[论文解读] 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 7

一句话总结

本文提出了一种针对具有退化和随机冲击的可单独修复组件的多组件系统的动态检查规划模型。通过考虑组件特定的年龄和依赖性失效过程，该方法动态优化检查间隔，以最小化长期成本率并保持系统可靠性，通过两个数值示例展示了成本与可靠性之间的量化权衡。

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.

研究动机与目标

• 解决多组件系统中组件具有独立修复历史和不同年龄时优化检查间隔的挑战。
• 建立依赖性竞争失效过程（退化与随机冲击）对系统可靠性与维护成本影响的模型。
• 开发一种动态检查规划框架，根据每个组件的当前年龄和状态调整检查时间。
• 通过基于年龄的检查调度最小化长期系统维护成本，同时确保可靠性。

提出的方法

• 系统被建模为多组件系统，其中每个组件在失效后可修复，并以新年龄重新投入服务。
• 退化过程被建模为随机过程，随机冲击会增加累积退化量。
• 失效过程被定义为竞争风险模型，失效由累积退化或冲击引起的损伤导致。
• 推导出一个成本率函数，该函数考虑检查、维修和停机成本，依赖于组件年龄和失效概率。
• 通过最小化长期平均成本率，动态确定最优检查时间，同时考虑每个组件的当前年龄。
• 使用数值示例验证模型，并说明检查间隔如何根据组件特定的退化情况进行动态调整。

实验结果

研究问题

• RQ1 单独可修复组件的年龄如何影响多组件系统中最佳检查间隔？
• RQ2 竞争失效过程（退化与随机冲击）对系统可靠性与维护成本有何影响？
• RQ3 如何动态调整检查规划，以在考虑组件特定老化的情况下最小化长期成本率？
• RQ4 在具有可修复组件的系统中，检查频率、维修成本与系统可靠性之间的权衡是什么？
• RQ5 与静态检查策略相比，所提出的动态模型在成本与可靠性表现方面有何差异？

主要发现

• 最佳检查间隔并非固定，而是根据每个组件的当前年龄动态调整，相比静态策略可实现成本节约。
• 该模型成功捕捉了退化与冲击过程之间的依赖性，这对系统可靠性与维护规划具有显著影响。
• 数值示例表明，与固定间隔检查策略相比，动态检查规划可将长期成本率降低最多25%。
• 成本率函数对组件的初始年龄敏感，凸显了基于年龄调度的重要性。
• 该框架通过根据组件状态和年龄持续更新检查时间，支持实时维护决策。