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基于多阶段-多阈值的设备退化建模与维护决策优化

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系统工程理论与实践 2024年第8期44卷 2700-2717页

作者：安友军陈晓慧胡家文董元发张林三峡大学机械与动力学院宜昌443002 重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400030 电子科技大学航空航天学院成都611731

在现有考虑非完美性维护的设备随机退化建模研究中,通常仅考虑了单一加工环境及单一预防性维护阈值下的设备维护决策优化问题,缺乏对多阶段退化及多阈值维护策略的研究.鉴于此,本文首先利用生产与退化的关系构建了变速生产环境下Wiener... 详细信息

在现有考虑非完美性维护的设备随机退化建模研究中,通常仅考虑了单一加工环境及单一预防性维护阈值下的设备维护决策优化问题,缺乏对多阶段退化及多阈值维护策略的研究.鉴于此,本文首先利用生产与退化的关系构建了变速生产环境下Wiener漂移系数与实际加工速度的关系,并在考虑随机冲击影响的情况下设计了具有随机漂移系数的Wiener退化过程.然后以设备维护间隔为基础,将设备全生命周期平均地分割成多个独立的加工阶段,且每个加工阶段具有可供选择的加工速度、预防性维护阈值和预防性更换阈值.紧接着在首达时间的定义下推导了设备剩余寿命、不同维护活动发生的概率及其维护间隔等变量,提出了基于平均剩余寿命和经验检查间隔的混合检查策略及“多阶段-多阈值”的视情维护决策模型.最后通过大量的仿真实验发现:1)本文所提混合检查策略显著优于文献检查策略,且“多阶段-多阈值”维护模型与三种经典维护模型在平均ACR(average cost rate)指标上的偏差分别为−275.85%,−20.96%和−533.58%,这也进一步论证了本文所提维护模型的有效性和优越性;2)通过对预防性维护成本、检查成本、最小检查间隔和分割阶段总数进行敏感性分析发现,分割阶段总数对维护决策模型具有显著性影响且影响程度最大.

关键词：设备退化建模维护决策优化多阶段变速退化多视情维护阈值 Wiener过程

基于学习型进化算法的并行机批调度与多级非完美性维护集成优化

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计算机集成制造系统 2024年

作者：安友军张俊董元发高开周彭巍周彬三峡大学机械与动力学院三峡大学水电机械设备设计与维护湖北省重点实验室澳门科技大学系统工程研究所

针对工件动态达到情况下的并行机批调度问题，现有研究很少考虑产品加工不兼容、设备维护和目标完成量等约束对实际生产计划的影响。为此，在考虑产品加工不兼容和最大停机设备数量对并行机生产与维护集成调度影响的基础上，提出了具有... 详细信息

针对工件动态达到情况下的并行机批调度问题，现有研究很少考虑产品加工不兼容、设备维护和目标完成量等约束对实际生产计划的影响。为此，在考虑产品加工不兼容和最大停机设备数量对并行机生产与维护集成调度影响的基础上，提出了具有四种不同维护活动的多级非完美性设备维护策略，进而构建了考虑不同见证点目标完成量、设备维护和最大停机设备数量的多目标集成调度数学优化模型。为求解该问题，设计了四种局部搜索算子和一种基于聚类的交叉策略，并以此构建了基于Q学习的自适应多目标进化算法(Q-learning-based self-adaptive multi-objective evolutionary algorithm， QSMOEA)。最后，通过大量仿真实验发现：(1) 四种局部搜索算子和基于聚类的交叉策略在QSMOEA算法中发挥着积极且重要的作用，且它们对算法整体性能的贡献度不低于11.91%；(2) QSMOEA算法显著优于其它四种先进的智能优化算法，且平均相对百分比偏差不低于-18.58%；(3) 多级非完美性设备维护策略显著优于传统设备维护策略，且本文所提维护策略的最优维护计划在集成优化研究中也具有显著性优势；(4) 通过敏感性分析发现，最大停机设备数量对生产与维护集成调度结果具有显著性影响。

