资源描述:
第4 9 卷第 1 2 期 2 0 1 3 年 6 月 机械工程学报 J OURNAL OF M ECHANI CAL ENGI NEERI NG VO 1 . 4 9 J u n . N O. 12 20 1 3 DoI 1 0. 39 01 / JM E. 20 1 3. 1 2. 1 6 7 基于故障超前防御的复杂油气生产设备机会 维护模型木 胡瑾秋张来斌 中国石油大学 北京 机械与储运工程学院北京 1 0 2 2 4 9 摘要复杂油气生产设备实质为一个开放系统,设备各个部件及故障之间具有耦合相关性,并具有多重故障传播路径。针对 设备运行安全、效益和维修损失,综合分析油气生产设备停机损失、最小维修费用、事后更换费用、预防性更换费用、机会 更新费用等参数对维修决策的影响,提出一种故障超前防御的全局优选机会维护模型。该模型揭示超前防御位置、超前防御 时间、超前防御方式以及超前防御判据,形成一套油气生产设备故障的安全预警维护机制,将单部件故障这种不利的随机因 素转换为对其他单点进行故障超前防御的有利机会, 从而降低系统全局故障损失, 成为一种复杂系统故障预警防御的新方法。 关键词机会维护全局优选维修仿真风险水平 中图分类号T H1 7 Opp o r t un i s t i c M a i n t e n a n c e S t r a t e g y f o r Co mpl e x Oi l a nd Ga s Pr o d uc t i o n Eq u i pm e n t Ba s e d o n Fa u l t Pr e v e n t i v e De f e n s e HU J i n q i u ZHANG La i b i n C o l l e g e o f Me c h a n i c a l a n d T r a n s p o r t a t i o n E n g i n e e r i n g , C h i n a Un i v e r s i t y o f P e t r o l e u m, B e i j i n g 1 0 2 2 4 9 Ab s t r a c t T h e e s s e n c e o f t h e c o mp l e x o i l a n d g a s p r o d u c t i o n e q u i p m e n t C an b e c o n s i d e r e d a s a l l o p e n s y s t e m. T h e r e e x i s t c o u p l i n g r e l a t i o n s h i p b e t we e n v a rio u s p a r t s o f t h e e q u i p me n t a n d a l s o d i ff e r e n t f a u l t s ,wh i c h r e s u l t i n mu l t i p l e f a u l t p r o p a g a t i o n p a ths . Co n s i d e r i n g t h e s a f e t y , b e n e fi t s an d ma i n t e n an c e l o s s , p a r a m e t e r s s u c h a s d o wn t i me l o s s e s , mi n i mu m ma i n t e n a n c e c o s t s , c o r r e c t i v e , p r e v e n t i v e a n d o p p o r t u n i s t i c r e p l a c e me n t c o s t s ,a r e a n a l y z e d c o mp r e h e n s i v e l y t o i n v e s t i g a t e t h e i n fl u e n c e o f d i ffe r e n t