庫存退化數(shù)據(jù)缺失情況下的維修及備件供給聯(lián)合優(yōu)化方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了庫存退化數(shù)據(jù)缺失情況下的維修及備件供給聯(lián)合優(yōu)化方法。該方法包括：依據(jù)備件失效時間分布函數(shù)建立隨機(jī)性庫存退化模型；基于隨機(jī)性庫存退化模型，分析期望維修費用、期望備件采購費用、期望備件貯存費用、期望備件短缺損失費用等相關(guān)期望費用等一系列系統(tǒng)維修及備件供給相關(guān)費用；基于隨機(jī)性庫存退化模型，以最小化系統(tǒng)維修及備件供給相關(guān)費用為目標(biāo)，建立維修及備件供給聯(lián)合優(yōu)化模型；最后根據(jù)實際情況給定系統(tǒng)預(yù)測性維修周期和備件最大庫存量待優(yōu)化量的上下界，并據(jù)此求解出優(yōu)化的維修及備件供給關(guān)系。對于存在備件庫存退化環(huán)境但缺乏足夠庫存退化監(jiān)測數(shù)據(jù)的情況來說，本發(fā)明比現(xiàn)有的聯(lián)合優(yōu)化方法更加符合實際情況，同時，本發(fā)明也適用于不考慮庫存退化情況。
【專利說明】庫存退化數(shù)據(jù)缺失情況下的維修及備件供給聯(lián)合優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及復(fù)雜工程系統(tǒng)故障預(yù)測與預(yù)測維護(hù)技術(shù)，特別是關(guān)于一種在庫存退化數(shù)據(jù)缺失情況下的維修及備件供給聯(lián)合優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002]系統(tǒng)的維修活動和備件供給之間密不可分，維修是備件消耗的主要來源，備件是維修活動開展的前提。缺乏備件將影響維修活動而使得系統(tǒng)無法恢復(fù)正常工作。但這不意味備件越多越好，備件過多一方面會增大企業(yè)的備件資金投入，另一方面會增加相應(yīng)的貯存管理費用。而且備件在貯存過程中存在不可避免的退化和報廢現(xiàn)象。例如在遠(yuǎn)洋船舶上貯存的電子設(shè)備及元器件、以及部分機(jī)械元件，其用于對失效的運(yùn)行部件進(jìn)行及時更換，以保證船舶的正常運(yùn)行，但由于高濕、高鹽度、浪涌等惡劣的海洋環(huán)境，備件報廢現(xiàn)象非常嚴(yán)重，在帶來經(jīng)濟(jì)損失的同時，還會影響船舶運(yùn)行的可靠性。
[0003]維修及備件供給聯(lián)合優(yōu)化方法是可以有效解決上述矛盾的一種方法。這種聯(lián)合優(yōu)化方法相比于僅根據(jù)維修或者僅根據(jù)備件供給情況進(jìn)行優(yōu)化的方法來說，是一種全局最優(yōu)而非局部最優(yōu)的方法，利用聯(lián)合優(yōu)化方法能夠獲得更加符合實際需求的結(jié)果。但是在某些特殊情況下，例如對于存在備件庫存退化環(huán)境但缺乏足夠的庫存退化監(jiān)測數(shù)據(jù)的情況來說，由于沒有足夠的數(shù)據(jù)用于對備件庫存的退化規(guī)律進(jìn)行建模，導(dǎo)致聯(lián)合優(yōu)化方法在具體實施時會受到一定的限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述問題，本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有維修及備件供給聯(lián)合優(yōu)化中缺乏備件庫存退化數(shù)據(jù)的情況，提供一種基于隨機(jī)性庫存退化模型的維修及備件供給聯(lián)合優(yōu)化方法。該方法能夠從單個備件的失效時間分布函數(shù)出發(fā)，建立描述備件庫存退化規(guī)律的隨機(jī)性備件庫存退化模型；基于隨機(jī)性庫存退化模型，以最小化系統(tǒng)維修及備件供給費用為目標(biāo)，進(jìn)一步建立維修及備件供給聯(lián)合優(yōu)化模型；然后通過對一些待優(yōu)化量的限定，得到更加符合實際情況的維修及備件供給聯(lián)合優(yōu)化結(jié)果。
[0005]本發(fā)明提供一種庫存退化數(shù)據(jù)缺失情況下的維修及備件供給聯(lián)合優(yōu)化方法，包括以下步驟:
[0006]S100、基于備件失效時間分布函數(shù)建立隨機(jī)性庫存退化模型；
[0007]S200、基于隨機(jī)性庫存退化模型，分析系統(tǒng)維修及備件供給相關(guān)費用，所述費用包括系統(tǒng)在一個預(yù)防性維修周期內(nèi)的期望維修費用、期望備件采購費用、期望備件貯存費用和期望備件短缺損失費用；
[0008]S300、基于隨機(jī)性庫存退化模型，以最小化系統(tǒng)維修及備件供給費用為目標(biāo)，建立維修及備件供給聯(lián)合優(yōu)化模型；
[0009]S400、基于維修及備件供給聯(lián)合優(yōu)化模型和給定的待優(yōu)化量的上下界，獲取維修及備件供給關(guān)系最優(yōu)解，所述待優(yōu)化量包括系統(tǒng)的預(yù)測性維修周期和備件最大庫存量。[0010]根據(jù)本發(fā)明的實施例，上述步驟SlOO進(jìn)一步包括:
