多重故障并发下单部件系统视情维修建模与优化

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1、航空学报ActaAerOnauticaetAstrOnauticaSinicaMar．252013V01．34No．3580．587ISSN1000—6893ON11—1929／Vhttp：Ehkxb．buaaeducahkxb@buaa．edu．ca多重故障并发下单部件系统视情维修建模与优化葛恩顺，李庆民*，彭英武，王慎海军工程大学兵器工程系，湖北武汉430033摘要：实际装备使用工程中，系统性能随工作时间延长而缓慢劣化并最终导致劣化故障发生而需进行更换，这一过程往往伴随着各种随机冲击，系统因故障的突然发生而失

2、效，即多重故障并发。从维修工程的实际问题出发，考虑劣化故障与冲击故障并发以及多重故障之间存在相关性的情况，建立了序贯检测条件下基于多级控制限的单部件系统视情维修模型，给出了在预定维修策略下系统维修费用率的数学表达式，并以长期运行费用率最低为约束条件对系统维修阈值进行优化。通过实例与基于定期检测的维修策略进行对比，验证了模型的合理性和有效性。关键词：多重故障并发；多级控制限；维修；长期运行费用率；优化中图分类号：V215．7；N945．17文献标识码：A文章编号：1000—6893(2013)03—0580—08视

3、情维修是20世纪70年代发展起来的一种预防性维修工作，实践证明它能够延长服役装备的工作寿命而不会增大故障风险，这是因为视情维修依据系统状态选择适当的时机实施维修活动，避免了传统预防性维修工作中维修不足或过剩的问题，同时节省了大量的人力、物力和财力。一般情况下，装备的工作性能会随时间推移而不断劣化，若不采取预防性维修，最终会因劣化故障发生而失效。视情维修就是通过对系统劣化过程进行检测，发现其潜在故障时立即采取预防性维修活动，以避免劣化故障的发生。目前，国内外学者对于视情维修展开了广泛而深入的研究，并取得了丰富的成果

4、。按照劣化过程描述的不同，可将其分为离散描述和连续描述两大类。离散描述利用数值将系统状态空间离散化，通常应用马尔可夫过程进行维修策略的求解，如文献[1]和文献[2]基于马尔可夫链建立完全维修条件下的视情维修模型；文献[3]和文献[4]利用马尔可夫理论描述劣化过程，研究最大维修和最小维修下的视情维修模型；文献[5]和文献[6]建立不完全维修条件下的劣化系统马尔可夫链模型。连续描述利用Levy过程等一类随机连续的独立增量过程描述，并基于控制限原则[7剐制定视情维修策略，模型分析求解相对复杂，但与实际情况更为接近，如文

5、献[9]～文献[12]利用Gamma过程建立连续或定期检测下的视情维修模型；文献[13]基于Gamma过程研究序贯检测下的劣化系统视情维修策略。综合来看，以上文献多以单一劣化故障(渐发性故障、到寿失效)为假设，然而实际中装备由于外部或内部的因素受到致命的冲击而引发随机故障(突发性故障和偶然故障)，无论此时劣化故障是否发生，系统都会因故障而停机。对此，文献[14]和文献[15]利用泊松过程对冲击故障进行建模，并给出冲击故障收稿日期：2012—04—17；退修日期：2012—07—26；录用日期：2012—09—10

6、；网络出版时间：2012—09—1311：24网络出版地址：WWW，cnkinet／kcms／detail／111929V201209131124006htmI基金项目：国防预研项目(51304010206，51327020105)*通讯作者Tel：027—83442947E—mail：lichen90001@hotmailcom引用格武：GeES，LiQM，PengYW，etalCondition—basedmaintenancemodelingandoptimizationforsingle—unitsyst

7、emwithmultiplecompetingprocessesActaAeronauticaetAstronauticaSinica，2013，34(3)：580—587劳一g历，拳苈居，彭英武，等．多重我岸并发下单部件系统视情维修建模与优化．航空学报．2013．34(3)：580—587．葛恩顺等：多重故障并发下单部件系统视情维修建模与优化下的最优维修策略；文献[161在维修建模中考虑多个劣化过程和冲击故障并发的情况。不足的是，这些文献忽略了冲击故障与劣化故障的联系，与现实情况不尽相符。这是因为当系统劣化程度

8、不断加深时，发生冲击故障的概率往往会随之提高。因此，在视情维修建模中需要考虑多重故障并发以及故障间的相关性，以反映系统动态特征。另外，现有检测策略主要包括连续检测、定期检测和序贯检测。其中连续检测对检测条件和技术要求较高，应用范围狭窄；定期检测便于操作，应用最为普遍，但其不一定是最优方案[1⋯。这是因为当装备较新时可靠性较高，可以延长检测间隔，而随着装备不断老化，就需要逐