考虑依赖性的多部件系统状态维修优化仿真建模

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1、航空学报ActaAerOnauticaetAstrOnauticaSinicaAug252013VoI．34No．81854-1863ISSN1000．6893CN11．1929／VhttD：∥rlkxb．buaa．edu．cnrIkxb@buaa．edu．cn考虑依赖性的多部件系统状态维修优化仿真建模葛小凯1’3，胡剑波1’*，张博锋21．空军工程大学装备管理与安全工程学院，陕西西安7100512．上海大学计算机学院，上海2000723．中国人民解放军93050部队，辽宁丹东118008摘要：针对多部件

2、系统状态维修决策建模存在的不足以及现有模型难以推广到实际应用的问题，提出考虑经济、结构和随机3种依赖性的多部件系统仿真建模和优化方法。首先，利用Gamma退化过程对部件退化进行描述，并给出模型参数估计方法。然后，结合多部件系统的维修作业流程、组成关系和故障历史等信息，分别提出经济依赖性强度矩阵、结构依赖性可达矩阵和随机依赖性概率矩阵对3种依赖性进行建模。最后，同时考虑部件级和系统级决策，构建多部件系统期望周期费用仿真模型，并针对该仿真模型特点，提出了用单纯形算法(NMA)改进的遗传算法(GA)优化求解的过

3、程。某电传系统实例仿真结果表明：多部件系统的3类依赖关系对维修决策的影响不可忽略，考虑依赖性和成组维修的存在能够节省平均维修费用，且使得维修决策优化更加符合实际，验证了所建模型和优化方法的有效性。关键词：多部件系统；依赖性；状态维修决策；遗传算法；退化过程；成组维修中图分类号：V240．2；THl65．3文献标识码：A文章编号：1000一6893(2013)08—1854—10多部件系统维修决策建模研究的是由几个机器单元或部件组成的系统最优策略问题[1]。由于部件之间相互作用，系统维修策略的制定依赖于各部

4、件退化和部件之间的依赖关系。Cho和Par—lar[23对多部件系统进行定义，将部件互相依赖关系分为经济、随机和结构依赖性。Dekker[31对经济相关性为主的模型进行了综述。Nicolai和Dekker[43从3种关系角度对多部件系统维修决策建模的最新进展进行了综述。通过文献归纳可知多部件系统维修决策优化还在不断发展中，且现有模型面对复杂的建模对象环境存在模型简化或假设过多等问题，难以实际应用[5J。多部件系统维修建模之所以复杂，一方面因为系统由很多相互依赖的部件组成，另一方面因为各部件维修策略之间的交

5、互作用，难以构建确定性模型。现有文献大多只考虑经济依赖性[6]，维修策略主要基于系统寿命¨’9]、故障次数口o]和状态控制限[1卜143这3种可靠性变量的组合口5’16]，相应的决策变量为系统级寿命、故障次数和部件级的状态阈值，鲜有同时考虑系统级和部件级决策的模型，同时也多以两部件为对象口’8。9]，难以推广。本文引入3类依赖性矩阵来量化部件间的交互作用，同时考虑状态预防维修(PM)和故障后替换两种策略，对系统级检测周期和部件状态维修阈值同时优化，并构建问题的仿真模型，给出用收稿日期：2012—10．08

6、；退修日期：2012．10—27；录用日期：2012-11—09；网络出版时间：2012-11·2316：53网络出版地址：www．cnnnet／kcms／detail／11．1929．V．20121123．1653．002．htm

7、基金项目：空军工程大学科研创新基金(xsll01020)；上海市重点学科开放课题(J50103)；工业控制技术国家重点实验室开放课题(ICTl327)*通讯作者．Tel：029—84789665E—mail：autosys@v．psina．∞m寻l糟摇武lGexK．HuJB．

8、zhangBF．simu

9、ationmodel

10、ngfor∞ndllionbaSedmaintenanceoDlimizatlonolmu睢comDonentsyslemswlthde口endencies．AdaAeronam

11、caetAstronauticas{njca．2013。34(8)：{854—1863．葛小觊。胡蓟波．张博锋．考虑依赖性的多部俘系统状态维修优化仿真建模．航空学报．2013．34(8)：1854-'863．葛小凯等：考虑依赖性的多部件系统状态维修优化仿真建模单纯形算法(NMA)改

12、进的遗传算法(GA)，实现多部件系统期望维修费用最低时的决策优化。1多部件系统分析与假设多部件系统维修包括检测点的故障与预防维修更新和检测间隔内的随机故障与机会预防更新，图1用两部件系统退化过程模拟说明4类维修活动发生的时机和条件，图中：R．i为子系统i中部件歹的退化过程；G¨和L¨分别为其相应的故障阈值和预防维修阈值；zi为系统检测间隔；￡为检测时间。％％：％。O／／／。；5*‘』．一1／／一!，=Z-一．／．一／一‘／厂☆