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复杂系统的选择性维修模型和求解算法

王海朋 段富海 马骏

李新友, 陈五一, 韩先国等 . 基于正交设计的3-RPS并联机构精度分析与综合[J]. 北京航空航天大学学报, 2011, 37(8): 979-984.
引用本文: 王海朋, 段富海, 马骏等 . 复杂系统的选择性维修模型和求解算法[J]. 北京航空航天大学学报, 2020, 46(12): 2264-2273. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0619
Li Xinyou, Chen Wuyi, Han Xianguoet al. Accuracy analysis and synthesis of 3-RPS parallel machine based on orthogonal design[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2011, 37(8): 979-984. (in Chinese)
Citation: WANG Haipeng, DUAN Fuhai, MA Junet al. Selective maintenance model and its solving algorithm for complex system[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2020, 46(12): 2264-2273. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0619(in Chinese)

复杂系统的选择性维修模型和求解算法

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0619
基金项目: 

航空科学基金 20150863003

详细信息
    作者简介:

    王海朋  男, 博士研究生。主要研究方向:系统可靠性分析与维修策略

    段富海  男, 博士, 教授, 博士生导师。主要研究方向:复杂系统可靠性分析与多学科优化设计

    通讯作者:

    段富海, E-mail: duanfh@dlut.edu.cn

  • 中图分类号: V241.07;E92

Selective maintenance model and its solving algorithm for complex system

Funds: 

Aeronautical Science Foundation of China 20150863003

More Information
  • 摘要:

    考虑不修、最小维修、换件维修和多中间维修水平,提出了一种基于粒子群优化(PSO)算法和多员维修的复杂系统选择性维修模型,将组件维修前状态、组件有效役龄和维修费用等因素引入不完全维修模型,更符合工程实际。提出了一种基于多员维修的系统组件维修分配算法,解决了如何将多维修任务分配给多维修人员,使得系统维修时间最小的问题,并将所提算法引入到PSO算法中,求解考虑多维修人员和不完全维修条件的复杂系统选择性维修模型。案例表明:所提模型和求解算法有效,能够为复杂系统提供切实有效的维修决策方案。

     

  • 图 1  选择性维修模型技术路线

    Figure 1.  Selective maintenance model technology roadmap

    图 2  多维修人员维修任务分配图

    Figure 2.  Maintenance task assignment chart with multiple repairpersons

    图 3  混合不完全维修模型

    Figure 3.  Hybrid imperfect maintenance model

    图 4  串并联系统

    Figure 4.  Series parallel system

    图 5  SINS系统可靠性框图

    Figure 5.  System reliability block diagram of SINS

    图 6  SINS多维修人员维修任务分配图

    Figure 6.  Maintenance task assignment chart with multiple repairpersons of SINS

    图 7  维修资源变化对系统可靠性的敏感度分析

    Figure 7.  Sensitivity analysis of system reliability to maintenance resource variation

    表  1  组件Eij维修水平赋值

    Table  1.   Maintenance level assignment for component Eij

    维修水平 赋值
    故障组件 不修 1
    最小维修 2
    不完全修复性维修 lij(k)
    不完全修复性维修 Lij(k)-1
    更换 Lij(k)
    正常组件 不修 1
    不完全预防性维修 2
    不完全预防性维修 lij(k)
    不完全预防性维修 Lij(k)-1
    更换 Lij(k)
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    表  2  可变维修费用ckij, lij与维修水平lij(k)的对应关系

    Table  2.   Corresponding relationship between variable maintenance cost ckij, lij and maintenance level lij(k)

    可变维修费用 赋值
    故障组件 cij, 1k=0 1
    cij, 2k=cijMR 2
    ckij, lij lij(k)
    ckij, Lij=cijR Lij(k)
    正常组件 cij, 1k=0 1
    cij, 2k 2
    ckij, lij lij(k)
    ckij, Lij=cijR Lij(k)
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    表  3  可变维修时间tkij, lij与维修水平lij(k)的对应关系

    Table  3.   Corresponding relationship between variable maintenance time tkij, lij and maintenance level lij(k)

    可变维修时间 赋值
    故障组件 tij, 1k=0 1
    tij, 2k=tijMR 2
    tkij, lij lij(k)
    tkij, Lij=tijR Lij(k)
    正常组件 tij, 1k=0 1
    tij, 2k 2
    tkij, lij lij(k)
    tkij, Lij=tijR Lij(k)
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    表  4  系统参数及维修时间和费用[5]

    Table  4.   System parameters, maintenance time and cost[5]