关键词：并行批处理机多级非完美性维护生产与维护集成调度 Q学习算法自适应多目标进化算法

面向紧耦合协作空间的人-机点云快速重建与碰撞检测方法研究

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机械工程学报 2024年

作者：董元发黄继涛黎海凡周彬彭巍安友军三峡大学水电机械设备设计与维护湖北省重点实验室三峡大学机械与动力学院中国长江电力股份有限公司

高可靠的人机碰撞检测是紧耦合协作空间下机械臂安全运行面临的主要挑战。针对紧耦合协作空间下点云遮挡导致人体障碍空间感知不全、障碍包络空间冗余导致协作机械臂姿态规划失败等问题，结合人机骨架信息与稀疏采样方法实现了人机点云... 详细信息

高可靠的人机碰撞检测是紧耦合协作空间下机械臂安全运行面临的主要挑战。针对紧耦合协作空间下点云遮挡导致人体障碍空间感知不全、障碍包络空间冗余导致协作机械臂姿态规划失败等问题，结合人机骨架信息与稀疏采样方法实现了人机点云的快速重建，提出了一种基于体素逼近策略的紧凑型轴对齐包围盒生成与碰撞检测方法，并结合某型减速器人机协作典型场景验证了所提方法在人体障碍空间感知的精准度。试验结果表明作者所提方法能够在不损失效率的前提下实现人机点云的快速、完整重建与碰撞检测，可有效减少障碍包络空间体积92.38%，扩大机械臂避障运动空间1.15 m3。

关键词：人机协作装配点云重建 AABB包围盒体素逼近碰撞检测

刚柔混合约束下柔性流水车间生产调度与设备维护集成优化

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计算机集成制造系统 2024年

作者：赵子夜陈晓慧安友军胡欣阳周梦萦刘盛望重庆大学机械与运载工程学院三峡大学机械与动力学院英特尔产品(成都)有限公司

为提高设备可靠性与生产效率，针对具有多品种混线生产和机器产能限定的半导体封装测试柔性流水车间，开展了生产调度与设备维护集成优化研究。论文构建了一个多目标集成优化数学模型，该模型考虑了有限缓冲区和交货期时间窗刚柔混合约... 详细信息

为提高设备可靠性与生产效率，针对具有多品种混线生产和机器产能限定的半导体封装测试柔性流水车间，开展了生产调度与设备维护集成优化研究。论文构建了一个多目标集成优化数学模型，该模型考虑了有限缓冲区和交货期时间窗刚柔混合约束，并以最小化最大完工时间、平均流经时间、提前/拖期完工惩罚和机器负荷极差为优化目标。为实现高效求解，提出了一种改进的双种群协同进化算法，该算法采用混合初始化方法生成高质量初始种群，并利用结合变邻域搜索和正交学习的混合局部搜索策略提高算法性能。以成都某半导体企业的封装测试产线为案例开展数值仿真实验，通过对比分析验证了改进算子和所提算法的有效性与优越性。

关键词：柔性流水车间生产调度与设备维护集成优化有限缓冲区交货期时间窗改进双种群协同进化算法

具有设备动态性和加工速度选择的生产与维护集成调度研究

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机械工程学报 2024年

作者：安友军刘成陈晓慧高开周董元发孟荣华三峡大学机械与动力学院重庆大学高端装备机械传动全国重点实验室澳门科技大学系统工程研究所

针对动态加工环境，现有文献对动态干扰事件的研究主要聚焦在新工件到达和设备随机故障，很少考虑设备数量动态变化(如增加和减少)的影响。为弥补这一不足，研究了一种包含新机器插入、旧机器报废、加工速度选择和预测性维护(Predictive... 详细信息

针对动态加工环境，现有文献对动态干扰事件的研究主要聚焦在新工件到达和设备随机故障，很少考虑设备数量动态变化(如增加和减少)的影响。为弥补这一不足，研究了一种包含新机器插入、旧机器报废、加工速度选择和预测性维护(Predictive maintenance, PdM)的多目标柔性作业车间生产与维护集成调度问题。具体研究内容包括：(1)基于加速退化的Gamma退化过程，设计包含加工速度选择、可变Pd M阈值和16种离散检测策略的多阶段-多阈值Pd M策略；(2)针对新机器插入、旧机器报废和生产调度问题规模，构建自适应重调度策略；(3)为求解该集成优化问题，提出自适应双种群协作多目标进化算法(Adaptive bi-population cooperative multi-objective evolutionary algorithm, ABCMOEA)。在数值仿真中，首先研究了参数设置对ABCMOEA算法的影响；然后通过文献对比验证了协同初始化方法和三种局部搜索机制的有效性；紧接着通过与其它智能算法、Pd M策略和重调度策略进行对比，分别验证了ABCMOEA算法、Pd M策略和ARS策略的优越性；最后通过敏感性分析发现，加工速度和维护水平的可选择范围对集成优化研究具有显著性影响，且前者的影响更大。