ma i n t e n a n c e s t r a t e g i e s . An o p p o r t u n i s t i c ma i n t e n a n c e mo d e l b a s e d o n f a u l t p r e v e n t i v e d e f e n s e i s p r o p o s e d i n the p a p e r ,wh i c h d e t e r mi n e s t h e d e f e n s i v e p o s i t i o n s , t i me , s tyl e s and c ri t e ri o n , d e v e l o p i n g a f a i l u r e e arl y wa r n i n g ma i n t e n an c e me c h a n i s m o f o i l and g a s p r o d u c t i o n e q u i p me n t . I t h e l p s t o c o n v e r t t h e n e g a t i v e r and o m f a c t o r s c a u s e d b y s i n g l e f a u l t t o a f a v o r a b l e o p p o r t u n i ty o f f a u l t p r e v e n t i o n f o r o th e r c o mp o n e n t s i n a d v a n c e , S O the o v e r a l l f a u l t l o s s e s c a l l b e r e d u c e d . Ke y wo r d s Op p o r t u n i s t i c ma i n t e n an c e Gl o b a l o p t i mi z a t i o n M a i n t e n an c e s i mu l i o n R i s k l e v e l 0 前言 随着现代机械设备 日趋大型化、高速化、 自动 化和智能化,广泛应用于石油天然气生产过程 的往 复/ 离心压缩机、往复/ 离心输油泵、燃压机组、烟 机机组 、原油/ 成品油/ 天然气长输管线等重大设备 国家 自然科 学基金 5 1 1 0 4 1 6 8 、教育 部新世纪优 秀人才支 持计划 N C E T - 1 2 - 0 9 7 2 、北京市 自然科学基金 3 1 3 2 0 2 7 、中国石油科技创新基 金 2 0 1 1 D 一 5 0 0 6 一 o 4 0 8 、中国石油大学 北京 科研基金 V J R C 一 2 0 1 3 - 3 5 和 中国 油天然气集 团公司科学研究与技术开发 2 0 1 2 B. 3 4 0 7 资助项 目。 2 0 1 2 0 7 0 3收到初稿,2 0 1 3 0 1 1 0收到修改稿 与生产、运输过程紧密相连,形成开放式系统 。其 一 旦发 生故障可能导致严重甚至灾难性 的安全 事 故 ,并造成重大经济损失。在这些复杂油气生产设 备 中,由于备用系统、并联系统、单元体系统等的 广泛存在,使得系统部件及其故障之间相互作用、 相互影响。在这种复杂设备故障网络条件下,大多 数单点故障都具有多重传播路径 ,任何一个局部细 小的差错会通过网络进行传播、 扩散、 积累和放大 , 从而酿成重大安全事故。 常见的故障维检修方法 定 时维修 T i me b a s e d ma i n t e n a n c e , T B M 、基于状态的 维修 C o n d i t i o n b a s e d ma i n t e n a n c e , C B M 、 基于探测 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 机械工程学报 第4 9卷第 l 2期 的维修 D e t e c t i o n b a s e d ma i n t e n a n c e ,D B M 等虽然 能够修复故障/ 失效部件, 但 由于诱发故障的根源性 因素仍然存在,修复后的设备仍存在安全隐患。