生產(chǎn)系統(tǒng)預(yù)測性維護調(diào)度優(yōu)化研究
定 價:78 元
- 作者:劉勤明,葉春明 著
- 出版時間:2021/4/1
- ISBN:9787313243201
- 出 版 社:上海交通大學(xué)出版社
- 中圖法分類:F273
- 頁碼:236
- 紙張:膠版紙
- 版次:1
- 開本:16開
《生產(chǎn)系統(tǒng)預(yù)測性維護調(diào)度優(yōu)化研究》立足于生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)備健康預(yù)測與維護的相關(guān)研究,利用數(shù)據(jù)分析了設(shè)備的運行狀態(tài),描述了設(shè)備的衰退趨勢,實現(xiàn)了有效的健康預(yù)測,為設(shè)備預(yù)測維護提供了決策依據(jù)。首先,用隱半馬爾可夫模型對存在老化現(xiàn)象的設(shè)備狀態(tài)進行識別;其次,構(gòu)建了不同數(shù)據(jù)缺失情況下的設(shè)備健康預(yù)測模型;最后,基于設(shè)備健康預(yù)測,構(gòu)建了單設(shè)備、多部件設(shè)備、多設(shè)備生產(chǎn)系統(tǒng)的維護模型。
《生產(chǎn)系統(tǒng)預(yù)測性維護調(diào)度優(yōu)化研究》的研究結(jié)論為制造企業(yè)管理者進行生產(chǎn)系統(tǒng)維護管理提供了有效的決策依據(jù)。
隨著現(xiàn)代化工業(yè)技術(shù)的提高,生產(chǎn)系統(tǒng)中的設(shè)備正變得越來越復(fù)雜。這些設(shè)備一旦發(fā)生故障,不僅會帶來嚴重的經(jīng)濟損失,還會給人身安全造成威脅。診斷設(shè)備當前所處的健康狀態(tài),并預(yù)測剩余有效壽命,能夠為企業(yè)維護策略的制定提供理論依據(jù)。在實際生產(chǎn)中,由于人為因素和噪聲、擾動等環(huán)境因素導(dǎo)致其健康預(yù)測中的樣本數(shù)據(jù)會出現(xiàn)不確定的情況。不確定的樣本數(shù)據(jù)會降低數(shù)據(jù)挖掘的能力,導(dǎo)致預(yù)測結(jié)果出現(xiàn)偏差,而可靠的預(yù)測結(jié)果作為開展設(shè)備狀態(tài)維護的關(guān)鍵,在保障企業(yè)設(shè)備的安全性能、制定設(shè)備維護的計劃以及降低維護成本等方面都發(fā)揮著重要的作用。
在諸多制造業(yè)企業(yè)中,設(shè)備是其最重要的財產(chǎn),而圍繞設(shè)備制訂生產(chǎn)計劃和維護計劃是企業(yè)最重要的活動。生產(chǎn)活動的進行會造成設(shè)備故障率的上升,而維護活動則是對設(shè)備可能出現(xiàn)的故障加以消除,保證設(shè)備正常運轉(zhuǎn)。若生產(chǎn)計劃與維護計劃的制訂相脫離,勢必導(dǎo)致設(shè)備維護過度或維護不充分等不良后果。因此,將生產(chǎn)計劃與維護計劃聯(lián)合研究,既能充分發(fā)揮設(shè)備產(chǎn)能,滿足生產(chǎn)需求;也能減少設(shè)備故障帶來的不必要的停機,對降低維護成本具有重要的意義。
本書主要從以下十個方面進行探討。
第1章是緒論部分,這部分內(nèi)容主要闡述本書選題的背景、分析和探討了已有設(shè)備健康預(yù)測、設(shè)備維護以及調(diào)度的相關(guān)研究,包括對已有的研究進行回顧,評論已有方法的不足,確定需要進一步研究的方向。
第2章是設(shè)備維護的概念及理論部分,描述了設(shè)備健康管理的發(fā)展歷程,同時給出了狀態(tài)識別、剩余壽命預(yù)測、設(shè)備維護等概念。
