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面向故障过程的多设设可靠性分析与维修决策

作　者: 刘繁茂
导　师: 邵新宇；朱海平
学　校: 华中科技大学
专　业: 工专工程
关键词: 多设备可靠性分析 广义线性混合效应模型 非线性混合效应模型 选择性维修 算术回退故障强度模型 复合故障率模型
分类号: TH186
类　型: 博士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


车间制造系统的稳定性是保证产品质量和快速响应市场的关键性工程问题之一。其中,设备的稳定性是制造系统稳定性的基础,而准确的制造设备服役可靠性分析和合理的维修计划是保持设备稳定运行的关键因素。本文从设备故障数据出发,建立了多设备可靠性分析和维修决策的统一框架,在综述了目前单设备与多设备可靠性分析、维修决策模型及其相关领域的理论方法、模型和研究现状的基础上,提出了若干针对多设备可靠性分析和维修决策的新方法,具体包括:（1）分析了设备故障数据的特点,指出其具有重复测量数据的特性。综合考虑了同型设备之间的异质性和重复测量之间的自相关性,建立了针对多设备可靠性分析的广义线性混合效应模型,克服了传统单设备可靠性模型的不足。详细论述了模型参数估计计算理论和方法,拟合优度检验的新方法。模型之优点在于不仅可以得到单个设备的可靠性变动趋势,而且还可以得到总体的可靠性变动趋势。（2）分析了维修效应和劣化趋势对设备可靠性的冲击影响,提出了综合比例强度和非线性混合效应的多设备可靠性分析集成模型。详细讨论了模型参数估计计算理论和方法。与传统模型相比,该模型融合了设备相关工程信息,不仅可以对维修效果进行定量评估,而且还可以得到单设备和总体的相关可靠性指标之封闭解。（3）分析了选择性维修方法在解决生产线多设备维修决策问题的优势。首次将ARI1和ARI∞两种算术回退故障强度模型和选择性维修方法相结合,给出了设备在小修、预防维修、大修等不同维修方式下的故障强度的演化规则,以此为基础,建立了基于约束规划的多设备选择性维修决策模型,并给出了结合贪婪规则和遗传算法的求解算法和相关工程实例。（4）分析了引入役龄回退因子和故障率因子的复合故障率计算方法,首次将复合故障率模型和多设备维修选择优化方法相结合。从与故障强度不同的视角,定义了设备在小修、预防维修、大修等不同维修方式下的故障率演化规则。以此为基础,建立了基于约束规划的多设备选择性维修决策模型,并给出了结合结构启发式规则和禁忌搜索算法的求解算法和相关工程实例。（5）在上述研究基础上,开发了汽车发动机车间生产线维修决策分析支持的原型系统。该系统基于工业以太网络运行,采用流行的软件架构,具有良好的扩展性和跨平台性。详细介绍了该系统的工业以太网络体系,相关功能模块及运行实例。最后,对全文进行总结,指出进一步的研究方向。

全文目录


摘要  4-6
Abstract  6-8
目录  8-10
英文缩写含义索引表  10-11
1 绪论  11-30
  1.1 引言  11-12
  1.2 设备可靠性研究综述  12-20
  1.3 设备维修决策研究综述  20-26
  1.4 综述总结与问题提出  26-27
  1.5 课题来源和本文研究工作的意义  27-28
  1.6 本文的组织结构和主要内容  28-30
2 基于广义线性混合效应模型的多设备可靠性分析  30-48
  2.1 设备故障数据基本特点  30
  2.2 基于设备故障数据的多设备可靠性分析方法框架  30-38
  2.3 工程实例分析  38-46
  2.4 本章小结  46-48
3 比例强度和非线性混合效应集成的多设备可靠性分析方法  48-67
  3.1 复杂可修设备可靠性分析模型回顾  48-50
  3.2 比例强度和非线性混合效应集成的多设备可靠性分析模型  50-57
  3.3 工程实例分析  57-65
  3.4 本章小结  65-67
4 基于算术回退故障强度模型的多设备维修决策  67-87
  4.1 选择性维修问题回顾  67-69
  4.2 预防维修条件下算术回退故障强度模型简介  69-70
  4.3 选择性维修决策问题描述  70-75
  4.4 选择性维修决策问题建模  75-77
  4.5 混合遗传算法介绍  77-80
  4.6 工程实例分析  80-86
  4.7 本章小结  86-87
5 复合故障率模型条件下多设备维修决策  87-101
  5.1 预防维修条件下复合故障率模型简介  87-88
  5.2 多设备维修选择优化问题描述  88-92
  5.3 多设备维修选择优化问题建模  92-94
  5.4 启发式和禁忌搜索相结合的求解算法  94-96
  5.5 工程实例分析  96-100
  5.6 本章小结  100-101
6 汽车发动机车间生产线维修决策支持原型系统开发  101-110
  6.1 设备状态数据采集和监控系统  101-103
  6.2 多设备制造系统维修决策系统功能设计  103-105
  6.4 多设备制造系统维修决策系统运行实例  105-109
  6.5 本章小结  109-110
7 全文总结与展望  110-113
  7.1 全文总结  110-111
  7.2 工作展望  111-113
致谢  113-115
参考文献  115-126
附录1 攻读博士学位期间发表的学术论文目录  126-128
附录2 攻读博士学位期间申请的发明专利  128-129
附录3 攻读博士学位期间参加的科研项目  129

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 机械工厂（车间） > 生产技术管理
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