雙目標(biāo)優(yōu)化的動車組系統(tǒng)多階段機(jī)會維修決策

對動車組設(shè)備進(jìn)行合理的預(yù)防性維修是保障其可靠運行的重要措施.雖然對維修策略的優(yōu)化和改進(jìn)可以改善設(shè)備服役狀態(tài)和可靠性，同時進(jìn)一步提高維修策略的經(jīng)濟(jì)性，但維修策略的實施會對列車上線運營產(chǎn)生影響.入庫維修和出庫運行共同影響動車組列車的整體經(jīng)濟(jì)效益，如何進(jìn)一步制定更為合理的預(yù)防性維修策略，在保障其可用度的同時提高運維策略經(jīng)濟(jì)性是當(dāng)前鐵路運維部門關(guān)注的重點之一.

現(xiàn)場確認(rèn)準(zhǔn)備啟動指示燈亮?？刂剖覂?nèi)確認(rèn)準(zhǔn)備啟動指示燈亮，通過CCS HMI的“自動/手動”選擇開關(guān)選擇自動開車程序。

在面向多部件系統(tǒng)的預(yù)防性維修中，常采取機(jī)會維修策略，在減少系統(tǒng)停機(jī)次數(shù)的同時有效節(jié)約維修成本.Ba等將役齡位于機(jī)會窗口的部件前移至系統(tǒng)停機(jī)時刻，采用更換的方式共同維修.石冠男等采用基于劣化狀態(tài)空間劃分的非完美機(jī)會維修策略，將劣化程度相鄰近的部件提前至同一時刻維修.Zhou等利用優(yōu)化機(jī)會窗口，確定了機(jī)會維修的最佳時機(jī).綜上可知，現(xiàn)有機(jī)會維修策略大多將維修時機(jī)位于機(jī)會窗口的部件前移至系統(tǒng)停機(jī)時刻，采用相同力度維修.然而，除最先到達(dá)維修閾值的部件外，其余部件的役齡和維修閾值仍有差距，相同力度下提前送修部件會產(chǎn)生一定的價值浪費.而基于部件實時役齡選取差異的機(jī)會維修力度是避免過維修的有效選擇.Ding等采用基于部件役齡的雙階段機(jī)會維修策略，將維修機(jī)會窗口劃分為兩階段：第一階段內(nèi)部件的剩余役齡較少，采取更換的完美維修；第二階段內(nèi)部件的剩余役齡較多，采取非完美的維修方式.相較于傳統(tǒng)機(jī)會維修策略，雙階段機(jī)會維修通過合理安排部件維修力度避免發(fā)生過維修.但是，兩階段的劃分不能較好地統(tǒng)籌部件數(shù)量較多的動車組系統(tǒng)，無法準(zhǔn)確對部件實施相應(yīng)力度的維修操作.

在改善維修策略經(jīng)濟(jì)性的同時，可用度指標(biāo)也是動車組設(shè)備維修策略的關(guān)鍵因素.昝翔等考慮維修時間對策略制定的影響，優(yōu)化維修任務(wù)的調(diào)度安排.杜煜等將維修時間設(shè)為與維修力度相關(guān)聯(lián)的函數(shù)，并對系統(tǒng)可用度進(jìn)行優(yōu)化.但文獻(xiàn) [10-11]將系統(tǒng)維修時間視為部件維修時間的最大值或累加和，忽略了維修人員數(shù)量對系統(tǒng)停機(jī)時長的影響.王海朋等考慮維修人員對維修作業(yè)的影響，得出系統(tǒng)維修時間隨維修人員數(shù)量增多而減少的結(jié)論.Khatab等利用增加維修人員數(shù)量以獲取系統(tǒng)維修的最短完工時間.但在機(jī)會維修實施過程中，每次參與機(jī)會維修的部件數(shù)量是不斷變化的，即每次停機(jī)時的維修任務(wù)量不同.因此，如何合理匹配維修任務(wù)數(shù)量與維修人員數(shù)量，在提高系統(tǒng)可用度的同時，兼顧維修策略經(jīng)濟(jì)性仍有待進(jìn)一步探究.

