复杂系统全寿命周期综合维修准则研究

摘要

在复杂装备系统寿命周期中，维修行为是保障装备性能、改善和保持其可靠性的重要活动。随着复杂装备系统零部件数量急剧增长，子系统结构类型越来越多，复杂装备系统的维修决策日益困难。因此，针对复杂装备系统不同子系统的结构差异，应该采取差异化的维修准则。在此基础上，实现系统的综合维修决策。
　　简要介绍了维修理论的发展。详细介绍了可靠性理论及以可靠性为中心的维修(reliability centered maintenance，RCM)理论。通过建立经济性指标与可靠性指标的函数关系，实现了经济性约束向可靠性约束的转化，保证了维修计划的经济性。
　　基于生命周期理论(life cyclet，LC)，本文依据役龄等效理论和维修效果模型，提出了装备全寿命周期多工作等级综合使用的思想。建立了装备在多工作等级运行下的全寿命周期收益模型，实现装备多工作等级转换时刻、预防性维修时刻综合决策。
　　针对冷储备系统，在主用单元具有可靠度约束的条件下，提出了任务周期两阶段化、不同阶段可靠度约束差异化策略。在保证系统在任务周期的可靠度的同时，实现了维修计划的优化。
　　基于电子产品的寿命分布和不可用度成因，建立了不同老化规律的安全仪器系统(Safety Instmmented System，SIS)的不可用度模型。本文提出了安全系统冗余单元数量和检修策略综合决策的策略，并建立了不同冗余单元数量、不同检修策略与检修周期下安全冗余系统的平均不可用度模型。
　　最后，研究了具有担保政策的产品更新策略。基于产品用户的角度，提出了产品投资周期概念。针对两类常用担保政策，建立了用户产品投资周期平均成本模型，并以投资周期平均成本最小化为目标，实现了最佳维修期的决策。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 研究背景

1．2 课题的提出与意义

1．3 现代维修决策理论和模型综述

1．3．1 现代复杂装备的故障规律的认知过程

1．3．2 检修模式的演变与发展历程

1．3．3 维修理论的发展

1．3．4 复杂设备维修决策理论综述

1．4 复杂机电设备预防性维修及RCM理论

1．4．1 复杂机电设备预防性维修的重要性

1．4．2 RCM理论

1．4．3 RCM理论发展

1．4．4 RCM理论的主要观点

1．4．5 RCN的应用

1．5 研究内容

第2章 复杂系统的RCM评价方法

2．1 可靠性理论概述

2．2 系统可靠性

2．2．1 串联系统的可靠性

2．2．2 并联系统的可靠性

2．2．3 串并联系统的可靠性

2．2．4 n中取k系统的可靠性

2．2．5 冗余系统的可靠性

2．3 故障及其影响评估

2．3．1 故障及概念

2．3．2 故障模式、故障影响评估及严酷度等级划分

2．4 可靠性分析的定性分析方法

2．4．1 失效模式、影响和关键性分析

2．4．2 故障树分析

2．4．3 事件树分析

2．4．4 因果框图法

2．4．5 Bayesian置信网络法

2．4．6 可靠性框图法

2．4．7 系统故障分析的Petri网模型

2．5 以可靠性为中心的维修分析

2．5．1 概述

2．5．2 RCMA基本原理和步骤

2．6 RCM维修决策

2．7 复杂设备的重要功能单元及其维修类型确定

2．8 某褐煤化工生产装备系统可靠性分析

2．8．1 褐煤化工背景介绍

2．8．2 褐煤化工工艺装备系统

2．8．3 离心式引风机故障分析

2．8．4 离心引风机机组FMECA分析

2．9 小结

第3章 具有多工作等级的系统寿命周期维修决策研究

3．1 引言

3．2 基于随机点过程的可修复系统故障描述模型

3．2．1 点过程(或称计数过程)

3．2．2 时齐泊松过程

3．2．3 更新过程(Renewal Process)

3．2．4 非时齐泊松过程

3．3 不完美维修效果模型

3．4 单部件系统维修策略概述

3．4．1 维修决策模型

3．4．2 LCC理论的发展及其在维修决策中的应用

3．4．3 基于生命周期的预防性维修决策

3．4．4 具有多种约束的LC预防性维修决策

3．4．5 数字算例

3．5 多工作等级系统维修策略研究

3．5．1 多工作等级综合使用的重要性

3．5．2 疲劳损伤理论

3．5．3 多工作等级系统维修决策模型

3．5．4 数字算例

3．6 小结

第4章 具有可靠度约束的冷储备系统维修策略研究

4．1 冗余系统研究进展

4．1．1 k-out-of-n：G系统模型研究

4．1．2 Consecutive-k-out-of-n：F系统

4．1．3 多输出量系统冗余系统的优化

4．1．4 冗余系统维修策略研究

4．2 典型机械系统过程理论

4．2．1 典型机械系统

4．2．2 Markov过程

4．2．3 离散参数马尔可夫链

4．2．4 连续参数马尔可夫链

4．3 Markov过程理论在机械系统过程中的应用

4．4 机械系统维修决策模型和评估方法

4．4．1 机械系统维修决策模型

4．4．2 机械系统维修决策评估指标

4．4．3 机械系统维修决策评估方法

4．5 多状态冷储备系统维修决策研究

4．5．1 设备状态描述及其维修方式选择

4．5．2 具有可靠度约束的冷储备系统(τ，L)维修模型

4．6 风机系统维修决策研究

4．6．1 风机的状态描述

4．6．2 机零部件性能状态分类及其维修方式

4．6．3 风机轴承状态分析

4．6．4 风机轴承寿命分析

4．6．5 风机系统维修准则制定及其参数优化

4．6．6 风机维修仿真分析

4．6．7 不同t、T*及τ组合下风机系统维修决策仿真分析

4．6．8 风机轴承可靠性参数对风机系统维修决策变量的影响分析

4．6．9 决策变量与结果对比

4．7 小结

第5章 安全系统的冗余设计与维修决策的组合优化

5．1 安全仪表系统及功能安全

5．1．1 安全仪表系统

5．1．2 功能安全

5．2 系统安全评价与安全系统的设计

5．2．1 安全系统的安全评价技术

5．2．2 化工过程安全设计流程

5．2．3 SIS设计的风险评价

5．3 SIS的功能安全评估理论

5．3．1 安全完整性等级

5．3．2 安全生命周期

5．3．3 平均无故障时间(MTTF)和平均修复时间(MTTR)

5．4 响安全仪表系统安全功能的因素

5．4．1 危险失效和安全失效

5．4．2 随机硬件失效、系统失效

5．4．3 共因失效

5．4．4 安全仪表系统的结构

5．5 SIS功能的周期性测试

5．6 安全系统不可用性

5．7 流程工业安全系统的设计与维修综合优化研究现状

5．8 安全系统的冗佘设计与维修决策的组合优化

5．8．1 安全系统的冗余设计与维修决策的综合优化思想

5．8．2 安全系统的设计与维修综合决策模型

5．9 数字算例

5．10 小结

第6章 具有担保约定的可修系统的维修更新决策研究

6．1 担保与担保政策发展

6．2 担保政策下维修更新决策研究

6．3 产品投资周期概念及其模型

6．3．1 产品投资周期

6．3．2 产品投资周期计算

6．4 产品投资周期成本率模型及最优维修期函数

6．4．1 符号定义

6．4．2 免费更新担保下产品投资周期成本率模型

6．4．3 按比例更新担保下产品投资周期成本率模型

6．4．4 最优维修期函数

6．5 数字算例

6．6 小结

第7章 结论

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文

攻读博士学位期间从事科学研究的简历