基于多層次模糊綜合評(píng)判及模糊理論的設(shè)備維修研究

余忠禮　王曉東

(1.昆明理工大學(xué)信息工程與自動(dòng)化學(xué)院　昆明　650500)(2.云南省礦物管道輸送工程技術(shù)研究中心　昆明　650500)

基于多層次模糊綜合評(píng)判及模糊理論的設(shè)備維修研究

余忠禮1,2王曉東1,2

(1.昆明理工大學(xué)信息工程與自動(dòng)化學(xué)院昆明650500)(2.云南省礦物管道輸送工程技術(shù)研究中心昆明650500)

摘要針對(duì)礦漿管道關(guān)鍵設(shè)備維修情況復(fù)雜的問題,提出了以多層次模糊綜合評(píng)判的方法來確定設(shè)備的維修方式,以模糊理論的方法來確定設(shè)備的維修周期。并且以單向閥設(shè)備為研究對(duì)象,預(yù)測了其最佳維修方式及最佳維修周期,實(shí)際生產(chǎn)表明,該方法對(duì)設(shè)備維修具有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞礦漿管道關(guān)鍵設(shè)備; 模糊理論; 維修方式; 維修周期

Class NumberTP391

1引言

長期以來,我國對(duì)設(shè)備的維修方式主要是采用事后維修與定期維修兩種方式,而且決定采取何種維修方式都是依據(jù)經(jīng)驗(yàn)來決定,這種方式在早期的工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)于設(shè)備的維修指導(dǎo)起到了很好的作用,但是隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展,單個(gè)設(shè)備自身的復(fù)雜性越來越高,不同設(shè)備之間組合后復(fù)雜性越來越高,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判定設(shè)備的最佳維修方式越來越困難。對(duì)于廉價(jià)以及對(duì)生產(chǎn)影響不大的設(shè)備仍然可以采用事后維修方式,但是對(duì)于其它的設(shè)備,如果全部采用定期維修可能存在維修過度或者維修不足的問題,造成資源浪費(fèi)或者使得設(shè)備安全性降低,更嚴(yán)重的是會(huì)造成人員傷亡[1]。

以可靠性為中心的維修(RCM)是目前被廣泛接受的一種先進(jìn)的設(shè)備維護(hù)模式,它具有以最小的資源消耗保證最大的可靠性與安全性的特點(diǎn)[2]。有學(xué)者已經(jīng)以經(jīng)濟(jì)性為原則對(duì)設(shè)備的維修周期做了研究[3～4],也有其他學(xué)者以可靠性、費(fèi)用等為目標(biāo)量進(jìn)行了相應(yīng)的研究[5～6]。維修策略有很多種[7],針對(duì)不同的環(huán)境需要選取合適的維修策略。在礦漿管道運(yùn)輸過程中,由于許多重要設(shè)備結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、設(shè)備故障影響因素眾多,設(shè)備的最佳維修方式難以確定或者不夠科學(xué)。傳統(tǒng)的專家評(píng)判模型對(duì)于影響因素較多的系統(tǒng)在權(quán)重分配上存在不合理性,而多層次模糊綜合評(píng)判的方法是一種典型的定性與定量相結(jié)合的評(píng)判方法,能夠?qū)τ绊懸蛩啬：⒂绊懸蛩囟嘁约坝绊懸蛩匦枰謱拥南到y(tǒng)做出良好的評(píng)判[8],因此很適合用于對(duì)礦漿管道關(guān)鍵設(shè)備的研究。對(duì)于需要進(jìn)行預(yù)防維修的設(shè)備來說,最重要的問題就是合理確定預(yù)防維修周期,維修周期的不合理往往會(huì)造成維修成本的增加,模糊理論是一種比較成熟的方法了[9～10],采用這種方法可以預(yù)測出最佳的維修周期。

2維修方式的確定

目前使用比較廣泛的維修方式有事后維修、定期維修與狀態(tài)維修,而影響因素主要是可靠性、維修性與經(jīng)濟(jì)性,對(duì)于復(fù)雜的設(shè)備來說,影響因素還具有層次之分。多層次模糊綜合評(píng)判的方法的思想是:先對(duì)低層次的因素進(jìn)行評(píng)判,然后依次往上進(jìn)行評(píng)判,最后得出評(píng)價(jià)結(jié)果。以單向閥為例子進(jìn)行分析,其設(shè)計(jì)步驟包括以下步驟:

Step1確定因素集合U:對(duì)單向閥設(shè)備來說,其主要性能因素包括三個(gè)方面,其表示方式如下:U={ui(性能因素i)/i=1,2,3},其中u1為可靠性,u2為維修性,u3為經(jīng)濟(jì)性,而各性能因素包含不同的評(píng)價(jià)因素。具體信息如表1所示。

表1　第一層判斷矩陣

Step2確定因評(píng)語集V:評(píng)語集在這里指維修方式,單向閥設(shè)備的維修方式也是常用的三種方式之一,評(píng)語集V={v1,v2,v3},且v1為事后維修,v2為定期維修,v3為狀態(tài)維修。

