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维修决策理论研究及其在离心压缩机转子系统中的应用

李常有  
【摘要】:维修是为了保持和恢复系统良好工作状态所进行的一切活动。维修决策研究的目的是为系统安排合理的维修计划,以用最少的经济代价、时间、资源以及最高的修复率,使系统经常处于完好状态,提高可用性和可靠性,降低退化速度,延长使用寿命,保障使用中的安全性和环境保护等。维修决策的研究内容主要包括维修方式的决策以及各维修方式下如何为系统安排合理的维修计划。本文针对当前维修方式和视情维修决策中存在的一些问题,结合离心压缩机转子系统,对以下几个方面进行了探索和研究: (1)未知权值和混合数据下维修方式决策的研究。将决策者提供的用定性语言描述的属性间的成对比较矩阵转化为模糊数矩阵,采用模糊偏好规划方法求取各属性符合决策者偏好的清晰(crisp)权值。为了解决混合数据问题,提出了基于随机优势和模糊数质心距的ELECTRE III方法。这一方法创建基于模糊数质心距的局部和谐指数和非和谐指数,用于解决任意两个维修方式在模糊评价下的比较问题,并与基于随机优势的局部和谐指数和非和谐指数及ELECTRE III方法相结合,解决混合数据问题。将上述方法应用到离心压缩机转子系统的维修方式决策中,结果表明,提出的方法能为系统在未知权值和混合数据下选择合理的维修方式。 (2)离心压缩机转子系统状态评估的研究。采用基于模型的处理方法来估计转子的不平衡量、弯曲量及不对中程度,为了降低噪声对估计精度的影响,提出了基于改进的EMD预处理方法,用有限元分析来论证其有效性;提出基于轴向力的离心压缩机级密封状态的评估方法,该方法采用BP神经网络建立级密封状态和轴向力的关系模型并将训练好的BP神经网络模型用于估计级密封状态,采用FLUENT软件计算不同级密封状态下的轴向力,以验证方法的有效性。结果表明,基于改进的EMD预处理方法和基于模型的处理方法相结合能比较准确地识别出转子系统的不平衡量、弯曲量和不对中程度;基于轴向力的离心压缩机级密封状态的评估方法能较为准确地估计出级密封的状态。 (3)连续完全监测的多退化状态变量系统的视情维修决策研究。采用不同参数的平稳Gamma过程描述各退化状态变量,给出平稳Gamma过程单参数的共轭先验分布并进行了证明;推导了单个退化状态变量下预防性维修的期望间隔时间模型,由此得出系统预防性维修的期望间隔时间;根据有效年龄模型(effective age model)的思想建立了不完全预防性维修对系统状态的影响模型;建立了单位时间的期望运行成本模型和平均可用度模型,在此基础上,根据机会维修决策模型的思想,构建了连续完全监测的多退化状态变量系统的视情维修决策模型,并提出改进的理想点法对其进行求解。将提出的模型应用到离心压缩机转子系统的状态分别由不平衡量和由不平衡量、级密封状态及弯曲量决定下的视情维修决策中,数值分析结果表明,提出的模型可以解决连续完全监测的多退化状态变量系统的视情维修决策问题。 (4)遭受突然失效和多类退化失效系统的视情维修决策研究。使用不同参数的平稳Gamma过程描述各退化状态变量,推导出单个退化状态变量系统的可靠度计算公式,并采用贝叶斯估计方法实现可靠度中参数的实时估计,其中该方法还考虑了监测噪声的影响。采用两参数weibull分布描述系统突然失效时间的分布,使用贝叶斯估计方法实现可靠度中参数的实时估计。建立了系统同时遭受突然失效和多类退化失效时的可靠度模型,将可靠度作为表征系统状态的指标。创建系统无失效时的预防性维修间隔时间模型以及一次循环内的期望运行时间、停机时间、单位时间的期望运行成本模型,在此基础上,构建了系统同时遭受突然失效和多类退化失效下的视情维修决策模型。将该方法应用到离心压缩机转子系统同时遭受由于不平衡量增大导致的退化失效和轴或者叶轮出现裂纹而导致的突然失效下的视情维修决策中,算例分析结果表明,提出的系统同时遭受突然失效和多类退化失效时的视情维修决策模型是有效的。 本文针对当前维修方式和视情维修决策中存在的一些问题,结合离心压缩机转子系统这一对象,提出了可行的解决方法,为维修决策的深入研究及其在离心压缩机转子系统甚至其他系统中的应用提供一定的参考。


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