    子系统 组件 βij αij Yij(k) Aij(k) TijMR TijWR ΔtijW TijFR ΔtijF CijMR CijWR ΔcijW CijFR ΔcijF
    子系统1 E11 1.5 15 1 15 3 5 0.25 1 0.25 6 12 2.00 12 1.0
    E12 1.5 15 1 20 3 5 0.25 1 0.25 5 12 1.75 12 1.0
    子系统2 E21 3.0 20 0 8 2 4 0.20 2 0.20 5 14 1.50 14 2.0
    E22 3.0 20 1 15 2 4 0.20 2 0.20 6 15 1.60 15 1.5
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    表  5  系统选择性维修决策优化方案

    Table  5.   System selective maintenance decision optimization scheme

    q 组件 维修水平lij(k) tijE tsys XijE Bija Sa R
    1 E11 IM(5) 1.0 8.8 1 7.8 20.7 0.796 9
    E12 WR(6) 5.0 1 0
    E21 FR(7) 2.0 1 0
    E22 IM(5) 0.8 1 12.9
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    表  6  SINS系统参数及维修时间和费用[15]

    Table  6.   SINS parameters, maintenance time and cost[15]

    组件 βij αij Aij(k)/h TijMR/d TijWR/d TijFR/d CijMR/万元 CijR/万元
    E11 2.5 25 000 2 000 4.5 14 10 0.4 1.2
    E12 2.5 25 000 3 800 4.5 14 10 0.4 1.2
    E21 1.8 9 000 3 000 3.5 9 7 0.5 1.6
    E22 1.8 9 000 5 000 3.5 9 7 0.5 1.6
    E31 3.5 11 750 1 500 4.0 15 12 1.2 4.6
    E32 3.5 11 750 2 000 4.0 15 12 1.2 4.6
    E33 3.5 11 750 2 000 4.0 15 12 1.2 4.6
    E34 3.5 11 750 3 800 4.0 15 12 1.2 4.6
    E41 2.2 11 000 1 500 3.5 10 8 0.2 0.6
    E42 2.2 11 000 2 500 3.5 10 8 0.2 0.6
    E43 2.2 11 000 3 000 3.5 10 8 0.2 0.6
    E44 2.2 11 000 4 000 3.5 10 8 0.2 0.6
    E45 2.2 11 000 3 500 3.5 10 8 0.2 0.6
    E46 2.2 11 000 1 500 3.5 10 8 0.2 0.6
    E51 1.9 8 700 3 000 3.5 13 10 0.6 3.0
    E52 1.9 8 700 2 000 3.5 13 10 0.6 3.0
    E61 3.5 12 000 2 000 4.0 10 8 5.0 20.0
    E62 3.5 12 000 3 500 4.0 10 8 5.0 20.0
    E71 2.1 24 000 2 000 3.0 8 6 1.0 5.0
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    表  7  维修人员数量对SINS系统选择性维修决策的影响

    Table  7.   Influence of number of repairpersons on SINS selective maintenance decision

    q 组件 维修水平lij(k) tijE Sa R
    1 E11 DN(1) 0 40796 0.9074
    E12 DN(1) 0
    E21 IM(4) 3.5
    E22 WR(6) 9.0
    E31 DN(1) 0
    E32 DN(1) 0
    E33 DN(1) 0
    E34 DN(1) 0
    E41 DN(1) 0
    E42 DN(1) 0
    E43 DN(1) 0
    E44 DN(1) 0
    E45 DN(1) 0
    E46 DN(1) 0
    E51 DN(1) 0
    E52 FR(6) 10.0
    E61 DN(1) 0
    E62 DN(1) 0
    E71 IM(2) 1.6
    2 E11 DN(1) 0 33068 0.9447
    E12 DN(1) 0
    E21 FR(6) 7.0
    E22 WR(6) 9.0
    E31 DN(1) 0
    E32 DN(1) 0
    E33 DN(1) 0
    E34 DN(1) 0
    E41 DN(1) 0
    E42 DN(1) 0
    E43 IM(4) 4.0
    E44 DN(1) 0
    E45 DN(1) 0
    E46 DN(1) 0
    E51 WR(6) 13.0
    E52 FR(6) 10.0
    E61 IM(2) 2.0
    E62 DN(1) 0
    E71 IM(4) 4.8
    3 E11 DN(1) 0 23104 0.9528
    E12 DN(1) 0
    E21 FR(6) 9.0
    E22 WR(6) 9.0
    E31 DN(1) 0
    E32 DN(1) 0
    E33 DN(1) 0
    E34 DN(1) 0
    E41 IM(3) 2.5
    E42 IM(2) 2.0
    E43 IM(3) 2.5
    E44 IM(5) 8.0
    E45 IM(2) 2.0
    E46 IM(2) 2.0
    E51 WR(6) 13.0
    E52 FR(6) 13.0
    E61 IM(2) 2.0
    E62 IM(2) 2.0
    E71 WR(6) 8.0
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-12-09
  • 录用日期:  2020-02-14
  • 网络出版日期:  2020-12-20

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