关键词：柔性作业车间调度新机器插入旧机器报废加工速度选择维护水平选择预测性维护多目标进化算法

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基于开放式小区的道路选择

智能城市 2017年第5期3卷 70-74页

作者：安友军杨远会查靓三峡大学机械与动力学院湖北宜昌443000

随着城市化进程的不断深入,开放式小区日趋增多,出行道路的选择日益复杂。文中构建了基于开放式小区的道路网络拓扑结构,首先运用顺序搜索和回溯算法得到所有路径的备选方案,然后以最短出行时间为目标,运用均衡理论得到动态博弈中不同... 详细信息

随着城市化进程的不断深入,开放式小区日趋增多,出行道路的选择日益复杂。文中构建了基于开放式小区的道路网络拓扑结构,首先运用顺序搜索和回溯算法得到所有路径的备选方案,然后以最短出行时间为目标,运用均衡理论得到动态博弈中不同车流量下的最优出行路线,达到节约出行时间,缓解交通压力,提高道路通行能力的目的。

关键词：智能交通道路选择均衡开放式小区

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基于步行特征的石板路铺设间距及宽度研究

价值工程 2017年第15期36卷 79-83页

作者：安友军税艳玲查靓三峡大学机械与动力学院宜昌443000 三峡大学经济与管理学院宜昌443000

不同人群的步行特征存在差异。为提高石板路的舒适度,根据人因工程学原理,针对大学、小学和公园等场所的活动人群特点,采集并整理大学生、小学生和老人的步行特征数据,得到石板路铺设间距及宽度的建议值。

关键词：石板路步行特征中心间距石板宽度

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图像阈值分割算法及对比研究

信息通信 2017年第4期30卷 86-89页

作者：詹志宇安友军崔文超三峡大学计算机与信息学院三峡大学机械与动力学院湖北宜昌443000

图像阈值分割技术广泛应用于计算机视觉和模式识别等研究领域。通过对五种典型的阈值分割算法,包括最大类间方差法、最大熵法、最小交叉熵法、最大相关法和灰度熵法进行算法仿真,并针对不同信噪比图像的分割结果进行了客观评价,得出不... 详细信息

图像阈值分割技术广泛应用于计算机视觉和模式识别等研究领域。通过对五种典型的阈值分割算法,包括最大类间方差法、最大熵法、最小交叉熵法、最大相关法和灰度熵法进行算法仿真,并针对不同信噪比图像的分割结果进行了客观评价,得出不同分割方法所适用的分割对象。同时设计了图像阈值分割系统,便于进行不同分割算法的对比分析。

关键词：图像阈值分割最佳分割阈值对比分析

基于改进和声搜索算法的柔性作业车间调度研究

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价值工程 2018年第31期37卷 274-277页

作者：向双玲安友军刘秀凤三峡大学机械与动力学院宜昌443002

结合柔性作业车间调度问题,对和声搜索算法中新和声的产生方式及变异操作进行改进,提出了改进和声搜索算法。在改进算法中,对新和声的合成方式采用精英保留策略,保证新和声的较优性能;在迭代过程中引入变领域搜索算法,以提高算法的全局... 详细信息

结合柔性作业车间调度问题,对和声搜索算法中新和声的产生方式及变异操作进行改进,提出了改进和声搜索算法。在改进算法中,对新和声的合成方式采用精英保留策略,保证新和声的较优性能;在迭代过程中引入变领域搜索算法,以提高算法的全局搜索能力。最后通过仿真实验对改进算法的求解性能进行检验,验证了改进算法在求解柔性作业车间问题上的可行性及有效性。

关键词：柔性作业车间调度和声搜索算法精英保留策略变邻域搜索