綜上所述，本文建立了雙目標(biāo)優(yōu)化的多階段機(jī)會維修決策策略.首先，闡述了多階段機(jī)會維修策略下部件維修力度的決策原則，建立了與維修力度關(guān)聯(lián)的維修時間和維修成本函數(shù)；其次，提出基于兩維修人員的部件維修任務(wù)分配算法，實現(xiàn)了部件與維修人員的最優(yōu)匹配；最后，考慮到不同數(shù)量維修人員對兩類優(yōu)化目標(biāo)的影響，采用多屬性決策的方法統(tǒng)籌考慮系統(tǒng)層成本和維修時間，根據(jù)策略制定方的目標(biāo)優(yōu)化需求，動態(tài)決策每次維修的人員數(shù)量，以此權(quán)衡可用度與平均成本率間的關(guān)系，并通過算例分析驗證了策略的有效性.

1 問題描述與假設(shè)

動車組某機(jī)械系統(tǒng)由多個部件串聯(lián)組成，為避免維修時機(jī)離散化造成系統(tǒng)頻繁停機(jī)，對其采取機(jī)會維修策略.在策略執(zhí)行時，維修操作依托人員實施，若雇傭較多數(shù)量維修人員會存在維修任務(wù)與維修人員的最優(yōu)匹配問題，且影響維修的經(jīng)濟(jì)性；而較少維修人員又會延長系統(tǒng)維修時間，降低系統(tǒng)可用度.基于上述分析，做出如下假設(shè)：①部件由全新狀態(tài)投入運營，隨著運行時間的增加，部件性能逐漸劣化；②部件之間的故障率函數(shù)不存在關(guān)聯(lián)影響；③故障維修僅使部件恢復(fù)運行，不改變故障水平，故障維修時間忽略不計；④任一部件未完成維修作業(yè)，系統(tǒng)都將處于停機(jī)狀態(tài).

2 模型建立

2.1 多階段機(jī)會維修策略

(1)

式中：=1, 2, …,；floor[·]表示舍棄括號內(nèi)數(shù)字的小數(shù)位，僅取整數(shù)位.為避免過維修與欠維修情況的發(fā)生，設(shè)置維修力度上限和維修力度下限，則階段部件的維修力度表示為

(2)

(3)

(4)

(5)

(4)將車門“V形調(diào)成了倒“V”形。車輛車體在AW0(空載)時具有上撓度，為了避免在AW3(超載)時客室車門兩門頁之間不會因互相擠壓而導(dǎo)致無法關(guān)閉，即保證車體撓度為0，因此在調(diào)整車門時必須保證兩門頁之間的狀態(tài)為“V”形(見圖6)。

(6)

從2018年第一期開始，郵局報來的自發(fā)訂戶人數(shù)每期都在增長，有一期還出現(xiàn)雜志賣斷貨從省文聯(lián)各部門回收贈刊賣給新訂戶的局面。

在這一部分中，還有值得注意的一條是23條，“廣西制定產(chǎn)業(yè)、行業(yè)地方標(biāo)準(zhǔn)時，可吸收臺灣地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容，臺灣地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)高于大陸標(biāo)準(zhǔn)的，可經(jīng)轉(zhuǎn)化后直接采用”，這一條為臺資企業(yè)最終產(chǎn)品質(zhì)量提供了更高層次的保障，有利于提高臺資企業(yè)的競爭力。

(7)

胡耀邦同志的長子胡德平，次子劉湖，三子胡德華，中共中央統(tǒng)戰(zhàn)部原常務(wù)副部長梁金泉，全國工商聯(lián)原副主席謝伯陽，湖南省政協(xié)黨組成員、湖南省華夏廉潔文化研究會會長葛洪元，解放軍總裝備部通保局原局長、解放軍少將楊小平，以及胡耀邦同志的其他親屬、胡耀邦同志和李昭同志生前身邊工作人員與江西省九江市、共青城市相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)、專家學(xué)者，齊聚一堂，挖掘和弘揚(yáng)胡耀邦同志的家風(fēng)與廉政思想，探索廉政文化建設(shè)的新途徑、新方法、新措施。此次研討會也是瀏陽市第一屆“廉政文化周”系列活動中的重要活動之一。

(8)

2.2 系統(tǒng)維修成本

..部件層維修成本 部件層維修成本由預(yù)防性維修成本和故障維修成本構(gòu)成.傳統(tǒng)的預(yù)防性維修成本建模常假設(shè)成本值為定參數(shù)，事實上，部件的維修效果與維修成本的投入相關(guān)聯(lián)，隨著成本投入的增加，部件的修復(fù)效果愈加明顯.同時，隨著維修次數(shù)的上升，部件的修復(fù)難度增加，在同等修復(fù)效果下，維修次數(shù)較多的部件所需成本更高.綜上所述，借鑒文獻(xiàn)[15]中函數(shù)描述變維修力度下部件的預(yù)防性維修成本，可表示為

(9)