另 一 方面 ,故障停机检修也会造成巨大的经济损失, 影响企业的正常生产活动 ,起停机过程 中也可能产 生新的安全 隐患⋯。 然而 ,这种相关性的存在另一方面却为实施故 障超前 防御提供 了有利机会 。考虑到复杂系统结构 的复杂性 ,对某个部件的修复性维修通常要求对某 个系统进行停机、分解或送修 如 串联系统 ,时间 较长 整个系统将处于闲置状态, 并给其他退化部件 的预防性维修带来了一定的机会L 2 。而将该部件的 修复性维修与和它相关 经济相关【 j J 、故障相关 j 、 功能相关、结构相关p 的其他部件 的预防性维修一 起执行 , 既可 以减少停机损失,充分利用维修资源 , 节约修复性维修 的拆装成本 ,也可以对其他部件进 行超前防御,降低失效风险。因此采用机会维修策 略对复杂系统提供故障超前防御,可以降低故障后 果损失。文献[ 6 ] 针对一类有 多种不同设备的多设备 串并联系统,考虑设备维修经济相关性,提出了一 种视情机会维修策略 ,基于设备实际劣化状态进行 维修决策。 文献【 7 】 提出了一种以设备自身最优维修 问隔期为基准的机会维修控制策略,并利用蒙特卡 罗仿真方法 ,给出了该策略中以使用可用度最大为 目标的最优维修间隔期和机会维修系数的仿真求解 算法。文献[ 8 ] 通过更新过程理论建立期望维修成本 率解析模型, 并以系统期望成本率最低为优化 目标 , 确定最优机会维修策略。文献[ 9 】 基于对部件故障导 致设备停机的风险评价,建立 了考虑风险的机会维 修模型,采用役龄残余因子描述不同维修方式对部 件故障率的影响, 克服了以往模型仅考虑运行时间, 忽视设备劣化过程非线性以及部件故障导致设备停 机损失的不足。文献f l O . 1 3 1 进一步关注 复杂系统各 个部件之间以及故障之间的相互作用关系并开展维 修决策的多 目标优化研究。 本文针对复杂油气生产设备运行特点和典型 故障模式,从故障及其耦合作用的客观存在性与维 修相关性出发 , 研究如何将预防性维修 指在部件 出 现故障前进行维修, 以防止部件故障的发生 和修复 性维修 也称事后维修, 是在故障发生后再进行维修 结合起来,在对系统单点故障进行修复的同时对其 他相关单点进行超前防御,抑制故障耦合作用 ,降 低系统整体故障风险,并从全局的角度实现故障损 失最低 。 1 基于故障超前防御的机会维护策略 根据对系统失效模型的分析可知,设备从初始 状态开始投入生产后,随着运行过程各部件逐渐劣 化,故障率逐渐升高 损耗故障期 ,随机故障的风 险水平也随之增大,当有部件发生故障/ 失效时,设 备停机进行事后维修;或达到预防性更新时间阈值 时,设备停机进行预防性维修。在设备停机维修期 间,应对满足超前防御条件的部件进行机会维修 , 其中超前防御条件如下① 超前防御位置 对哪些 部件进行超前防御1 ;② 超前防御时间 什么时候进 行超前防御 ; ⑨ 超前防御方式 以什么维修方式执 行超前防御 ; ④ 超前防御判据 根据什么标准判断 需要超前 防御 。 1 . 1 故障超前防御的位置 选取未 故障部件进行超前 防御可依据 两种主 要原则。 1 未故障部件的故障分布及初装时间与修复性 维修部件一致或相近 。如 “ 维修组”分类原则,同一 个维修组内各个部件所处的环境、退化过程、寿命分 布具有一致性。组内某部件发生故障,其他部件也可 能已到达平均寿命,发生故障的概率相对较高。 2 未故障部件 与故障部件在功 能和结构上有 某种相关性,如轴承和转轴 ,燃气喷嘴和透平动叶 等热通道部件组,一个部件 的退化可能加速另一个 相关部件的退化/ 失效过程 ,从而诱发故障耦合作 用 。文献[ 1 4 】 给 出了一种基于动态贝叶斯 网络 的混 合故障预警模型,可在此故障传播网络基础上选取 与故障部件节点相连 的其他节点对应的未故障部件 进行故障超前防御。 ’ 实际应用 中也可根据现场实 际要求 如从部件 的重要性角度 对不满足上述条件 的其他未故障部 件采取超前防御,进行机会维修。 