一种多组件并联系统维修方法与流程

本发明属于设备维修技术研究领域，具体涉及一种多组件并联系统维修方法。

背景技术：

维修问题是影响军事、工业、航空等领域发展的关键因素。合理有效的制定维修控制策略对提高维修效率非常重要。因此，设备维修决策分析有着十分重要的现实意义与经济价值。

目前的多组件退化系统大部分都是串联系统，一旦组件发生故障，整个系统处于瘫痪状态，这造成资源和能源的巨大浪费。而并联支线的故障不会干扰并联系统中其他线路的工作状态，故提高了生产效率，降低预期的总成本。但是目前大多数设备都使用定时维修方式，传统单一的定时维修方式逐渐暴露出其不足，在实际工作中产生一系列不良后果：第一，维修过剩，浪费人力物力财力；第二，维修不足，故障的恶化造成维修代价和维修费用增加以及不必要的事故损失。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述问题提供一种多组件并联系统维修方法，采用拟合曲线近似反映不合格品数量的变化趋势，方法简便，接近实际，效果良好；本发明针对并联系统，并联支线的故障不会干扰并联系统中其他线路的工作状态，提高了生产效率，降低预期的总成本；本发明实现了由事后维修或定期维修向视情维修转变，缩短维修时间，节省预期的总成本。

本发明通过以下技术方案实现的：一种多组件并联系统维修方法，包括以下步骤：

步骤s1、确定影响期望总成本的初始参数；

步骤s2、建立期望总成本预测模型，该模型的计算公式为公式一：

其中，t为时间；tmiss是任务时间；

ct是期望总成本；

nf是大于零的整数，为整个任务时间内系统故障的预期数量；

cf是故障成本；

cd是停机成本；

a(t)是时间t内的系统可用性；

cq是每个不合格品质量成本；

lmax是不合格品数量的最大值；

n是并联个数；

cpr是预防性替换成本；

ccr是故障大修成本；

δl(t)是预防性维修后减少生产的不合格品数量；

cpmd是每单位时间内预防性维修的材料成本；

tm是预防性维修所用时间；

cpmt是每单位时间内预防性维修的人工成本；

cpms是每次执行预防性维修的设置成本；

p1(t)为大修的概率；

p2(t)为预防性替换的概率；

p3(t)为预防性维修的概率；

步骤s3、计算期望总成本，并选出最优期望总成本。

上述方案中，所述步骤s1中初始参数包括：nf整个任务时间内系统故障的预期数量；cf故障成本；cd停机成本；cq每个不合格品质量成本；cpr预防性替换成本；cpmd每单位时间内预防性维修的材料成本；cpmt每单位时间内预防性维修的人工成本；cpms每次执行预防性维修的设置成本。

上述方案中，a(t)＝2e^-λt-e^-2λt，其中，λ为故障率，λ＝10^-3，n≥2。

上述方案中，δl(t)＝l(t)-lf(t+tm)；

l(t)＝(1+ξ)l(t-1)

其中，t为时间，ξ∈[0,1]；lf(t+tm)是预防性维修后不合格产品数量。

上述方案中，tm＝0.5δl(t)+0.1。

上述方案中，p1(t)＝p(l(t)≥lmax)；

p2(t)＝p(l(t)≥la)*p(l(t)<lmax)；

p3(t)＝p(l(t)≥lm)*p(l(t)<la)；

其中l(t)为不合格率，是不合格品数量除以总产品数量；

lmax为最大不合格率，la为预防性替换的不合格率阈值，lm为预防性维修的不合格率阈值，当不合格率在lm与la之间进行预防性维修，当不合格率在la与lmax之间进行预防性替换，当不合格率在1和lmax之间进行大修。la〉lm，且la、lm的值都在0-1之间，通过数值模拟得到la和lm的具体数值，数值模拟采用遗传算法，即用0-1之间的值分别代入la和lm，利用公式一求得期望总成本，从众多期望总成本中选取最优期望总成本，这时最优期望总成本对应的la和lm即为最优的。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供的基于质量信息的多组件退化系统的视情维修方法，用拟合曲线近似反映不合格品数量的变化趋势，方法简便，接近实际，效果良好；同时针对并联系统，并联支线的故障不会干扰并联系统中其他线路的工作状态，故提高了生产效率，降低预期的总成本；并实现了由事后维修或定期维修向视情维修转变，缩短维修时间，节省预期的总成本。

附图说明

图1是并联n个组件的一般结构。

图2是系统中不合格品数量随时间变化的过程。

图3是预期总成本的变化曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于此。

本实施例中，需要满足以下假设条件：该多组件只在任务期间工作，时间变量在连续时间中离散化；该组件具有特定初始数量的不合格品数量l(0)；不断监测不合格产品的数量；在每个时间步骤中，组件失效的概率取决于组件当时达到的不合格率的程度；组件无法修复意味着其退化程度无法恢复；预防性维修和预防性替换是在没有发生故障之前进行的；在维护间隔中，系统发生故障时立即发现故障，并对机器进行大修，大修只使系统恢复工作，但不会使系统恢复如新；不合格产品不会再次插入生产周期中；维护成本是已知并且恒定的。

本发明所述多组件并联系统维修方法，是基于质量信息的多组件退化系统的视情维修方法，首先确定影响期望总成本的初始参数，一台机器有n个并联组件，假设组件具有相同的退化和成本参数。然后建立期望总成本预测模型，最后，进行模型计算，选出最优期望总成本。用拟合曲线近似反映不合格品数量的变化趋势，方法简便，接近实际，效果良好；同时采用并联系统，提高了生产效率，降低预期的总成本；并实现了由事后维修或定期维修向视情维修转变，缩短维修时间，节省期望总成本。