在現(xiàn)代企業(yè)經(jīng)營模式不斷優(yōu)化和完善的過程當(dāng)中，吸收合并是一種重要的合并方法。但是相關(guān)的工作人員在進(jìn)行會計處理時，必須要嚴(yán)格遵守相應(yīng)的原則和制度，選擇最科學(xué)合理的會計處理方法，減小企業(yè)經(jīng)營風(fēng)險，促進(jìn)其發(fā)展。

部件運行過程中發(fā)生臨時故障，實施故障維修操作使部件恢復(fù)運行，部件第次的故障維修成本可表示為

(10)

..系統(tǒng)層維修成本 系統(tǒng)層維修成本由維修人員雇傭成本和場地占用成本構(gòu)成.部件的維修作業(yè)依托維修人員實施，雇傭維修人員會產(chǎn)生相應(yīng)成本，可表示為

(11)

維修時產(chǎn)生場地占用成本，第次系統(tǒng)維修的場地占用成本可表示為

由圖1可知，保持其他條件不變的情況下，硬化劑的濃度升高，藕片的硬度先增大，達(dá)到最大值后呈下降趨勢，但下降程度不大；當(dāng)硬化劑濃度為1.1%時，藕片的硬度最大，為658.57 gf；當(dāng)濃度繼續(xù)升高時，藕片的硬度變化較小，綜合感官評分圖可以看出，硬化劑濃度在1.1%時，感官評分最高，為88.23分；但硬化劑濃度繼續(xù)升高至1.4%時，感官評分逐漸下降。由此可知，當(dāng)硬化劑濃度增大到一定程度時，硬化效果不再發(fā)生明顯變化。因此，硬化劑的濃度為1.1%時，硬度測量值和感官評定值都達(dá)到最佳，而且成本低。

(12)

式中：為單位時間的場地占用成本.

=+++

(13)

式(13)可改寫為

(14)

2.3 系統(tǒng)維修時間和維修人員數(shù)量決策

利用下式?jīng)Q策每次系統(tǒng)維修時維修人員的數(shù)量，即

(15)

(16)

式中：′為待維修部件序號.

對于輸電線路整個工程而言，存在著諸多因素會對其造成一定程度上的影響，例如基礎(chǔ)工程的造價、工程所消耗的工期以及工程所消耗的勞動力等方面，根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計顯示，一般情況下工程工期占到了大約一半左右，而費用所占到的比例大致在兩成，也就是說，基礎(chǔ)施工質(zhì)量的好壞能夠?qū)旊娋€路運行的安全性與有效性造成很大程度上的影響，因此做好基礎(chǔ)工程的有效控制十分重要。

(17)

(18)

以往的文獻(xiàn)，對船舶作業(yè)的風(fēng)險進(jìn)行很有成效的量化研究。文獻(xiàn)[1]通過對新加坡海峽交通實態(tài)進(jìn)行調(diào)查的基礎(chǔ)上，應(yīng)用灰色關(guān)聯(lián)分析方法，在確定組合權(quán)重的基礎(chǔ)上，獲得與實際情況相一致的不同航段的交通環(huán)境風(fēng)險排序。文獻(xiàn)[2]結(jié)合廣州港水域船舶航行安全的實際情況，確定可能導(dǎo)致事故的高風(fēng)險區(qū)，明確解決航行安全問題。文獻(xiàn)[3]從人、船舶和環(huán)境分析大型散貨船夜間進(jìn)出天津港的風(fēng)險，提出安全保障措施及建議。但這些研究僅突出分析船舶作業(yè)的總體風(fēng)險，不能表現(xiàn)船舶作業(yè)過程的風(fēng)險變化。

..維修總成本 動車組系統(tǒng)的維修總成本由部件層維修成本和系統(tǒng)層維修成本構(gòu)成，可表示為

利用式(15)確定中各部件維修時間，并依據(jù)時間長短排序.

根據(jù)式(23)和式(24)，求解目標(biāo)函數(shù)和.

根據(jù)動態(tài)規(guī)劃算法中的子集合問題進(jìn)行求解.

(19)

式中：′為最小時間單位.

創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)要求學(xué)生通過親身實踐積累經(jīng)驗，增強(qiáng)學(xué)生的動手操作能力、組織能力、心理承受能力、表達(dá)能力、人際交往處事能力。只有通過實踐，才可以把課本中學(xué)到的理論知識靈活應(yīng)用，因此旅游專業(yè)應(yīng)該為學(xué)生創(chuàng)業(yè)實踐提供必要的支持，通過實踐鍛煉、創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練、工程訓(xùn)練等活動，提供創(chuàng)業(yè)基金扶持大學(xué)生創(chuàng)業(yè)，為旅游專業(yè)學(xué)生搭建起一個良好的平臺。

采取逆推法確定部件維修任務(wù)分配方案.