1 . 2 故障超前防御的时间 由于油气生产设备属于一种开放系统,其最终 发生故障是不可避免的,因此修复性维修也是无法 预期的,而预防性维修又是预先计划好的。从而将 预防性维修与修复性维修结合起来的一个难点是要 么打乱预防性维修的计划性,要么需要将部件的故 障状态保留一定的时间。因此 ,可为超前防御时间 设定一个机会维修役龄 。部件的机会维修役龄必 然不超过其预防性更新时间 0 ≤ 。 当未故障 部件 的寿命达到机会维修役龄 时, 将预防性维修 计划提前,执行超前防御;若故障部件 的寿命未达 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 3年 6月 胡瑾秋等基于故障超前防御的复杂油气生产设备机会维护模型 到机会维修役龄 时,则将修复性维修滞后 ,使故 障状态保留一定的时间。然而 的定量最优估计是 本文全局优选机会维护策略研究的重点之一。 1 . 3 故障超前防御 的方式 对 未故障部件 的超前 防御方式通常有 完全维 修 更换 、不完全维修和最小维修。完全维修是更 新劣化部件 , 将该部件恢复至初始状态 故障率降低 为 0 ;最小维修是通过保养 如除尘、润滑、更换小 配件等 ,使部件状态和功能在 一定程度上得到恢 复,但不改变维修之前 的故障率;不完全维修介于 上述两者之间,故障率有所 降低但又大于 0 。考虑 工程实际情况,对超前防御采用不完全维修和最小 维修此时意义不大 ,因此在本文提出的全局优选机 会维护策略中采用完全维修对部件进行超前防御。 1 . 4 故障超前防御的判据 仅根据机会维修役龄 从时间角度对部件是否 需要超前防御进行判断,难免会发生 “ 过剩维修”现 象,尤其在各部件失效分布不同的情况下,当达到机 会维修役龄 时部件的可靠度可能还相对较高,此时 采取完全维修的超前防御则没有必要。本文在全局优 选机会维护策略中设置了故障风险评价函数,并设定 部件的超前防御风险阈值 足。其中风险与发生故障的 可能性 以及故障后果的严重程度有关。对 足的优选将 在模型敏感性分析中进行重点分析。 综上 ,在设备停机维修期间,可对满足故障超 前防御条件 满足超前防御部件选取原则, 部件寿命 达到机会维修役龄 ,且其故障风险水平达到超前防 御风 险阈值 的部件 以完全维修的方式进行机会维 修,实现故障的超前预警防御 。 针对系统全局故障损失,本文以总维修成本 总维 修费用率 最低为目标函数,对各部件的机会维修役龄 和超前防御风险阈值进行优化,从而获得系统全局最 优机会维护策略,其中对研究模型作以下假设。 1 所研 究的系统是结构上属于一体 ,当维修 其中一个部件 时需要停机维修 的系统 或分解整个 系统结构 。 2 几个部件一起维修的费用低于分别维修的 费用总和 。 3 设系统由 n个不同的部件组成, 第 f 个部件 的故障分布函数为 f ,并且只要有一个部件 失 效,则认为系统失效 。 4 在机会维修役龄 内出现故障时采用小修/ 保 养修复,属于最小维修,不改变原故障率 。 5 设备在运行过程 中除进行维修外 ,无生产 停歇 。 6 维修技术和维修资源能够保证维修工作按 计划实施而无延误。 7 设备停机损 失率仅与停机 原因有 关 计划 停机、非计划停机 。 假定系统中各部件的预防性维修役龄 , 机会 维修役龄 ,以及超前防御风险闽值 ,则超前防 御机会维护策略具体如下 。 1 当部件的役龄在 O , 时,若发生故障则 进行最小维修 ,即恢复系统的功能,但系统修复后 瞬问的故障率与故障前瞬间的故障率相 同。 2 当部件的役龄在 , 时,若发生故障 则进行故障更换 完全维修 ;或有其他部件因故 障 或预防性维修而进行更换时,且该部件 的风险水平 超过给定阈值 足则进行超前防御机会更新 ,属于完 全维修,系统修复后瞬间的故障率与新产品刚投入 使用时的故障率相 同,修复如新 。部件在 , 的风险水平 f 计算见式 1 , ; f F i t C i f 1 式中, f 为部件 f 在 t 时刻发生故障的概率; f 为部件 f此 时发生故 障引起 的损失,主要 由设备 计 划 外 停 机 的 损 失 f 和 部 件 的 维 修 费 用 f 组成 ,即 f f f 。