所述方法具体包括以下步骤：

步骤s1、确定影响期望总成本的初始参数，确保建模可靠、有效。

所述参数包括：n并联个数；nf整个任务时间内系统故障的预期数量；cf故障成本；cd停机成本；cq每个不合格品质量成本；cpr预防性替换成本；cpmd每单位时间内预防性维修的材料成本；cpmt每单位时间内预防性维修的人工成本；cpms每次执行预防性维修的设置成本。

本实施例中，n＝2，nf＝3，tmiss＝100，lmax＝0.9，表1是为对成本参数赋值。

表1.成本参数

步骤s2、建立期望总成本预测模型。

本发明用拟合曲线近似反映不合格品数量的变化趋势，不合格品数量表示质量信息，从质量信息中反映设备状态，从而动态的监测设备，达到视情维修的目的，视情维修能够更加及时有效的维修或预防性维修设备，减少停机时间，节约维修成本；同时针对并联系统，并联支线的故障不会干扰并联系统中其他线路的工作状态，故提高了生产效率；并尽可能考虑到维修过程中产生的故障成本和预防性成本等，真实反映维修的总成本，从而建立期望总成本预测模型，该模型可用如下公式一表示：

其中，t为时间，tmiss是任务时间，时间t不大于任务时间tmiss；

ct是期望总成本；

nf是大于零的整数，是整个任务时间内系统故障的预期数量；

cf是故障成本，与整个任务时间内系统故障的数量有关；

cd是停机成本，与停机时间有关；

a(t)是时间t内的系统可用性；

cq是每个不合格品的质量成本；

lmax是不合格产品数量的最大值；

n是并联个数，并联n个组件的一般结构如图1所示；

cpr是预防性替换成本；

ccr是故障大修成本；

δl(t)是预防性维修后减少生产的不合格品数量，简单来说，预防性维修不会使系统恢复如新，但系统会减少生产不合格的数量；

cpmd是每单位时间内预防性维修的材料成本；

tm是预防性维修所用时间，本实施例中tm＝0.5δl(t)+0.1；

cpmt是每单位时间内预防性维修的人工成本；

cpms是每次执行预防性维修的设置成本，若多组件同时执行预防性维修，则只需要花费一次设置成本；

p1(t)为大修的概率；p2(t)为预防性替换的概率；p3(t)为预防性维修的概率；

p1(t)＝p(l(t)≥lmax)；

p2(t)＝p(l(t)≥la)*p(l(t)<lmax)；

p3(t)＝p(l(t)≥lm)*p(l(t)<la)；

其中l(t)为不合格率，是不合格品数量除以总产品数量；

lmax为最大不合格率，la为预防性替换的不合格率阈值，lm为预防性维修的不合格率阈值，当不合格率l(t)在lm与la之间进行预防性维修，当不合格率l(t)在la与lmax之间进行预防性替换，当不合格率l(t)在1和lmax之间进行大修。la〉lm，且la、lm的值都在0-1之间，通过数值模拟得到la和lm的具体数值，数值模拟采用遗传算法，即用0-1之间的值分别代入la和lm，利用公式一求得期望总成本，从众多期望总成本中选取最优期望总成本，这时最优期望总成本对应的la和lm即为最优的。

其中，

a(t)＝2e^-λt-e^-2λt

λ为故障率，一般情况下假设λ＝10^-3。

并联n个组件，n＝2。

δl(t)＝l(t)-lf(t+tm)

不合格品数量l(t)的表达式如下公式二：

l(t)＝(1+ξ)l(t-1).公式二

其中，t为时间，ξ∈[0,1]；lf(t+tm)是预防性维修后不合格产品数量。

不合格品数量l(t)如公式二增长，服从拟合曲线，故ξ∈[0,1]。

不合格品数量随时间变化的过程如图2所示，在0-20h内基本保持初始值不变，20-40h内缓慢增长，40-60h内几乎成比例增长，60-100h内急速增长。增长速度不断变化，但任务时间越久，增长的越快。说明对于随机退化的系统，在任务时间内，产生的不合格品数量是随机的，不合格品数量可以与某随机数成比例的变化，简单来说，在任务时间内，系统产生的不合格品数量可以保持不变，也可能成比例增加。

步骤s3、计算期望总成本，并选出最优期望总成本。

维修是为了保证设备正常运行，设备正常工作是为了生产更好的、更多的产品，从而获得最大利润空间，所以不光要同时考虑维修效果及停机时间，更要计算维修成本，从而反映维修策略的优劣，从最优期望总成本可以看出并联维修相比串联维修很大程度上节约了成本。不合格品数量表示质量信息，从质量信息中反映设备状态，从而动态的监测设备，达到视情维修的目的，视情维修能够更加及时有效的维修或预防性维修设备，减少停机时间，节约维修成本。

本实施例期望总成本的变化曲线图如图3所示，每次迭代都能得到一个期望总成本，在多次迭代后得到期望总成本曲线图，从图中可以看出，剔除突变值，期望总成本在小幅度变化，基本稳定在70000-80000元范围内变化，图中期望总成本的最低点是最优期望总成本，分析结果表明建立的模型能够较好的综合反映期望总成本，并可以通过绘图软件快速地找到最优期望总成本。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。