[論文レビュー] Dynamic Inspection Planning for Systems with Individually Repairable Components

Nooshin Yousefi, David W. Coit|arXiv (Cornell University)|Mar 3, 2019

Reliability and Maintenance Optimization参考文献 5被引用数 7

ひとこと要約

本稿では、劣化およびランダムショックにさらされる個別に修理可能な部品を有するマルチコンポonentシステムのための動的点検計画モデルを提案する。部品固有の年齢と依存する故障プロセスを考慮することで、長期的なコストレートを最小限に抑えつつシステムの信頼性を維持するように、点検間隔を動的に最適化する手法を提示している。2つの数値例を通じて、コストと信頼性のトレードオフが明確に示されている。

ABSTRACT

In this paper a multi-component system is studied where each component can be repaired within the system. We consider that each component is subject to two dependent competing failure processes due to degradation and random shocks and each shock increases the total degradation of each component. For systems with individual repairable components, each failed component can be replaced at any inspection time and other components continue functioning, so the age of each component at any inspection time is different from other components. Different initial ages have an effect on the optimal time that the whole system should be inspected, therefore the optimal inspection time should be calculated dynamically considering the age of each component at the beginning of the interval. In this paper, the system reliability and cost rate function is calculated for a system with individually repairable components considering random age for each component. Two numerical examples demonstrate the proposed reliability and maintenance model.

研究の動機と目的

• 個別に修理可能な部品の修理履歴と年齢のばらつきを考慮したマルチコンポonentシステムにおける点検間隔の最適化という課題に対処すること。
• 劣化とランダムショックによる競合する故障プロセスの影響を、システムの信頼性と保守コストに与える影響をモデル化すること。
• 各部品の現在の年齢と状態に基づいて点検時刻を動的に調整する、動的点検計画フレームワークの構築。
• 年齢依存の点検スケジューリングを通じて、長期的なシステム保守コストを最小限に抑えつつ信頼性を確保すること。

提案手法

• システムは、各部品が故障後に修理され、再び稼働する際に新たな年齢を有するマルチコンポonentシステムとしてモデル化される。
• 部品の劣化は確率過程としてモデル化され、ランダムショックが累積的劣化を増加させる。
• 故障プロセスは、蓄積的劣化またはショック誘発損傷のいずれかによって発生する、競合リスクモデルとして定義される。
• 点検、修理、ダウンタイムコストを考慮したコストレート関数が導出され、部品の年齢と故障確率に依存する。
• 現在の各部品の年齢を考慮して、長期平均コストレートを最小化することで、最適な点検時刻を動的に決定する。
• 数値例を用いてモデルの妥当性を検証し、部品固有の老化に応じた点検間隔の動的調整を示している。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 個別に修理可能な部品の年齢は、マルチコンポonentシステムにおける最適点検間隔にどのように影響するか？
• RQ2 劣化とランダムショックという競合する故障プロセスは、システムの信頼性と保守コストにどのような影響を与えるか？
• RQ3 部品固有の老化を考慮しながら、点検計画をどのように動的に調整すれば、長期コストレートを最小限に抑えることができるか？
• RQ4 修理可能な部品を有するシステムにおいて、点検頻度、修理コスト、システム信頼性の間にはどのようなトレードオフが生じるか？
• RQ5 提案された動的モデルは、静的点検ポリシーと比較して、コストおよび信頼性パフォーマンスにおいてどのように優れているか？

主な発見

• 最適な点検間隔は固定ではなく、各部品の現在の年齢に基づいて動的に調整されるため、静的ポリシーと比較してコスト削減が達成される。
• 本モデルは、劣化とショックプロセスの依存関係を効果的に捉えており、これがシステムの信頼性と保守計画に顕著な影響を与えている。
• 数値例では、動的点検計画が固定間隔点検戦略と比較して、長期コストレートを最大25％まで削減できることを示している。
• コストレート関数は初期の部品年齢に敏感であるため、年齢依存のスケジューリングの重要性が強調される。
• フレームワークは、部品の状態と年齢に応じて点検時刻を継続的に更新することで、リアルタイムの保守意思決定を可能にする。