复杂退化系统的组合维修策略优化

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaMar．252015V01．36No．3872—880ISSN1000．6893ON11．1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．onhkxb@buaa．edu．crlDOI：10．7527／S1000—6893．2014．0351复杂退化系统的组合维修策略优化李大伟1，张志华2一，钟强晖3，李万41．海军工程大学兵器工程系，武汉4300332．海军工程大学科研部，武汉4300333．海军工程大学装备经济管理系，武汉4300334．海军驻九江地区军事代表室

2、，九江332007摘要：由于现有视情维修研究中没有考虑定期维护的影响，无法准确反映定期维护下的系统性能退化规律，因而不利于合理制定定期维护与视情维修组合的维修策略。针对该问题，重点开展了该组合维修策略下的性能退化建模与维修决策研究。通过结合组合维修策略下的性能退化特点，从失效机理出发，利用复合Poisson过程建立了性能退化模型，并通过退化强度函数描述了仅恢复累积性能退化量而不改变性能退化规律的维修效果。同时，分析了该条件下的可靠度函数，说明了其具有阶梯型变化和突变性的特性。基于性能退化模型，建立了长期运行条件下以费用率最低为目标、失效风险为约束

3、的组合维修决策优化模型，并求解确定了最优维护周期和预防性维修阈值。通过数值分析，描述了费用率随维修策略值变化的规律，说明了优化解的存在性。同时，通过与系统自身寿命规律比较，说明采用该优化模型，可以有效地延长系统的使用时间，实时控制失效概率，确保其具有较高的安全等级，进而有效地降低维修费用。关键词：维修策略；性能退化建模；组合维修；复合Poisson过程；失效风险中图分类号：V267；THl37文献标识码：A文章编号：1000—6893(2015)03—0872—09工程中部分复杂系统的失效过程表现为性能状态超过失效阈值，即退化失效。该类系统往往有

4、多个性能需要监控，为了避免发生失效，并保证其以较好的性能继续工作，通常会定期对各个性能状态进行恢复，并在性能状态值达到某一数值时提前进行修理，即采取定期维护与视情维修组合的维修策略。因此，开展复杂系统定期维护与视情维修组合的维修策略研究对合理确定维修时机、优化维修费用口{1有着重要的使用价值和经济意义。准确地掌握系统的性能退化规律是合理制定维修策略的基础。在维修决策研究中，目前主要是利用随机过程对系统的性能退化规律进行描述，并选取不同的可靠性指标优化相应的维修策略值。如文献E3-]和文献[4]利用马尔可夫过程建立了产品的性能状态转移情况，从费用率

5、和维修时间等角度优化确定检测时刻和维修时机。而文献[5]和文献[6]则利用Gamma过程描述了系统的退化规律，考虑风险和维修费用的影响对检测周期和预防性修理阈值进行了优化。文献[7]和文献[8]则分别利用几何过程、更新过程描述了视情维修策略下的性能退化规律，并对维修策略值进行了优化。上述文献从不同角度对检测和维修收稿日期：2014-03．27；退修日期：2014-10—13；录用日期：2014-12．17；网络出版时间：2014-12．1909：53网络出版地址：www．cnki．net／kcms／detail／107527／S1000．6893

6、．2014．0351．htmI基金项目：国防预研项目(51327020105，51304010206)*通讯作者．Tel：027—65462155E-mail：ZZh_li@sinatom；

7、用格武lLiDW．ZhangZH．ZhongQH．etaLOptima／combinationmaintenancestrategyofdeterioratingcomplexsystem[Jj，ActaAeronauticaetAstronauticaSinica，2015．36(3)：872—880．李大伟．张志华．钟强晖．等．复杂退化系统的组合维修策略

8、伉亿￡Jj航空学报，2015．36(3)：872-880．李大伟等：复杂退化系统的组合维修策略优化时机进行了研究，并将成果应用到不同的工程产品(如离心泵、航空发动机等[91)中。一方面，由于检测并不会影响产品的性能数值变化和退化规律，而对于采取定期维护与视情维修组合的产品而言，定期检测的同时还会采取相应的技术手段对性能状态进行恢复(即维护)，所以直接利用上述方法建模无法反映维护对产品性能退化规律的影响，导致现有研究并不适用于有维护行为参与的组合维修策略。另一方面，上述研究是针对单性能状态的产品，对于许多复杂系统而言，需要对多个性能状态进行检测维护

9、。同时，维护的维修效果表现为不完全维修，文献[10]对该类维修效果的描述方法进行了总结。按照研究角度不同，总体可以分为两类：①维修参数模