同时,设定风 险 阈 值 系 数 s k∈ 【 0 , l 】,则 风 险 水 平 阈 值 f 。 X ,其中 出可在模型敏感 性分析中确定,或根据工程实际情况按经验选取 。 3 当部件的役龄达到 时, 进行预防性更换 , 属于完全维修。 考虑系统每次因故障或预防性更换停机时,都 会发生一定的固定维修费用,包括因维修期间系统 不能使用造成的停产损失,维修人员的组织 费用 、 管理费用 、系统的分解和组装 费用以及与维修脚手 架的搭建或与设备启动/ 停止相关的准备费用等 。 由 于这些费用基本不会 因为维修工作的增 多而增加, 可以认为超前防御机会维修不包含这些固定维修费 用。因此,系统在一段观测时间 内,部件 的维修 总费用 E Er E 2 式 中, C 为部件的最小维修费用 。通常最小维修 涉及部件 的早期故障或故障程度较轻微 , 费用较低 , 且可以在线执行 ,不用将系统停机,因此也不包含 固定维修费用,且通常 。 为故障更换 中的维修工作劳动力支 出、部件耗材、安全检测、 故障损失等特定的故障更换费用。 为部件的故 障 更 换 维 修 总 费 用 含 固 定 维 修 费 用 , C F R C o c , 其中C 0 为每次系统停机维修的固定 维修费用。C 为部件 的预防性更新维修总费用 含 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 7 0 机械工程学报 第 4 9卷第 1 2期 固定维修费用 , C o ,其 中 为部件在 未发生故障而提前更换所需的劳动力支 出、部件耗 材等相关费用。 由于故障更换属于修复性维修 事后 维 修 ,伴 随部 件 的故 障后 果 损 失 , 因此 通 常 C C , 。 为部件进行超前防御的机会更新费用 不含固定维修费用 。由于机会更新属于一种预防 性维修 ,因此通 常 。 为系统在一段观 测时间 仿真时间 内,部件进行最小维修的次数。 Er 为系统在一段观测 时间 内, 部件进行故障更换 维修 的次数。 为系统在一段观测时间 内,部件 进行超前防御 机会更新 的次数 。E 为系统在一段 观测时间 内,部件进行预防性更新维修的次数 。 系统总维修 费用 从经 济角度代表 了系统故 障 的后果损失,而不 同时间跨度下的故障后果损失不 具比较性 。因此,采用系统的总维修费用率 E ,代 表单位时间内的故障后果损失,见式 3 1 ∑巨 口 ] 上L 3 2 机会维护策略的全局优选算法 在上述超前防御机会维护过程中,随着机会维 修役龄 和超前防御风险阈值 足 的改变, 系统总维 修费用率 E 也相应变化 。 本文提 出一种基于动态仿 真的全局优选算法对超前防御主动机会维护策略进 行优化,使系统整体故障后果的损失降到最小 。 采用蒙特卡洛仿真方法 ,在不 同的【 , 】 组 合条件下, 对系统中各个部件 的故障时间进行抽样, 从而计算系统总维修费用率 。由蒙特卡洛抽样原理 可知,当仿真时间趋近无穷大时,由各次仿真试验 得到的系统总维修费用率平均值也趋近于真实值 。 对 比各种【 ,R] 组合下的系统总维修费用率 , 当 取最小值时,【 ,足】 为模型的最优估计 ,从 而得到全局优选机会维护策略。 2 . 1 故障时间产生方法 由上述机会维修策略可知,对部件采取的维修 活动有完全维修和最小维修两种。在这两种维修活 动下,故障时间的产生方法不同。 1 随机抽样部件完全维修下 的故障时间产 生方法 。由于部件更换后如 同全新的一样,因此更 换前后的故障时间可 由同一故障分布抽样产生。抽 样过程为产生一组 0 , 1 区间内的均匀随机数 。设 部件寿命服 从非指 数分布 F f ,由 UF f 解 出 t F 即可产生服从 , f 的随机故障。如威布 尔分布的故障时间见式 4 ,其中 7 7 、 为二参数威 布尔分布参数。 t 7 7 一 I n 己 厂 4 2 剩余分布抽样 部件最小维修下 的故障时 间产生方法 。剩余寿命分布是指部件在 时刻发生 故障,经修复 最小维修 后故障率没有提高,其再 次发生故障的时间 的分布。