度
、
剩余使用寿命
、
设备退化率
、
部件失效阈值
、
预期寿命
、
生产周期
、
维修人员成本
、
维修备件库存数量及成本
、
设备产能
、
系统产能阈值
、
设备停机成本；
[0008]S2
：分析运行与维修策略联合优化模型中的决策变量：
[0009][0010][0011][0012][0013]l
ijt
≥0,
非负连续变量，表示在当前阶段
t
末设备
i
中部件
j
的剩余使用寿命
[0014]其中，
G
为系统中设备的集合，
i∈G,g
＝
card(G)
；
N
为设备中部件的集合，
j∈N,n
＝
card(N)
；
K
为生产系统中各类设备运行模式的集合，
k∈K
；
T
为生产系统任务执行阶段的集合，
t∈T
；
[0015]S3
：分析生产系统部件运行状态
、
维修资源及产量等约束，以最大化生产系统在多阶段任务周期内的总收益，即最大化总产量销售额并最小化维修总成本为目标：
[0016][0017]其中，
b
k
为设备在
k
运行策略下的产能系数，
o
it
为生产系统中设备
i
在阶段
t
的产量，
c
t
为设备在
t
阶段的单位产能收益
。
维修总成本包括维修资源消耗的可变成本与维修设备启动的固定成本
。s
j
为设备中关键部件
j
的维修更换备件的单位成本，
W
jt
为生产阶段
t
设备中关键部件
j
的总可调用维修工人数量，
v
j
为设备中关键部件
j
单位维修工人的维修费用
。q
为开展维修活动所需的维修设备启动的固定成本
。
[0018]S4
：建立生产系统中各设备的多阶段任务运行策略的线性规划方程组：
[0019][0020]生产系统中设备的运行模式的选择决策是建立在设备正常运行的前提下，运行模式种类的集合为
K。
当在生产任务执行阶段
t
时设备
i
处于可用状态时，其运行模式
p
itk
可作为变量通过本专利技术专利所提出的数学模型进行决策，当设备维修停机时，无法进行运行模式的切换，即
p
it1
＝
1。
[0021]S5
：建立运维交互数据流中系统跨层级部件剩余寿命变量的线性规划方程组：
[0022][0023]在设备故障诊断与健康管理技术体系中，运行阶段
t
内设备
i
的每个部件
j
在运行过程中的剩余使用寿命能够实时获取作为输入参数
r
ij
为决策提供参考
。
约束组方程严格约束了各个设备
i
中部件
j
在所有周期
t
内剩余使用寿命
l
ijt
的变化情况，参数
a
k
表示设备在第
k
种运行模式下其剩余使用寿命的退化率，当设备以高强度工作负荷进行工作时，其剩余使用寿命的退化程度也随之增加，在
l
ijt
在达到此部件剩余使用寿命阈值
R
j
前需要进行维修决策开展维修作业对故障部件进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
为了实现上述目的，本发明在故障预测与健康管理技术的数据驱动下，建立了一种集群生产系统的运行与维修策略联合决策方法，其特征在于，所述
S2
步骤中决策变量的建模方式包括：模方式包括：模方式包括：模方式包括：
l
ijt
≥0,
非负连续变量，表示在当前阶段
t
末设备
i
中部件
j
的剩余使用寿命其中，
G
为系统中设备的集合，
i∈G,g
＝
card(G)
；
N
为设备中部件的集合，
j∈N,n
＝
card(N)
；
K
为生产系统中各类设备运行模式的集合，
k∈K
；
T
为生产系统任务执行阶段的集合，
t∈T。
对集群生产系统多任务阶段运行策略的决策变量可以表示为
0/1
决策变量
p
itk
，即当运行策略的决策变量
p
itk
＝1时，执行运行策略
k。
对生产系统多设备
i
多部件
j
多阶段
t
预防性维修方案的决策可以表示为
0/1
决策变量
x
ijt
,
即在阶段
t
对设备
i
的部件
j
执行维修操作
。
在
t
阶段设备停机的决策可以表示为
0/1
决策变量
z
it
,
且由
0/1
决策变量
y
t
表示维修设备的启动状态
...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯强，张悦，孙博，杨德真，任羿，郭星，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：