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不完美检测情形下主辅系统可靠性建模与维修策略优化

不完美检测情形下主辅系统可靠性建模与维修策略优化

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作者：王春丽南京理工大学

学位级别：硕士

随着工业4.0时代的到来,传感器技术、物联网技术等一系列技术快速发展,给日常生产生活带来便利的同时也给可靠性研究带来了新的机遇和挑战。检测技术的进步使得系统状态数据更易获得,有利于基于状态的可靠性研究的发展。然而,在实际中,... 详细信息

随着工业4.0时代的到来,传感器技术、物联网技术等一系列技术快速发展,给日常生产生活带来便利的同时也给可靠性研究带来了新的机遇和挑战。检测技术的进步使得系统状态数据更易获得,有利于基于状态的可靠性研究的发展。然而,在实际中,由于技术限制以及环境影响,检测通常存在误差,例如操作人员因操作不当导致的检测错误以及检测设备本身测量误差等,忽略这些误差则会造成决策失误甚至导致财产、生命安全损失等严重后果。此外,检测的不完美性也会对可靠性评估和分析造成偏差。因此,研究不完美检测情形下的系统可靠性问题具有重要的理论和现实意义。本文从实际问题出发,以主辅系统为研究对象,该系统包含关键子系统和辅助子系统,其中关键子系统包含主要部件,负责完成系统功能,一旦该子系统失效,则整个系统失效;辅助子系统用于保护关键子系统免受环境影响,从而保障系统在较为平稳的状态下运行,该子系统的失效不会直接导致整个系统的失效。本文应用概率论、递归法、半再生过程理论、数值模拟等方法,建立不完美检测情形下的可靠性及维修性模型,为寻找最优的维修策略提供了方法。本文的主要研究工作有以下几个方面:第一,以关键子系统和辅助子系统均包含一个部件的主辅系统为研究对象,建立了不完美检测情形下主辅系统可靠性模型,利用递归法推导了系统的可靠性指标如可靠度函数、首次故障时间的分布函数。通过数值算例以及系统仿真的方法验证了推导结果的正确性,并采用敏感性分析方法研究了检测质量对系统可靠度的影响。第二,针对上述主辅系统,分别考虑事后维修和预防维修两种维修策略,构建了不完美检测情形下检测维修模型,提出了周期检测优化问题,并给出问题最优解。首先运用半再生过程方法推导了两种维修策略下的系统长期运行平均成本。其次,以长期运行平均成本最小化为目标,优化检测周期,采用枚举法得出了系统的最优检测策略,并通过比较研究分析了不同维修方式对成本的影响。最后通过系统仿真验证了研究结果的正确性。第三,基于上述研究,进一步考虑辅助子系统包含多个部件的系统,从而将模型进行扩展。首先构建了辅助子系统包含多个部件的主辅系统模型。其次,提出了预防维修策略优化问题,通过半再生过程方法推导了系统长期运行平均成本,并以最小化系统运行平均成本为目标,优化主要部件和辅助子系统的维修阈值以及检测周期,通过枚举法得到了最优的预防维修策略。最后,通过仿真验证了结果的正确性。本文旨在解决不完美检测情形下主辅系统的可靠性建模与维修策略优化问题,在一定程度上丰富和扩展了主辅系统的可靠性研究内容。对相依多部件系统可靠性建模、评估和分析以及不完美情形下的检测维修策略的制定与优化具有重要的理论与现实意义。

关键词：可靠性建模不完美检测主辅系统预防性维修策略半再生过程

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