表2　第一層判斷矩陣

根據(jù)表1的數(shù)據(jù)可以得到判斷矩陣P,

Step4進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。

根據(jù)前面的公式可得λmax=3.0709,CI=0.0358,CR=0.0612,可知CR<0.1,矩陣P滿足一致性要求。同理算出第二層的權(quán)重集A1,A2,A3,并構(gòu)造第二層的模糊評(píng)判矩陣R1,R2,R3,計(jì)算出相應(yīng)的權(quán)重集,采用模型M(·,⊕)進(jìn)行計(jì)算得:B1=A1°R1,B2=A2°R2,B3=A3°R3,則第一層的模糊評(píng)判矩陣為R=[B1B2B3]T,由于第一層的權(quán)重集A=(W1,W2,W3)已經(jīng)求出,因此,由B=A°R可以求出評(píng)判結(jié)果B。由于第二層計(jì)算步驟與第一層相同,只是數(shù)據(jù)不同而已,這里不再贅述,最后得到的結(jié)果B=(b1,b2,b3),根據(jù)最大隸屬度原則,即可確定單向閥的維修方式。對(duì)于單向閥設(shè)備來說,通過前面的步驟計(jì)算可得b2最大,即單向閥的維修方式推薦采用定期維修,同理可得到電機(jī)、主泵等設(shè)備的維修方式。

3維修周期的確定

以單向閥為例,其維修方式是定期維修,如果維修周期時(shí)間過短,可能要頻繁的停機(jī)檢修影響生產(chǎn)效益,也對(duì)設(shè)備自身造成一定的損傷,而維修周期過短可能會(huì)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障,這將會(huì)對(duì)生產(chǎn)造成更大的損失。

針對(duì)上述問題,有人以可靠性、費(fèi)用率等為優(yōu)化目標(biāo)對(duì)維修周期做了相關(guān)研究,以基本的維修模型和相關(guān)的基本公式為基礎(chǔ),結(jié)合實(shí)際設(shè)備的相關(guān)參數(shù),能夠得到一些結(jié)論。

以可靠性為目標(biāo)進(jìn)行分析,其每一周期T內(nèi)的平均不能工作時(shí)間(Mean Down Failure,MDT)為

(1)

其中Tp為平均預(yù)防維修時(shí)間,Tf為平均修復(fù)維修時(shí)間,λ(t)為故障率。

(2)

其中MUT為平均可能工作時(shí)間。

通過對(duì)實(shí)際T求導(dǎo)就可以得到:

(3)

然后根據(jù)設(shè)備壽命服從的分布類型就可以確定維修周期了。

但是實(shí)際生產(chǎn)中由于參數(shù)復(fù)雜,難以求解,因此可以采用維修系數(shù)最小值來求解。

(4)

其中α是維修系數(shù)是指平均不能工作時(shí)間MDT與平均可工作時(shí)間MUT之比。

將己知的可靠性數(shù)據(jù)以及壽命值計(jì)算出在不同的可用度下的維修系數(shù)α值,并畫成曲線,找出曲線中α值的最小點(diǎn),即可確定最佳預(yù)防維修周期。

(5)

由上面的公式可知為了使可用度A最大,必須令a最小,這樣可以得到最佳維修時(shí)間。

以費(fèi)用最小為目標(biāo)進(jìn)行分析時(shí),公式基本一樣,只需要將可用度A換成費(fèi)用C,維修系數(shù)α換成費(fèi)用系數(shù)c,同樣可以得到最佳維修時(shí)間。

4結(jié)語

不同的設(shè)備由于其性能與工作環(huán)境的關(guān)系,其維修方式與維修周期必然不同。文章采用多層次模糊綜合評(píng)判及模糊理論對(duì)單向閥設(shè)備進(jìn)行了研究,建立了求解最佳維修方式與維修周期的模型,也為其它設(shè)備的維修研究提供了一些指導(dǎo)。

參 考 文 獻(xiàn)

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Maintenance Research of Equipment Based on Multi-level Fuzzy Comprehensive Evaluation Method and Fuzzy Theory

YU Zhongli1,2WANG Xiaodong1,2

(1. Faculty of Information Engineering and Automation, Kunming University of Science and Technology, Kunming650500)(2. Engineering Research Center for Mineral Pipeline Transportation of Yunnan Province, Kunming650500)

AbstractThe maintenance of slurry pipeline key equipment is complex, a method has been proposed, adopting the multi-level fuzzy comprehensive evaluation method to determine maintenance mode of equipment, adopting the fuzzy theory to determine maintenance cycle of equipment, and then predicting the best maintenance mode and maintenance cycle by analyzing the check valve. The actual production shows that the method has certain guiding significance for equipment maintenance.

Key Wordsslurry pipeline key equipment, fuzzy theory, maintenance mode, maintenance cycle

收稿日期:2015年12月13日,修回日期:2016年1月30日

作者簡介:余忠禮,男,碩士研究生,研究方向:視情維修、故障診斷。王曉東,男,博士,教授,研究方向:圖像處理、基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的工業(yè)過程控制、多源信息融合技術(shù)以及基于數(shù)據(jù)挖掘的智能檢測技術(shù)。

中圖分類號(hào)TP391

DOI:10.3969/j.issn.1672-9722.2016.06.013