剩余分布抽样,就是 产生满足剩余分布的随机数 △ f 。 针对威布尔分布的 剩余分布抽样公式见式 5 其 中变量含义与式 4 相 同 。 因此 , 对于经过最小维修且未进行更换 的部件, 其故障时间可用剩余分布抽样产生。 A t t pr / h n U 一t 5 2 . 2 动态机会维修仿真流程 超前 防御机会 维修过程动态仿真 的具体流程 如图 l 所示 。 图 1 机会维修过程的动态仿真算法 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 3年 6月 胡瑾秋等基于故障超前防御的复杂油气生产设备机会维护模型 1 7 1 1 开始 。确定设备系统 中各关键部件的故障 分布形式 指数分布、威布尔分布等 及故障分布模 型参数,各部件最小维修、故障更换、超前防御机 会更新、预防性维修更换所需的费用以及 由于设备 停机造成的生产损失。由于本文重点研究在役油气 生产设备 ,其通常处于损耗故障期,因此假定部件 的故障满足威布尔分布 。 2 根据维修记录统计分析,设置各部件的预 防性更新时间 工程上,一般设为 1 4 4 0 d 。 3 设置各部件的超前防御机会更新时间 分 别为其预 防性更新 时间 的 1 0 %、2 0 %、3 0 %、 4 0 %、5 0 %、6 0 %、7 0 %、8 0 %、9 0 %、1 0 0 %。当本 次仿真试验结束后,可对 的取值再进一步细化。 例如,若本次试验得到 2 0 % 时, 目标函数最 优,则可进行第二次仿真试验 ,设定 分别为其预 防性更换时间 的 1 2 %、1 4 %、1 6 %、1 8 %、2 0 %、 2 2 %、2 4 %、2 6 %、2 8 %,并重复该仿真流程,直至 获得实际工程所需的 精度 为止。 4 初始化各部件在总仿真 时间 内发生各种 类型的维修次数 最小维修、故障更换、机会更新、 预防更新 以及各部件最近一次发生更换 的时间。 5 根据式 4 随机抽样公式产生 n个部件的随 机故障时间 f _ 1 , 2 , ⋯, n ,并令t i 缶, 其中磊为 部件 i 的相对故障时间 随机故障时间间隔 , 为部 件 f的累积故障时间 从初装 0到本次故障的总 时间 。 6 选取 t i i 1 , 2 , ⋯, n 中的最 小值 及对应 的部件 k ,即部件 k最先发生故障。 7 针对部件 k ,判断其故障时间间隔 一 是否超过机会维修时间阈值 ,若未达到该阈值 , 则对部件 k进行最小维修。根据式 5 采用剩余分布 抽样方法 ,产生部件 k的剩余故障时间 ,即部件 k下一次发生故障的时间间隔 ,并令 。 8 若部件 k的故障时间间隔 一 已超过 机会维修时间阈值,则判断其是否超过预防性维修 时间阈值 。若 一 ≥ ,进行预防性更新;否 则进行故障更换 。从而相应的更新部件 k最近一次 更换的时间 。同时根据式 4 产生第 k个部件的 随机故障时间间隔 ,更新其累积故障时间 。并 相 应增 加 预 防性 更新 次 数 E础 或 故障 更新 次 数 。 9 针 对 部 件 k 以外 的 系 统 内 其 他 部 件 J 1 , 2 , ⋯, n,J ≠k,判断各部件 的故障时间间隔 是否超过机会维修役龄 ,并进一步计算故 障风 险,判断是否达到超前防御风险阈值 足,从而只对 符合超前 防御条件的部件进行机会更新。对满足条 件的部件 ,进行故障超前防御 ,相应的更新部件 最近一次更换的时间 。同时根据式 4 产生第 个 部件 的随机故障时间间隔 ,更新其累积故障时间 f , 。并相应增加机会更新次数 f 。 1 0 至此一轮维修任务结束, 考查所有部件新 的累积故障时间t i 1 , 2 , ⋯, n ,若存在任一部件 i 累积故障时间 t i 小于总仿真时间 ,则继续循环步 骤 6 ~ 9 的仿真过程 。直至所有 t i 1 , 2 , ⋯, n 都 大于 为止,仿真过程结束 。分别根据式 2 、 3 计算总维修费用 研 ] 和维修费用率E 。 