第3章研究了數(shù)據(jù)完備情況下設(shè)備健康預(yù)測問題。針對設(shè)備在日常使用過程中存在的老化現(xiàn)象,設(shè)計了指數(shù)型和乘數(shù)型兩種形式的老化因子,并且將不同形式的老化因子集成到改進的隱半馬爾可夫模型(HSMM)中,更新狀態(tài)概率轉(zhuǎn)移矩陣,通過一個包含雙重迭代估值算法對相應(yīng)老化因子進行估值。最后,基于設(shè)備失效率函數(shù),對設(shè)備的剩余有效壽命進行預(yù)測,提高了設(shè)備健康預(yù)測的精度。使用從液壓泵上獲取的實時監(jiān)測數(shù)據(jù),對不同形式的老化因子進行估值,選取似然值最大的老化因子獲得設(shè)備的剩余有效壽命。并且,為了體現(xiàn)不同形式的老化因子在預(yù)測性能方面的差異,將不同形式老化因子的預(yù)測結(jié)果進行了對比分析。
第4章研究了數(shù)據(jù)不完備情況下設(shè)備健康預(yù)測問題。針對樣本數(shù)據(jù)中存在缺失數(shù)據(jù)的情況,建立分段隱半馬爾可夫模型(SHSMM)架構(gòu),并利用EM算法對SHSMM模型的參數(shù)進行估計。選擇灰色啟發(fā)式算法來填補監(jiān)測樣本中的缺失數(shù)據(jù),并使用灰色啟發(fā)式算法將填補好的完整數(shù)據(jù)樣本輸入SHSMM中來進行機械設(shè)備的健康預(yù)測。針對樣本數(shù)據(jù)中存在異常數(shù)據(jù)的情況,基于提出的SHSMM模型,將樣本數(shù)據(jù)中的異常值當作缺失值處理,設(shè)計了一個動態(tài)前向后向灰色填充方法。針對樣本數(shù)據(jù)中存在不準確數(shù)據(jù)的情況,基于Dempster-Shafer(DS)證據(jù)理論和Markov鏈建立DS-MM理論框架,建立狀態(tài)識別框架并用區(qū)間數(shù)表示不準確的數(shù)據(jù),利用區(qū)間數(shù)之間的距離和相似度作為產(chǎn)生基本概率賦值(BPA)的證據(jù),采用Pignistic概率轉(zhuǎn)換將BPA轉(zhuǎn)化為基礎(chǔ)狀態(tài)的概率分布并進行設(shè)備健康預(yù)測。
第5章在設(shè)備健康預(yù)測基礎(chǔ)上,基于時間延遲理論,建立了考慮生產(chǎn)計劃的單設(shè)備系統(tǒng)的維護模型。首先以單機系統(tǒng)設(shè)備為對象,研究優(yōu)化維護費用的問題。考慮到實際生活中設(shè)備可能出現(xiàn)的不同程度的缺陷或故障,使用三階段時間延遲理論,不同階段定義不同的分布函數(shù)模擬設(shè)備的劣化過程。分析缺陷、故障發(fā)生的時刻與閾值時間點之間的關(guān)系,對維護情況進行分類,建立以單位時間維護費用最低為優(yōu)化目標的模型。在此基礎(chǔ)上,對部件串聯(lián)的多產(chǎn)品生產(chǎn)系統(tǒng)的生產(chǎn)、維護綜合計劃展開研究,實現(xiàn)生產(chǎn)與維護總成本最低的目標。最后基于實際生產(chǎn)時間與可用生產(chǎn)時間的約束關(guān)系,建立總成本最低模型。
劉勤明,上海理工大學(xué)管理學(xué)院工業(yè)工程系主任、副教授、碩士生導(dǎo)師,上海交通大學(xué)機械工程專業(yè)博士:主要從事設(shè)備健康預(yù)測及維護調(diào)度的研究,先后主持參與國家自然科學(xué)基金、教育部人文社會科學(xué)基金、上海市自然科學(xué)基金、上海市社科基金等課題6項。先后在Mechanical Systems and Signal Processing、International Journal of Production Research、《運籌與管理》《系統(tǒng)工程學(xué)報》《中國管理科學(xué)》等國內(nèi)外期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文60余篇。上海市高原學(xué)科“管理科學(xué)與工程”建設(shè)成員,上海市科研創(chuàng)新團隊成員,上海市機械工程學(xué)會工業(yè)工程專業(yè)委員會副秘書長,上海市屬高校應(yīng)用型本科試點專業(yè)建設(shè)項目“上海理工大學(xué)工業(yè)工程專業(yè)”負責(zé)人,上海市工業(yè)工程課程思政領(lǐng)航改革團隊負責(zé)人,上海市青年“五四”獎?wù)芦@得者。
