累积维修费用限制下冲击劣化系统的维护策略研究

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现代复杂设备系统的智能化、自动化和集成化程度越来越高,结构也逐渐趋于集机、电、液等多子系统组件于一体,各子系统组件间的关联程度增加,且大部分系统的运行环境也越来越复杂,导致对此类系统的维护难度也越来越高。此类系统不仅随着自身的年龄、内部的磨损和老化等逐渐退化,还遭受来自外部随机环境冲击,以及内部组件之间故障冲击的影响,称之为一类“冲击劣化系统”。尽量避免此类系统发生故障或失效是非常重要的,因为频繁的故障或者失效,不仅会产生高昂的维修与更换费用,甚至还会带来严重的安全隐患或事故。因此,如何对这类系统进行合理有效的建模并选择适当的维护策略以降低维修成本和更好地衡量组件和系统的维修价值已成为可靠性和维护工程领域的一个重要课题。本文的主要研究内容如下:首先,针对单组件冲击劣化系统,综合考虑了外部冲击和内部衰退对系统失效率的影响,为系统建立了失效率递增的冲击模型。其中,外部冲击按其对系统的影响效果被细分为非严重和严重冲击,它们的发生概率随系统衰退的状态而变化,并引入一冲击发生的“概率调整因子”。同时,提出了基于累积维修费用限制的二维(T,L)周期性维护策略,即每隔周期T或当累积小修费用达到阈值L时对系统进行维护或更换。在此策略下,构建了系统长期平均费用率公式,包括了小修和维护更换成本,通过最小化系统长期平均费用率函数获得最优的维护更换周期和最优的累积维修费用阈值,并通过算例分析验证了模型的正确性和有效性,且对主要参数进行了敏感度分析。其次,基于前面的研究,针对双组件冲击劣化系统,综合考虑组件自身退化和组件间故障冲击对失效率的影响,构建了累积维修费用限制L约束下,基于累积维修次数和更换周期的二维(n,T)更换策略,并通过最小化系统长期平均费用率函数得到最优的更换周期和最优的累积维修次数。通过算例分析验证了模型的有效性,并对主要参数进行了敏感度分析,且通过对照分析得出此累积维修费用限制约束下二维更换策略的结果要比一维T或者n更换策略的要更好的结论,故本文对于实际情况下,冲击劣化系统的维护具有一定的指导意义和参考价值。
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