• 
    

    
    

      99热精品在线国产_美女午夜性视频免费_国产精品国产高清国产av_av欧美777_自拍偷自拍亚洲精品老妇_亚洲熟女精品中文字幕_www日本黄色视频网_国产精品野战在线观看 ?

      基于剩余壽命可靠度的地鐵車輛設(shè)備多部件趨近機(jī)會(huì)維修策略*

      2021-03-22 01:24:40楊艷娟徐永能董瑞超
      城市軌道交通研究 2021年3期
      關(guān)鍵詞:維修策略故障率預(yù)防性

      楊艷娟 徐永能 董瑞超

      (南京理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院, 210094, 南京∥第一作者, 碩士研究生)

      在保證列車安全性、可靠性的基礎(chǔ)上如何減少維修費(fèi)用,對(duì)車輛設(shè)備全壽命周期內(nèi)的維修周期進(jìn)行優(yōu)化[1],對(duì)不同車輛部件實(shí)施統(tǒng)籌維修,成為現(xiàn)階段一個(gè)值得深入研究的問題。學(xué)者們對(duì)城市軌道交通車輛的維修周期進(jìn)行了深入研究,特別是以預(yù)防維修模式為出發(fā)點(diǎn),考慮了關(guān)鍵部件的可靠性,優(yōu)化維修周期模型[2-4]。本文主要是在對(duì)地鐵車輛設(shè)備全壽命分析的基礎(chǔ)上,建立以全壽命周期單位維修費(fèi)用最小化為目標(biāo)函數(shù)、以設(shè)備剩余壽命可靠度為約束條件的預(yù)防性維修周期模型,并對(duì)多部件整體維修提出趨近機(jī)會(huì)維修策略。

      1 地鐵車輛設(shè)備全壽命分析

      本文將設(shè)備末次預(yù)防性維修后的時(shí)間納入到設(shè)備全壽命范圍內(nèi),利用地鐵車輛設(shè)備大多服從威布爾分布這一特征,推導(dǎo)設(shè)備在末次預(yù)防性維修后的剩余壽命時(shí)間。

      定義地鐵車輛設(shè)備的可靠度函數(shù)為R(t),壽命分布函數(shù)為F(t),則R(t)的計(jì)算公式為:

      R(t)=1-F(t)=P{X>t},t≥0

      (1)

      式中:

      t——設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間;

      P{X>t}——在規(guī)定條件下時(shí)刻t以前設(shè)備正常工作的概率。

      對(duì)于服從威布爾分布的產(chǎn)品,其可靠度為:

      R(t)=exp(-(t/η)β),(η,β>0)

      (2)

      式中:

      η——尺度參數(shù);

      β——形狀參數(shù)。

      根據(jù)壽命期望值(MTTF)含義定義設(shè)備平均壽命為E(t),其計(jì)算公式為:

      (3)

      對(duì)于服從二參數(shù)威布爾分布的設(shè)備其剩余壽命函數(shù)μ(t)的計(jì)算公式為:

      (4)

      則設(shè)備的全壽命函數(shù)Tz可以表示為:

      (5)

      式中:

      i——預(yù)防性維修的次數(shù);

      N——設(shè)備全壽命周期內(nèi)的預(yù)防性維修總次數(shù);

      Ti——設(shè)備的第i次維修時(shí)距上次維修的時(shí)間間隔;

      μ(t)——第N次預(yù)防性維修后設(shè)備的平均剩余壽命。

      2 預(yù)防性維修周期優(yōu)化模型

      本模型在充分考慮車輛設(shè)備可靠性水平的基礎(chǔ)上,建立了以單位時(shí)間維修費(fèi)用最低為目標(biāo)的預(yù)防性維修周期模型。

      2.1 模型假設(shè)

