【摘要】：隨著現(xiàn)代化制造系統(tǒng)日益朝著大型化、自動化、柔性化、高效化和精密化方向發(fā)展，其組成設(shè)備單元的種類與數(shù)量迅速增加，結(jié)構(gòu)也更為復(fù)雜，再加上復(fù)雜多變的使用工況與運行環(huán)境，使其發(fā)生故障的幾率也會明顯增加，因此如何保證制造系統(tǒng)的運行可靠性已成為用戶制造企業(yè)面臨的重大問題�，F(xiàn)代化制造系統(tǒng)在運行過程中多樣化的需求、動態(tài)不確定的制造環(huán)境以及異常復(fù)雜的內(nèi)在退化機(jī)理使得傳統(tǒng)的制造系統(tǒng)可靠性研究方法過于局限和單薄。針對現(xiàn)有研究工作中存在的不足之處，本文以制造系統(tǒng)服役階段由各種廣義外在環(huán)境隨機(jī)事件與各組成設(shè)備內(nèi)在退化機(jī)理引起的性能狀態(tài)退化為切入點，將脆性理論和多狀態(tài)系統(tǒng)理論引入制造系統(tǒng)運行可靠性分析與維修保障策略的研究中，研究了制造系統(tǒng)脆性效應(yīng)的累積與傳播機(jī)理，建立起基于“R-E”體系的制造系統(tǒng)運行可靠性分析技術(shù)框架與性能狀態(tài)演變的預(yù)測模型，提出了考慮脆性效應(yīng)的改進(jìn)區(qū)間通用生成函數(shù)可靠性評估方法，在此基礎(chǔ)上分析并制訂了動態(tài)預(yù)測維修策略以保障制造系統(tǒng)的運行可靠性，并從維修相關(guān)性的角度以服役階段效益產(chǎn)出最大為目標(biāo)對該維修策略進(jìn)行優(yōu)化。本文提出的理論方法體系從微觀和宏觀兩個方面對制造系統(tǒng)的運行可靠性進(jìn)行評估，從定性和定量兩個方面對制造系統(tǒng)維修策略進(jìn)行分析，在一定程度上克服了傳統(tǒng)制造系統(tǒng)可靠性分析方法與維修策略在用戶實際應(yīng)用中的困難與缺陷，并為制造系統(tǒng)運行可靠性分析與維修策略制訂提供了一條新的思路。本文具體內(nèi)容包括以下幾個方面： （1）介紹了制造系統(tǒng)及其運行可靠性的相關(guān)理論知識，論述了制造系統(tǒng)可靠性與維修策略的發(fā)展歷程及國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，說明了本論文的課題來源、主要研究內(nèi)容及總體結(jié)構(gòu)。針對制造系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)復(fù)雜、故障源多、制造任務(wù)多變、狀態(tài)多變等特點，論文將多狀態(tài)可靠性理論、復(fù)雜系統(tǒng)脆性理論以及“人—機(jī)—環(huán)境”系統(tǒng)工程學(xué)引入制造系統(tǒng)服役階段的運行過程中，探討了制造系統(tǒng)多態(tài)性的形成機(jī)理，描述了制造系統(tǒng)故障演化與傳遞機(jī)理，分析了制造系統(tǒng)運行過程中的廣義外在環(huán)境，并提出了基于“R-E”體系的制造系統(tǒng)運行可靠性分析技術(shù)框架，為制造系統(tǒng)運行可靠性的評估與維修保障策略的制訂提供了理論支撐。 （2）研究了廣義外在環(huán)境下制造系統(tǒng)脆性效應(yīng)的累積與傳播模型。首先引入因素空間理論來描述廣義外在環(huán)境中動態(tài)因素的物理脆性激發(fā)作用，構(gòu)建了制造系統(tǒng)脆性效應(yīng)與各動態(tài)外在因素之間的映射模型。然后引入脆性度指標(biāo)來量化脆性激發(fā)因素直接與間接對制造系統(tǒng)性能狀態(tài)退化程度的綜合影響，并系統(tǒng)分析了脆性激發(fā)因素風(fēng)險度與耦合度的計算流程。最后根據(jù)制造系統(tǒng)物理脆性的激發(fā)與過程脆性的激發(fā)兩類脆性激發(fā)機(jī)制建立起制造系統(tǒng)設(shè)備單元層與制造系統(tǒng)層的脆性效應(yīng)傳播模型，并采用改進(jìn)蟻群算法去搜尋給定制造任務(wù)下的制造系統(tǒng)最大脆性激發(fā)路徑，為制造系統(tǒng)具體故障演化與傳遞機(jī)理的分析提供了一種新的思路。 （3）研究了基于脆性效應(yīng)的制造系統(tǒng)運行可靠性評估方法。首先引入狀態(tài)空間模型，描述了脆性激發(fā)因素作用下制造系統(tǒng)的狀態(tài)演變過程，建立起制造系統(tǒng)性能狀態(tài)演變的預(yù)測模型。然后提出一種考慮脆性效應(yīng)的改進(jìn)通用生成函數(shù)法對制造系統(tǒng)運行可靠性進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上借鑒區(qū)間分析理論以及仿射算術(shù)的思想對改進(jìn)通用生成函數(shù)法進(jìn)行區(qū)間擴(kuò)展，對制造系統(tǒng)區(qū)間運行可靠性進(jìn)行評估，不僅體現(xiàn)了不同制造任務(wù)下制造系統(tǒng)異質(zhì)性與動態(tài)不確定性的存在，同時也使得運行可靠性評估結(jié)果更加準(zhǔn)確可靠。 （4）研究了廣義外在環(huán)境下制造系統(tǒng)維修保障策略的選擇算法。首先對制造系統(tǒng)維修保障及維修策略的基本知識進(jìn)行了概述。其次針對廣義外在環(huán)境下制造系統(tǒng)及其設(shè)備單元存在的異質(zhì)性以及動態(tài)不確定性，給出了制造系統(tǒng)的主要維修決策屬性，并歸納了制造系統(tǒng)最佳維修策略的選擇流程。然后應(yīng)用模糊層次分析主觀賦權(quán)類方法和信息熵客觀賦權(quán)類方法分別對制造系統(tǒng)維修策略進(jìn)行排序選擇，并采用模糊Borda法綜合以上兩種方法進(jìn)行綜合提取，有效地克服傳統(tǒng)單一方法計算過程存在的主觀性和模糊性問題，提高了維修策略排序選擇的準(zhǔn)確性和合理性。最后運用該方法得到制造系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備單元——加工中心的最佳維修保障策略應(yīng)為預(yù)測維修。 （5）研究了因素驅(qū)動的制造系統(tǒng)動態(tài)預(yù)測維修策略。首先針對傳統(tǒng)制造系統(tǒng)維修保障策略研究中未全面考慮動態(tài)環(huán)境事件影響制造系統(tǒng)性能狀態(tài)退化的問題，并基于制造系統(tǒng)脆性效應(yīng)的理論分析以及性能狀態(tài)演變預(yù)測模型的建立，分析了廣義外在環(huán)境下制造系統(tǒng)的預(yù)測維修策略，給出了維修策略的成本效益評價模型。然后在給定動態(tài)維修決策閾值、有限緩沖區(qū)容量以及維修資源等維修相關(guān)性約束條件下，以服役階段效益產(chǎn)出最大為目標(biāo)建立了基于遺傳算法的制造系統(tǒng)維修策略尋優(yōu)流程。最后以國內(nèi)某制造企業(yè)的一套制造系統(tǒng)為例，，通過對比分析證明了本文提出的動態(tài)預(yù)測維修策略的可用性與有效性，對于提升我國制造裝備運行可靠性、經(jīng)濟(jì)性以及加工制造能力，具有潛在的借鑒價值。
【圖文】：