..維修人員數(shù)量決策 根據(jù)維修方與運營方的需求，維修策略的目標(biāo)函數(shù)通常設(shè)為平均成本率最小和可用度最大.維修人員作為承載系統(tǒng)維修作業(yè)的主體，其雇傭數(shù)量的選擇直接影響系統(tǒng)層成本和系統(tǒng)維修時間.因此，采取多屬性決策方法，綜合考慮成本和時間因素決策維修人員的數(shù)量.

(20)

(21)

式中：為成本權(quán)重因子；為時間權(quán)重因子，有+=1當(dāng)=1和=0時，維修模型為平均成本率模型；當(dāng)=0和=1時，維修模型為可用度模型；當(dāng)=05和=05時，維修模型為考慮平均成本率和可用度的綜合模型，根據(jù)和分配值的大小，反映模型的優(yōu)化傾向.

..部件維修時間 部件維修時間通常與維修力度的選擇和部件已實施的維修次數(shù)具有直接關(guān)聯(lián).一般而言，維修力度越大，維修作業(yè)的內(nèi)容越繁雜與精細(xì)，所消耗的時間也越長.此外，隨著維修次數(shù)的增加，部件的修復(fù)作業(yè)愈加困難，維修時間也需要延長.因此，基于文獻(xiàn)[11]的研究成果，部件的維修時間可表示為

(22)

2.4 目標(biāo)函數(shù)

由上述分析可知，在多階段機(jī)會維修策略中，維修力度的選擇和維修人員數(shù)量的決策對模型中維修成本和維修時間均有影響.因此，綜合考慮成本和時間因素以平均成本率和可用度為優(yōu)化目標(biāo)，表達(dá)式分別為

(23)

(24)

式中：為維修策略規(guī)劃期.

目標(biāo)函數(shù)的求解流程如圖4所示，分析步驟如下.

The Current Situation of Agricultural Products Logistics and the Conception of Logistics Systemin Henan Province: based on the Case of Zhengzhou

3 算例分析

為驗證上述模型的有效性，以動車組服從威布爾分布的某機(jī)械系統(tǒng)為例進(jìn)行分析，即

(25)

根據(jù)文獻(xiàn)[16-17]對威布爾分布的研究，設(shè)定部件的參數(shù)值如表1所示.同時取維修人員雇傭成本=1 800 元，單位時間場地占用成本=100元，成本參數(shù)=1、=0.25，時間參數(shù)=0.95，機(jī)會窗口=18 d，維修力度上、下限分別為=0.9、=0.5，規(guī)劃期=365 d.

式中：()為部件的故障率函數(shù)在第-1次系統(tǒng)機(jī)會維修時機(jī)的基礎(chǔ)上，第次系統(tǒng)機(jī)會維修時機(jī)更新為

3.1 不同模型下的策略對比

為充分體現(xiàn)多階段機(jī)會維修策略的有效性，本文參照文獻(xiàn)[9]設(shè)置了單階段維修策略(采取更換的機(jī)會維修)和雙階段機(jī)會維修策略(采取更換和非完美的機(jī)會維修).以平均成本率和可用度為目標(biāo)，在平均成本率模型、可用度模型和綜合模型下進(jìn)行對比分析.3種策略的機(jī)會窗口相同，優(yōu)化雙階段機(jī)會維修策略的維修力度和多階段機(jī)會維修策略的階段數(shù)，結(jié)果如圖5所示.

旅游部門對信息資源實施管理工作的過程中，整理信息時，應(yīng)該保證信息的準(zhǔn)確性、真實性和及時性。由于旅游行業(yè)受到季節(jié)的影響較大，相關(guān)信息會呈現(xiàn)變化的狀態(tài)，冬季和夏季的信息就存在較大的差異性[3]。信息是旅游部門開展工作的主要依據(jù)。因此，信息管理人員應(yīng)該及時收集有效的信息，并從中篩選出對工作有用的信息，對其進(jìn)行深入的分析、管理和研究，對網(wǎng)站上的信息進(jìn)行及時更新。這樣的工作方式不僅能保證游客從網(wǎng)站上所獲得的信息是真實有效的，還能借助信息技術(shù)實現(xiàn)工作效率的提升?？茖W(xué)管理信息資源是旅游管理工作中不可缺少的組成部分，應(yīng)該引起旅游部門的高度重視。