      由于地鐵車輛設(shè)備是由多個(gè)部件組成,假定各部件均有以下幾個(gè)性質(zhì):① 部件投入使用時(shí)是全新的;② 部件的故障率是獨(dú)立的,遵循威布爾分布,且只考慮部件之間的維修周期與經(jīng)濟(jì)相關(guān)性;③ 預(yù)防性維修使部件的故障率下降到偶然故障階段的故障率(即修復(fù)如新),但同時(shí)增大了故障率函數(shù)的變化率;④ 對(duì)于預(yù)防性維修周期內(nèi)發(fā)生的故障只采取故障維修措施,不改變部件的故障率及其故障率函數(shù);⑤ 部件可靠性隨著役齡時(shí)間增加而下降。

      2.2 剩余壽命可靠度約束

      根據(jù)可靠性函數(shù)的含義,可以定義設(shè)備剩余壽命可靠性函數(shù)Rt(u)如下[5]:

      (6)

      式中:

      Xt——設(shè)備已服役時(shí)間t后的剩余壽命時(shí)間。即:設(shè)備在t時(shí)刻進(jìn)行了一次上述規(guī)定的預(yù)防性維修后,再經(jīng)過時(shí)間u,在時(shí)刻t+u正常工作的概率。

      當(dāng)設(shè)定剩余壽命可靠度應(yīng)大于或等于某一閾值α?xí)r,Rt(u)可在式(6)的基礎(chǔ)上表示為:

      (7)

      式中:

      α——剩余壽命可靠度閾值。

      求解上述方程,可求得u的值。當(dāng)設(shè)備壽命服從二參數(shù)威布爾分布時(shí),預(yù)防性維修周期的求解方程為:

      (8)

      式中:

      TN——待求的下一次維修周期。

      2.3 預(yù)防性維修周期的確定

      在地鐵車輛設(shè)備的全壽命服役期間,其總維修費(fèi)用CZ主要由五部分組成:預(yù)防性維修費(fèi)用C1、在預(yù)防性維修周期內(nèi)出現(xiàn)的故障維修費(fèi)用C2、因進(jìn)行預(yù)防性維修而造成的損失C3、因進(jìn)行故障維修而造成的損失C4和在拆卸故障部件時(shí)造成的間接損失費(fèi)用C5。總維修費(fèi)用及其組成費(fèi)用的計(jì)算公式為:

      CZ=C1+C2+C3+C4+C5

      (9)

      (10)

      C2=CemF

      (11)

      (12)

      (13)

      C5=CwF

      (14)

      式中:

      Cep——每次預(yù)防性維修的費(fèi)用;

      φ——故障率遞增因子;

      ti——第i次預(yù)防性維修所花費(fèi)的時(shí)間;

      Cem——預(yù)防性維修周期內(nèi)每次故障維修的費(fèi)用;

      F——設(shè)備全壽命周期內(nèi)預(yù)期發(fā)生的故障維修總次數(shù);

      Cl——因預(yù)防性維修而使設(shè)備停用造成的單位時(shí)間損失;

      Cq——因故障維修而使設(shè)備停用造成的單位時(shí)間損失;

      tj——第j次故障維修所花費(fèi)的時(shí)間;

      Cw——因故障維修而拆卸故障部件造成的間接經(jīng)濟(jì)損失,最主要的包括拆卸費(fèi)用。

      其中,Cl、Cq和Cw根據(jù)經(jīng)驗(yàn)法取其理想情況,假設(shè)每次造成的經(jīng)濟(jì)損失為一固定值。

      (15)

      混合式故障率需要考慮綜合役齡遞減因子ω和故障率遞增因子φ兩種因子,在每次預(yù)防維修后設(shè)備故障率減小到維修前的某一水平,然后以更快的速度增長[6]。這兩個(gè)參數(shù)取文獻(xiàn)[6]所取數(shù)值。根據(jù)混合式故障率函數(shù)的遞推關(guān)系,可以得第i次預(yù)防維修周期內(nèi)的故障率λi(t)為:

      λi(t)=φλi-1(t+ωTi-1)

      (16)

      其中,i=1,2,…,N;0

      式中:

      λi(t)——第i次預(yù)防性維修周期內(nèi)的故障率。

      3 地鐵車輛的多部件趨近機(jī)會(huì)維修策略

      機(jī)會(huì)維修策略的特點(diǎn)是可以整合多個(gè)部件,對(duì)于具有相同維修間隔的兩個(gè)或多個(gè)部件,進(jìn)行整體維修。但是,這種維修策略必須建立在各部件維修時(shí)間已經(jīng)確定的基礎(chǔ)上[7]。

      本文的策略是在建立預(yù)防性維修周期的同時(shí),考慮機(jī)會(huì)維修的策略,將機(jī)會(huì)維修的“被動(dòng)性”轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸鲃?dòng)性”。趨近機(jī)會(huì)維修策略具體流程如下:

      步驟1:計(jì)算不同α情況下各部件相關(guān)函數(shù),改變剩余壽命可靠度約束的閾值α,可以得到不同α值的各部件預(yù)防性維修周期Tb(i)、全壽命周期平均費(fèi)用Rb(i)和已運(yùn)行時(shí)間Tb,add(i)。其中:參數(shù)b表示相應(yīng)的部件(b=1,2,…,S),S表示設(shè)備的部件總數(shù)。

      步驟2:選取各部件的初始相關(guān)函數(shù),根據(jù)專家系統(tǒng)法,得到部件b的初始α以及允許的閾值改變絕對(duì)值Δα。計(jì)算初始α情況下的Tb(i)、Rb(i)、Tb,add(i),所得結(jié)果分別作為最優(yōu)維修周期Tb,best(i)、最優(yōu)全壽命周期平均費(fèi)用Rb,best(i)和每個(gè)部件的最優(yōu)已運(yùn)行時(shí)間Tb,add_best(i)。

      步驟3:初始化m=1,m表示第m個(gè)方案(m=1,2,…,S),即趨近第m個(gè)部件維修周期時(shí)進(jìn)行整體維修的情況。

      步驟4:初始化i=1。

      步驟5:選擇情況m下的最優(yōu)相關(guān)參數(shù),即Tm,best(i)、Rm,best(i)和Tm,add_best(i)。

      步驟6:初始化z=min(Z),Z為不包含第m個(gè)部件的其他部件的集合(z表示第z個(gè)部件的維修周期趨近部件m的維修周期,用來判斷其余S-1個(gè)部件是否趨近m情況)。

      步驟7:計(jì)算當(dāng)前的維修周期,根據(jù)Δα計(jì)算Tz,αmin(i)和Tz,αmax(i),計(jì)算Tm,addbest(i)和Tz,add(i-1)的差值得到Tz,m(i)。其中,Tz,m(i)表示部件z在方案m的情況下第i次維修,判斷Ti,(z,m)是否位于Tz,αmin(i)和Tz,αmax(i)之間,如果滿足要求,則Tz,m(i)正確;否則判斷Tz,m(i)與Tz,αmin(i)和Tz,αmax(i)之間的歐幾里得距離,選擇歐幾里德距離最小值。

      步驟8:判斷z是否等于集合Z中最后一個(gè)部件。如果滿足,進(jìn)行下一步;否則,z指向集合Z中的下一個(gè)部件,返回步驟7。

      步驟9:判斷i是否為最大維修次數(shù)。如果滿足要求,則進(jìn)行下一步;否則i=i+1,執(zhí)行步驟5。

      步驟10:計(jì)算方案m下的Rm,div(i)(Rm,div(i)為將所有部件看作整體考慮時(shí)機(jī)會(huì)維修的平均費(fèi)用)。

      步驟11:判斷m是否滿足全部情況。如果是,執(zhí)行下一步;否則m=m+1,執(zhí)行步驟4。

      步驟12:選擇Rm,div(i)的最小值為最優(yōu)結(jié)果。

      4 算例分析

      4.1 設(shè)置車輛轉(zhuǎn)向架的關(guān)鍵部件參數(shù)