那么制造系統(tǒng)的故障將必然頻繁發(fā)生。一方面，這些故障將直接造系統(tǒng)預(yù)定制造任務(wù)的完成，并造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失[11]。另一方面，頻活動的確能大幅降低由設(shè)備故障帶來的停機(jī)時間，使制造系統(tǒng)在服役階穩(wěn)定、可靠，但是相應(yīng)的維修成本將會大幅上升，制造企業(yè)的利潤也會[12]。因此，科學(xué)、合理地制訂維修策略成為保證制造系統(tǒng)運行可靠性與關(guān)鍵環(huán)節(jié)，同樣對于提升我國制造業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量、制造加工能力以及制造力具有重要的意義。 制造系統(tǒng)及其可靠性相關(guān)理論1 制造系統(tǒng)概述制造系統(tǒng)是指為實現(xiàn)生產(chǎn)產(chǎn)品的目的，由制造過程中的人員、原材料、設(shè)備、物流設(shè)備和其他輔助裝置以及設(shè)計方法、加工工藝、生產(chǎn)調(diào)度、、管理規(guī)范等組成的具有特定功能的有機(jī)整體[13]。作為一個系統(tǒng)，它具、整體性、集成性、層次性、相關(guān)性和環(huán)境適應(yīng)性等特性。

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【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TH17

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2553132