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基于可靠性理论的内河船闸维修决策研究

冒刘燕  
【摘要】:随着大规模建设项目的逐步完成,设施维护管理研究已经成为工程管理领域研究的热点问题之一。船闸作为大宗货物水路运输通道上的关键基础设施,科学的维护管理对系统正常运行、保障航道畅通和促进国民经济发展具有重要意义。在设施维修决策研究中,寿命过程的维修信息越来越受到重视,然而船闸维修信息中隐含的系统可靠性规律尚未被挖掘和利用。论文立足于工程全寿命周期,应用复杂系统可靠性理论和维修决策理论,以维修事件数据为基础,借鉴制造业可靠性分析的思路和方法,研究了船闸寿命过程的可靠性特征和维修管理决策。研究的主要内容包括:(1)基础理论与研究架构。梳理了全寿命周期管理理论、复杂系统可靠性理论和维修决策理论,分析了工程全寿命周期管理的核心任务,提出了船闸全寿命周期可靠性分析和维修管理决策研究的总体框架。(2)构建了船闸维修信息集成的霍尔三维结构模型。建立了船闸工程系统分解结构(WLEBS),从时间维、结构维和信息维,构建了船闸维修信息集成的霍尔三维结构模型,解决了“维修信息孤岛”和可靠性分析数据瓶颈的问题。(3)构建了基于事件数据的船闸可靠性分析(RABED)模型,并用17座船闸的历史维修数据验证了模型的实用性。论文突破了可靠性理论在土木工程领域的具体应用,从复杂系统广义可靠性的视角定义了船闸系统可靠性指标,设计了RABED流程,研究了RABED模型可靠性参数估计方法,利用故障模式、影响和危害度分析(FMECA)方法和寿命分布模型,深入分析了船闸部件、子系统和系统的可靠性,通过实证研究得到了繁忙河段船闸的可靠性特征,为维修信息的利用提供了一套系统的解决方法,对其他设施寿命周期维修管理亦具有借鉴作用。(4)揭示了船闸寿命周期维修决策变量相互关系的规律性。采用多元线性回归分析方法,定量分析得到年中修费用与大修费用、中修部位数量正相关,与年运营能力指标负相关;中修发生时间与大修费用负相关,与年运营能力指标正相关。船闸寿命过程中大修、中修与运营能力之间这一关系,类似于人的健康与其劳动能力之间的关系,具有合理的经济学解释,符合实际情况。(5)构建了船闸寿命周期维修决策框架和优化模型,并通过实例验证了它们在船闸寿命周期管理中的科学性。论文系统研究了船闸维修决策的影响因素,构建了完整的维修决策分析程序;从预期成本与使用性能两个角度,建立了船闸寿命周期维修决策指标体系;综合不同的维修模式,以及维修事件发生时间和维修占用时间等因素的随机性,构建了船闸系统的蒙特卡罗动态可靠性仿真模型,以繁忙河段单线船闸的维修结构优化为例,解释了维修决策框架和优化模型在船闸寿命周期管理中的具体应用。论文的研究对于拓展复杂系统可靠性理论的应用领域,进一步完善工程全寿命周期管理理论,深入地把握船闸系统的可靠性特征,为管理部门在多变的环境条件下进行科学合理的维修决策,实现船闸全寿命周期管理目标,具有十分重要的理论与实践意义。


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