      以地鐵車輛轉(zhuǎn)向架的軸承、輪對(duì)、軸箱、減震裝置、抗側(cè)滾扭桿等5個(gè)關(guān)鍵部件[8]為例,將部件分別編號(hào)為1#、2#、3#、4#、5#,構(gòu)成一個(gè)串聯(lián)結(jié)構(gòu),各部件服從威布爾分布的具體參數(shù)如表1所示。本算例僅考慮理想情況,轉(zhuǎn)向架各部件的故障率服從威布爾分布,且各部件均以全新的狀態(tài)運(yùn)行。部件的相關(guān)單位維修費(fèi)用均采用平均值,設(shè)Cep為1 500元/次、Cem為2 000元/次、Cl為1 500元/d、Cq為750元/d、Cw為600元/次。

      表1 地鐵車輛轉(zhuǎn)向架各部件維修參數(shù)

      4.2 確定各部件預(yù)防性維修周期的初始α值

      采用剩余壽命可靠度方法,計(jì)算部件b的預(yù)防性維修周期Tb(i)、全壽命周期平均維修費(fèi)用Rb(i)。以部件1#為例,其仿真結(jié)果如圖1所示,圖中Tb(i)表示部件1#第i次的預(yù)防性維修周期,Rb(i)表示部件1#前i次的全壽命周期平均維修費(fèi)用。

      a)預(yù)防性維修周期

      b)全壽命周期平均維修費(fèi)用

      從圖1 a)可以看出,在α值固定的情況下,部件1#的預(yù)防性維修周期Tb(i)隨著維修次數(shù)i的增加而降低,并且Tb(i)降低的速率也隨著維修次數(shù)i的增加而降低;在i相同的情況下,部件1#的Tb(i)隨著α的增加而降低,降低的速率基本維持在某一固定值;從圖1 b)可以看出,在α值固定的情況下,部件1#的全壽命周期平均維修費(fèi)用Rb(i)隨著維修次數(shù)i的增加呈現(xiàn)先減少后增加的趨勢,Rb(i)的最小值對(duì)應(yīng)的維修次數(shù)即為部件1#的最佳維修次數(shù)Nb,best(i);在α值由小變大的過程中,i相同的情況下Rb(i)在逐漸增大,但是部件1#的最佳維修次數(shù)也在增加。

      仿真發(fā)現(xiàn),部件2#~5#的特征與部件1#相似,這里就不再贅述。在部件b初始α值的選取上,本文采用專家系統(tǒng)法,將Rb(i)和Nb,best(i)的權(quán)重各設(shè)為0.5,從而得到的初始α值為0.85。

      4.3 轉(zhuǎn)向架各部件趨近機(jī)會(huì)維修策略仿真

      根據(jù)專家系統(tǒng)法,選取各部件允許的維修策略α值的變換范圍?;诔跏鸡林禐?.85,本文選擇α值的范圍為[0.83,0.87]。當(dāng)初始α值為0.85時(shí),轉(zhuǎn)向架各部件的仿真結(jié)果如圖2所示。

      圖2 各部件的全壽命周期平均維修費(fèi)用(α=0.85時(shí))

      從圖2可以看出,當(dāng)5個(gè)部件互不相關(guān)時(shí),其Rb(i)可滿足實(shí)際要求。而在實(shí)際維修過程中,通常把相關(guān)的部件看作一個(gè)整體,在計(jì)算多部件整體的全壽命周期平均費(fèi)用Rm,div(i)時(shí),通??紤]機(jī)會(huì)維修策略。本文對(duì)該轉(zhuǎn)向架采用趨近機(jī)會(huì)維修策略進(jìn)行整體維修,將趨近第m個(gè)部件維修周期進(jìn)行整體維修的情況,表示為第m個(gè)方案,看作情況m,例如情況1表示,部件2#、部件3#、部件4#、部件5#趨向部件1#維修周期的情況,分別趨近于部件1#、部件2#、部件3#、部件4#、部件5#等5種情況的多部件整體全壽命周期平均維修費(fèi)用Rm,div(i),如圖3所示。

      圖3 不同情況的趨近機(jī)會(huì)維修策略的全壽命周期平均維修費(fèi)用(α=0.85)