在平均成本率模型中，如圖5(a)所示，優(yōu)化后非完美維修力度=06，階段數(shù)=4，多階段機(jī)會維修的平均成本率明顯低于對比策略，更具有經(jīng)濟(jì)效益；在可用度模型中，如圖5(b)所示，優(yōu)化后非完美維修力度=0.8，階段數(shù)=4，多階段機(jī)會維修的可用度雖具有優(yōu)勢，但效果較弱；在綜合模型中，如圖5(c)所示，優(yōu)化后非完美維修力度=085，階段數(shù)=4，多階段機(jī)會維修的兩目標(biāo)均優(yōu)于兩種對比策略，且平均成本率優(yōu)勢更明顯.

此外，分析可知，多階段機(jī)會維修策略在可用度上的優(yōu)化效果較弱，單階段和雙階段機(jī)會維修策略具有較高的可用度水平，原因是單階段和雙階段機(jī)會維修中全部或較大部分采取更換的完美維修，部件性能一直處于較好狀態(tài)，維修間隔較長.但更換操作會造成維修成本的大量浪費，導(dǎo)致平均成本率較高.綜上可知，多階段機(jī)會維修策略相較于傳統(tǒng)機(jī)會維修策略可以以更少的平均成本率使系統(tǒng)保持較高的可用度水平.多階段機(jī)會維修策略在綜合模型中的優(yōu)化結(jié)果如表2所示，預(yù)防性更換和更換窗口內(nèi)部件的階段數(shù)視為0.

3.2 模型優(yōu)化傾向分析

在多階段機(jī)會維修策略的模型建立過程中，權(quán)重因子和的選擇影響了模型的優(yōu)化傾向因此，為了驗證和對策略的影響程度，令部件其余參數(shù)保持不變，選取不同和值，計算結(jié)果如表3和表4所示3種模型的目標(biāo)優(yōu)化傾向明顯不同：平均成本率模型(=1，=0)的平均成本率遠(yuǎn)低于其余兩種模型；可用度模型(=0，=1)的可用度更具優(yōu)勢；綜合模型(=05，=05)的兩類優(yōu)化目標(biāo)處于中間值.因此，對模型中權(quán)重值的選取應(yīng)根據(jù)實際優(yōu)化需求確定.

為驗證不同維修人員數(shù)量對維修成本和維修時間的影響，以綜合模型第6次系統(tǒng)維修為例，分別選取1名維修人員和2名維修人員對比分析，結(jié)果如表6所示.2名維修人員比1名維修人員的維修成本增加了67.2%，維修時間縮減了49.5%.

為驗證所提算法的有效性，選取上述案例與枚舉法對比分析，算法的分配結(jié)果如圖6所示，與枚舉法最優(yōu)解的結(jié)果完全一致，驗證了所提算法在解決此類問題上的有效性.

4 結(jié)論

(1) 提出多階段機(jī)會維修策略，該策略從維修力度的視角出發(fā)，根據(jù)機(jī)會決策時部件在機(jī)會窗口的位置，對部件實施差異力度的維修，并通過與傳統(tǒng)機(jī)會維修策略的對比分析，驗證了所提策略的有效性.

（3）不愿做，沒有做。有的站區(qū)長認(rèn)為思想政治工作是上級的事，做了也是“無用功”。對職工思想問題袖手旁觀，言行舉止脫離群眾，講話辦事脫離實際，作風(fēng)不接地氣，工作無法落地?！瓣幪祚W穰草，越馱越重”，矛盾日積月累，導(dǎo)致部分基層單位思想政治工作松癱軟。

(2) 針對2名維修人員的維修任務(wù)分配問題，提出一種維修人員和維修任務(wù)的最優(yōu)分配算法，通過與枚舉法最優(yōu)解的對比分析，驗證了所提算法的有效性.

(3) 權(quán)重因子和的合理取值對系統(tǒng)的維修人員數(shù)量決策具有重要作用.取值較高，則雇傭較少的維修人員，有利于策略的平均成本率優(yōu)化；反之，則會提高系統(tǒng)的可用度，增加雇傭維修人員的數(shù)量.

(4) 在動車組實際運營過程中，運營旺季對列車可用度需求較高，可選擇可用度模型制定策略，使列車盡可能上線服役；運營淡季動車組用車需求較低，可選擇平均成本率模型制定策略，使列車的維修策略更具經(jīng)濟(jì)性，降低運營成本.