一 般需要多次执行仿真试验 1 0 0次 以上 , 并取 总维修费用率E 的平均值作为实际总维修费用率 E 的估计值,且当仿真时间增大时,总维修费用率 E 的平均值将逼近真实值 。 3 模型参数敏感性分析 3 . 1 设备系统与机会维修模型参数 选取某 油气 生产系统 中燃驱压缩机 系统为研 究对象,对全局优选机会维护策略进行仿真算例研 究。燃气轮机 1 j I} ~5 群 径 向滑动轴承 G P B1 , GP B 2 , G P B 3 ,P T B 4 ,P T B5 以及压缩机驱动端和非驱动 端上的径 向滑动轴承 HP C F wd ,HP C A 故障分布 相近 、结构与功能相 同,属于同一个维修组。假定 各轴承的故障分布满足威布尔分布模型,并结合历 史数据与先验知识估计模型参数 a ,b 。各种类型的 维修费用数据 、c 、 、 、C 0 取经验 值,各轴承维修仿真试验所用参数见下表所示 。 表 系统各部件故障分布模型参数与有关维修费用参数 3 . 2 不考虑风险水平的基本机会维护仿真 首先不考虑部件故障风险水平 ,采用基本机会 维修策略 。重点考查针对不 同的影响因素 “ 在什么 时间对部件进行超前防御最优 ”的问题 ,从而确定 最优的机会维修役龄使系统总维修费用率最低。 假定部件的机会维修役龄 3 0 % ,分别以 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m l 7 4 机械工程学报 第4 9卷第 1 2期 r w 8 0 % 时,整体总维修费用率处于较低水平 。 逐渐降低或增加机会维修役龄,总维修费用率整体 也相应升高。 由此可 以得 出如下结论。 1 系统总维修费用率受机会维修役龄和风险 阈值两个因素综合影响,且成非线性关系 。存在某 一 最优[ ,足] 组合,使系统总维修费用率最低。 2 在给定机会维修役龄下,系统总维修费用 率随风 险阈值的变化幅度相对较小 平均 5元/ 月 , 而在给定风险阈值下,系统总维修费用率随机会维 修役龄 的变化幅度相对较大 平均 1 0元/ 月 。 因此机 会维修役龄是影响总维修费用率的主导因素 ,而风 险阈值则为辅助因素 。 3 在原有基本机会维修策略基础上 ,添加故 障风险水平的超前防御判据,从总体上能将基本机 会维修平均费用率再次降低 1 2 %左右。因此,故障 风险水平可 以控制系统的 “ 过剩维修 ” , 避免对部件 进行不必要的超前防御 。 4 随着系统部件数目、仿真时间、故障分布 种类等的增加 ,仿真算法的计算量和计算时间将显 著增加,可考虑进一步采用遗传算法等仿生学优化 算法来加快全局寻优过程的速度和精度 。 4 结论 1 从复杂油气生产设备特 点、故障及其耦合 作用 的客观存在性与维修相关性出发,将系统单点 故障停机维修这一不利因素转变成对其他退化部件 提供超前 防御从而抑制故障耦合作用的有利机会, 提 出了一种全局优选机会维护策略,实现 了复杂系 统故障预警的主动防御 ,进一步降低 了故障损失和 维修成本,增强了故障预警控制的及时性。 2 通过具体的定性、定量分析 ,确定了在设 备单点故障停机维修期间,需要进行机会维修的其 他未故障部件应具备的故障超前防御条件超前防 御位置、超前防御时间、超前防御方式和超前防御 判据 。此形成了一套故障及其耦合作用预控对策 的 具 体量 化措 施 。 3 分析了该机会维护策略模型中不 同参数对 系统维修决策的影响。表 明系统维修总费用率受机 会维修役龄和风险阈值两个因素综合影响,具有非 线性关系 。通过动态维修仿真算法可 以对其组合进 行全局优选 ,获得系统维修总费用率最低时的最优 机会维修役龄和风险阈值组合。并通过参数敏感性 分析发现机会维修役龄是影响总维修费用率的主导 因素,而风险阈值则为辅助 因素,控制超前防御不 当带来 的 “ 过剩维修 ” 。 参考文献 [ 1 ]高金吉.装备系统故障自愈原理研究[ J ] .中国工程科 学 ,2 0 0 5 ,7 5 4 3 4 8 . G AO J i n j i . R e s e a r c h o n t h e f a u l t s e l f - r e c o v e r y p ri n c i p l e o f e q u i p me n t s y s t e m[ J ] . E n g i n e e ri n g S c i e n c e , 2 0 0 5 , 7 5 4 3 . 