      將每種情況得到的全壽命周期平均費(fèi)用與不采用機(jī)會(huì)維修策略進(jìn)行對(duì)比分析,計(jì)算出不同情況的優(yōu)化結(jié)果如圖4所示。

      圖4 全壽命周期平均維修費(fèi)用的優(yōu)化率結(jié)果

      從圖4可以看出:

      1) 情況1和情況4相比于不采用機(jī)會(huì)維修策略的優(yōu)化結(jié)果相似。當(dāng)N達(dá)到22或23時(shí),得到的最大優(yōu)化率為2%左右。在設(shè)備整體的最佳維修次數(shù)Nbest為20時(shí),情況1和情況4基本沒有優(yōu)化;

      2) 情況2所對(duì)應(yīng)的Rm,div(i)優(yōu)化最大,其優(yōu)化率隨著維修次數(shù)呈現(xiàn)先增后減的趨勢:在N達(dá)到15時(shí),其優(yōu)化率達(dá)到最高,約為5%;當(dāng)Nbest為20時(shí),情況2的優(yōu)化率在4%左右;

      3) 情況3和5相比于不采用機(jī)會(huì)維修策略費(fèi)用有所上升。當(dāng)維修次數(shù)達(dá)到Nbest為20時(shí),情況5多消耗了約7%的費(fèi)用的,情況3多消耗了約4%的費(fèi)用。

      通過上述結(jié)果可以看出,情況2的優(yōu)化效果最好,在Nbest為20時(shí),優(yōu)化率高達(dá)4%左右,即全壽命周期平均費(fèi)用降低了約4%。因此,對(duì)地鐵車輛的多部件采用趨近機(jī)會(huì)維修策略,可在保證其安全可靠性的基礎(chǔ)上,減少全壽命周期平均費(fèi)用,提高維修效率。

      5 結(jié)語

      在城市軌道交通車輛設(shè)備制定維修計(jì)劃時(shí),選擇科學(xué)合理的維修策略可以幫助運(yùn)營公司節(jié)約時(shí)間與成本。本文基于剩余壽命可靠度,建立了地鐵車輛設(shè)備的預(yù)防性維修周期模型,并針對(duì)多部件維修提出了趨近機(jī)會(huì)維修策略。通過算例仿真可以看出,該預(yù)防性維修周期模型能得到合理的部件維修周期,選擇合適的趨近情況可以降低多部件整體全壽命周期的單位時(shí)間維修費(fèi)用,其費(fèi)用優(yōu)化率最高可達(dá)5%,從而驗(yàn)證了趨近機(jī)會(huì)維修策略的合理性和有效性。

      猜你喜歡
      維修策略故障率預(yù)防性
      考慮故障相關(guān)性的風(fēng)電機(jī)組維修策略
      裝備維修策略選擇和優(yōu)化研究綜述
      基于狀態(tài)維修的防空反導(dǎo)裝備預(yù)防性維修策略
      探索零故障率的LED智能顯示終端
      基于故障率研究的數(shù)字保護(hù)最優(yōu)檢修周期
      2015款奔馳R400車預(yù)防性安全系統(tǒng)故障
      微表處在瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用
      館藏唐卡保管與預(yù)防性保護(hù)
      西藏科技(2015年1期)2015-09-26 12:09:22
      基于PLC的數(shù)控機(jī)床故障診斷及維修策略分析
      降低空氣開關(guān)跳閘故障率的措施研究
      南开区| 峨边| 喀喇沁旗| 株洲市| 张家口市| 仙居县| 临洮县| 景东| 孟津县| 来安县| 彭水| 无锡市| 大新县| 金堂县| 宣恩县| 荣成市| 丰台区| 萍乡市| 黄浦区| 安泽县| 工布江达县| 图木舒克市| 罗平县| 巴彦县| 余庆县| 浑源县| 义马市| 精河县| 鄄城县| 宁陵县| 黔西| 靖宇县| 明水县| 日照市| 永和县| 济阳县| 云浮市| 宾阳县| 安丘市| 庄河市| 阜城县|