[0011]設(shè)系統(tǒng)備件庫中存在m個備件，每個備件的失效時間分布函數(shù)為P (t)，系統(tǒng)在時間t內(nèi)的失效備件數(shù)目Y的分布近似為均值為m.P (t),方差為m.P (t).(1-p (t))的正態(tài)分布，則Y的概率密度函數(shù)為gY(y):
[0012]
【權(quán)利要求】
1.一種庫存退化數(shù)據(jù)缺失情況下的維修及備件供給聯(lián)合優(yōu)化方法，包括以下步驟: S100、基于備件失效時間分布函數(shù)建立隨機(jī)性庫存退化模型； S200、基于隨機(jī)性庫存退化模型，分析系統(tǒng)維修及備件供給相關(guān)費用，所述費用包括系統(tǒng)在一個預(yù)防性維修周期內(nèi)的期望維修費用、期望備件采購費用、期望備件貯存費用和期望備件短缺損失費用； S300、基于隨機(jī)性庫存退化模型，以最小化系統(tǒng)維修及備件供給費用為目標(biāo)，建立維修及備件供給聯(lián)合優(yōu)化模型； S400、基于維修及備件供給聯(lián)合優(yōu)化模型和給定的待優(yōu)化量的上下界，獲取維修及備件供給關(guān)系最優(yōu)解，所述待優(yōu)化量包括系統(tǒng)的預(yù)測性維修周期和備件最大庫存量。
2.如權(quán)利要求1所述的聯(lián)合優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟SlOO進(jìn)一步包括: 設(shè)系統(tǒng)備件庫中存在m個備件，每個備件的失效時間分布函數(shù)為P (t)，系統(tǒng)在時間t內(nèi)的失效備件數(shù)目Y的分布近似為均值為m.P (t)，方差為m.P (t).(1-p⑴)的正態(tài)分布，則Y的概率密度函數(shù)為gY(y):
3.如權(quán)利要求1所述的聯(lián)合優(yōu)化萬法，其特征在于，所述步驟S200進(jìn)一步包括: S210、分析系統(tǒng)失效維修次數(shù): 系統(tǒng)在一個預(yù)防性維修周期T內(nèi)，每個運(yùn)行部件的失效次數(shù)X的期望E [X] =M (T)，函數(shù)M(k)通過以下近似公式在k=T時迭代計算獲得:
4.如權(quán)利要求1所述的聯(lián)合優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟S300進(jìn)一步包括:以最小化系統(tǒng)維修及備件供給相關(guān)費用為目標(biāo)，以最大備件庫存量S和預(yù)防性維修周期T為待優(yōu)化量，建立如下優(yōu)化模型:
5.如權(quán)利要去I所述的聯(lián)合優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟S400進(jìn)一步包括: 1)給定系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)，所述參數(shù)包括計算系統(tǒng)維修及備件供給相關(guān)費用的各項參數(shù)，給定系統(tǒng)運(yùn)行部件失效時間的概率密度函數(shù)4(0和備件失效時間分布函數(shù)p(t)=Fb(t)，并計算運(yùn)行部件期望失效時間μ = f沁⑴汾； 2)設(shè)定待優(yōu)化量的上下界并離散化待優(yōu)化量: 設(shè)置預(yù)防性維修周期T的上下界[Tmin，TfflaJ，并按照間隔Λ T離散化預(yù)防性維修周期Τ，獲得離散時間節(jié)點Ti=TmiJi Δ T，i=0, 1,2,...； 設(shè)定備件最大庫存量S的上下界[Smin，SfflaJ，并按照間隔Λ S離散化備件最大庫存量S，獲得離散庫存節(jié)點Sj=SmiJj Δ S，j=0, 1,2,...；
3)取i=0 ； 4)比較離散時間節(jié)點Ti與上界Tmax，如果TiXTmax，則進(jìn)入步驟12)，否則進(jìn)入步驟5)； 5)按照下式計算離散時間節(jié)點Ti對應(yīng)的M(Ti)和D(Ti):

6.如權(quán)利要求5所述的聯(lián)合優(yōu)化方法，其特征在于: 所述步驟S400中，所述預(yù)防性維修周期T的下界Tmin的取值與備件訂購交付時間τ有關(guān)，上界Tmax的取值與運(yùn)行部件期望失效時間μ有關(guān)。
7.如權(quán)利要去6所述的聯(lián)合優(yōu)化方法，其特征在于:
Tmin= τ，Tmax=L 5 μ。
8.如權(quán)利要去5所述的聯(lián)合優(yōu)化方法，其特征在于: 所述步驟S400中，所述備件最大庫存量S的下界Smin的取值與系統(tǒng)的運(yùn)行部件數(shù)目η有關(guān)，上界Smax的取值與系統(tǒng)的運(yùn)行部件數(shù)目η和運(yùn)行部件期望失效時間μ有關(guān)。
9.如權(quán)利要去8所述的聯(lián)合優(yōu)化方法，其特征在于:
Smin=n, Smax=n+2.η.Μ(μ )。
【文檔編號】G06Q10/08GK103632214SQ201310718488
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年12月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月23日
【發(fā)明者】周東華, 陳茂銀, 蔣云鵬 申請人:清華大學(xué)