4 8 . [ 2 】L A GG O UN E R ,C H A T E A UN E U F A,A I S S AN I D. Op p o r t u n i s t i c p o l i c y f o r o p t i ma l p r e v e n t i v e m a i n t e n a n c e o f a mu l t i - c o mp o n e n t s y s t e m i n c o n t i n u o u s o p e r a t i n g u n i t s [ J ] .C o mp u t e r s a n d C h e mi c a l E n g i n e e ri n g ,2 0 0 9 , 3 3 9 1 4 9 9 1 5 1 0 . [ 3 】蔡景,左洪福,王华伟.基于经济相关性的复杂系统 维修优化模型研究[ J 】 _系统工程与电子技术,2 0 0 7 , 2 9 5 8 3 5 - 8 3 8 . CAI J i n g , Z UO Ho n g f u , W ANG Hu a we i . S t u d y o n o p t i ma l mo d e l o f c o mp l e x s y s t e ms wi th e c o n o mi c d e p e n d e n c y [ .S y s ms E n g i n e e ri n g and E l e c t r o n i c s , 2 0 0 7 , 2 9 5 8 3 5 8 3 8 . [ 4 ]NI C O L A I R DE KK E R R .O p t i ma l ma i n t e n a n c e o f mu l t i c o mp o n e nt s y s t e ms A r e v i e w[ R ] .L o n d o n Ec o n o me t r i c I n s t i t u t e Re p o , 2 0 0 6 . [ 5 】程志君,郭波.多部件系统机会维修优化模型[ J ] .工 业工程 ,2 0 0 7 ,1 0 5 6 7 - 6 9 . C H E NG Z h i j u n ,G U O B o .T h e o p t i ma l a n a l y s i s o f o p p o r t u n i s t i c ma i nte n an c e mo d e l o f mu l t i c o mp o n e n t s s y s t e m[ J ] . I n d u s t r i a l E n g i n e e ri n g J o u r n a l , 2 0 0 7 ,l 0 5 6 7 . 6 9 . [ 6 ]刘繁茂,朱海平,邵新宇,等.一种基于马尔可夫链的 多设备串并联系统视情机会维修策略[ J ] .中国机械工 程 ,2 0 0 9 ,2 0 7 8 5 1 - 8 5 5 . LI U F a n ma o , Z HU Ha i p i n g ,S HAO Xi n y u , e t a 1 .A c o n d i t i o n b a s e d o p p o r t u n i s t i c ma i nte n a n c e s tra t e g i e s for mu l t i u n i t s e rie s a n d p a r a l l e l s y s t e m b a s e d o n Mark o v c h a i n [ J ] . C h i n a Me c h ani c a l E n g i n e e r i n g , 2 0 0 9 ,2 0 7 8 51 . 85 5. [ 7 ]陈
展开阅读全文