[發明專利]一種基于故障預測的維修決策優化算法

在審

• 申請號: 201611186475.X
• 申請日: 2016-12-21
• 公開（公告）號: CN106600072A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 李洪亮;紀鳴;何康康
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司雷華電子技術研究所
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q10/06;G06Q10/00
• 代理公司: 北京航信高科知識產權代理事務所(普通合伙)11526
• 代理人: 高原

技術領域

本發明涉及裝備維修性與測試性領域，特別涉及一種基于故障預測的維修決策優化算法。

背景技術

隨著故障診斷與預測技術的發展，設備維修策略突破了技術的限制，不再局限于單純的事后維修與定期維修，低成本高效率狀態基維修和預測性維修逐漸進入工程應用領域。基于故障預測信息進行維修決策可有效提高裝備使用可用度、降低壽命周期費用。

目前的一些維修策略模型均采用應用設備的總體靜態可靠性特征來決策維修時機，而且僅考慮了預測單元和目標單元同分布的情況。如在一些雷達型號應用的預兆單元來預測雷達系統關鍵件、重要件的維修換件時機，預兆單元采用同廠家生產的服從同樣故障概率密度函數的單件，其失效機理、故障模式盡可能同被測件保持一致，而在質量、封裝等制造工藝與用材方面同被測單元相比有所下降；在電壓、電流、工作溫度、濕度、振動系數等工作應力和環境應力方面，預兆單元裝載時也不存在降額使用，預兆單元的設計以預測距離不大于200h為目標參數，根據實際需要滿負荷或超負荷隨被測系統運行。國外典型的文獻中，Pecht的研究僅從單位時間成本的角度分析了其所提維修策略的特性，未考慮系統停機的時間，對于軍用裝備使用可用度也是非常重要的指標和約束，需要多參數的優化維修策略。

在過去，由于技術手段和認知的局限性，通常認為電子產品的壽命服從指數分布，即不存在損耗期，因而無壽命要求，而越來越多的工程實踐證明，電子元器件等產品也存在損耗問題，其壽命不一定服從指數分布，同機械、結構等產品一樣也存在壽命損耗問題。傳統的靜態預測模型已無法滿足工程實踐的需要，這些用于決策維修時機的靜態可靠性特征參數不受實際退化過程影響，也無法區分設備個體之間的不同退化特征，不適合預測性維修決策優化的需要，導致維修優化決策的精確度較低。

針對目前不斷普及應用的現代二級維修體制和健康管理系統，雷達工程上需要針對電子系統LRM級建立有系統級預防性維修與無系統級預防性維修的預兆單元驅動的維修模型。對于設備系統，使用可用度是非常重要的約束指標。對于雷達系統直接采用事后維修策略、年齡換件的維修策略從經濟角度不是最優的決策方法，而且應用指數分布、正態分布刻畫LRM的壽命特性與實際情況又不符合，因此需要基于預兆單元的故障預測設計適合雷達系統的維修決策算法。

發明內容

本發明的目的是提供了一種基于故障預測的維修決策優化算法，以至少解決目前維修優化決策的精確度較低的問題。

本發明的技術方案是：

一種基于故障預測的維修決策優化算法，包括：

步驟一、獲取目標單元的修復性換件維修時間和預防性換件維修時間，并計算修復性換件維修成本、預防性換件維修成本與預兆單元的安裝與運行成本；

步驟二、根據所述目標單元的壽命與預兆單元的壽命的特征生成其中，為系統運行中所述目標單元的壽命樣本，系統運行中所述預兆單元的壽命樣本，Z為所述目標單元的壽命，X為所述預兆單元的壽命；

步驟三、當時，對系統進行預防性換件維修，單個更新周期為換件維修成本為所述預防性換件維修成本加上所述預兆單元的安裝與運行成本(即C_p+C_m)，需要的換件維修時間為所述預防性換件維修時間(即T_p)，記錄預防性換件維修的次數n_p(i)＝1；

當時，對系統進行修復性換件維修，單個更新周期為換件維修成本為修復性換件維修成本加上所述預兆單元的安裝與運行成本(即C_c+C_m)，需要的換件維修時間為修復性換件維修時間(即T_c)，記錄修復性換件維修的次數n_c(i)＝1；

步驟四、根據如下關系式(1)、(2)、(3)、(4)分別累積計算系統總可用時間、目標系統運行的總時間、系統總停機時間以及系統運行的總成本：

其中，T_c為修復性換件維修時間；T_p為預防性換件維修時間，C_c為修復性換件維修成本；C_p為預防性換件維修成本；C_m為預兆單元的安裝與運行成本；

步驟五、根據如下關系式(5)、(6)、(7)分別計算單位時間成本、平均使用可用度以及平均效費比的三個維修效用指標：