葉春明,上海理工大學(xué)管理學(xué)院教授,博士生導(dǎo)師。首批國家知識產(chǎn)權(quán)專家?guī)烊脒x專家,上海市管理科學(xué)與工程學(xué)科評議組成員。中國機械工程學(xué)會工業(yè)工程專家,中國運籌學(xué)會行為運作管理委員會常務(wù)理事,上海市機械工程學(xué)會理事,上海市系統(tǒng)工程學(xué)會理事,上海市工程管理學(xué)會理事,上海市工業(yè)工程學(xué)會常務(wù)副主任兼秘書長,上海市政府質(zhì)量獎評審專家,寶鋼教師獎獲得者。主要研究領(lǐng)域:工業(yè)工程,技術(shù)經(jīng)濟與管理。
第1章 緒論
1.1 研究背景和意義
1.2 設(shè)備健康預(yù)測方法的研究及進展
1.2.1 基于物理模型的方法
1.2.2 基于知識驅(qū)動的方法
1.2.3 基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法
1.3 設(shè)備維護方法的研究及進展
1.3.1 單設(shè)備維護方法
1.3.2 多設(shè)備維護方法
1.3.3 維護與備件訂購方法
1.3.4 生產(chǎn)與維護聯(lián)合優(yōu)化方法
1.4 現(xiàn)有方法的不足
1.4.1 設(shè)備健康預(yù)測研究的不足
1.4.2 設(shè)備維護研究的不足
1.5 本章小結(jié)
第2章 設(shè)備維護的概念及理論
2.1 引言
2.2 設(shè)備剩余壽命預(yù)測
2.2.1 設(shè)備剩余壽命預(yù)測的概念
2.2.2 設(shè)備剩余壽命預(yù)測方法的分類
2.3 設(shè)備維護優(yōu)化的基本流程
2.4 設(shè)備維護策略
2.4.1 維護策略類型
2.4.2 維護方式
2.5 多設(shè)備維護策略
2.6 本章小結(jié)
第3章 數(shù)據(jù)完備情況下設(shè)備健康預(yù)測
3.1 引百
3.2 HSMM基礎(chǔ)理論
3.3 改進的HSMM
3.3.1 改進的前向一后向算法
3.3.2 改進的Viterbi算法
3.3.3 改進的Baum-Welch算法
3.4 基于改進HSMM的設(shè)備健康預(yù)測框架
3.4.1 基于改進HSMM的設(shè)備故障診斷
3.4.2 基于改進HSMM的壽命預(yù)測
3.5 設(shè)備老化的定義及分類
3.6 考慮老化因子的HSMM
3.6.1 考慮老化因子的轉(zhuǎn)移矩陣
3.6.2 指數(shù)型老化因子的設(shè)計
3.6.3 乘數(shù)型老化因子的設(shè)計
3.7 老化因子的估值算法
3.8 基于失效率的設(shè)備剩余有效壽命估值算法
3.9 算例分析
3.9.1 老化因子的求解
3.9.2 剩余有效壽命的估值
3.9.3 對比分析
3.10 本章小結(jié)
……
第4章 數(shù)據(jù)不完備情況下設(shè)備健康預(yù)測
第5章 基于時間延遲理論的設(shè)備維護計劃研究
第6章 基于可靠度約束的設(shè)備維護計劃研究
第7章 基于集成模型的多部件設(shè)備維護計劃研究
第8章 考慮生產(chǎn)與需求的多設(shè)備維護計劃研究
第9章 考慮產(chǎn)品保修服務(wù)的設(shè)備維護計劃研究
第10章 總結(jié)與展望
參考文獻
索引