不確定環境下復雜機械裝配系統設備維修方法分析

李張斌

（哈爾濱地鐵集團有限公司，黑龍江 哈爾濱150000）

在不確定條件下，存在著多種難以預知的因素，比如機械設備的磨損情況和器具堵塞情況都會造成系統的故障，特別是系統中主要的設備的故障，就會給整個設備的發展帶來損失。所以要想有效的促進系統的運行，就要防止系統出現長時間工作的情況，防止一個系統的故障連帶整個系統出現故障，維修的時候，要從系統緩沖區的庫存量與狀態為主制定科學的維修計劃，提升系統生產的效率。

1 緩沖區庫存量與設備維修時機的關系

緩沖區庫存量與設備維修時間有著密切的關系，因為該研究具有較強的實際運用價值，也具有較高的理論運用難度，所以許多學者對該種研究感興趣，并且在實際研究IDE 過程中出現了一些有效成果。在有關研究中，學者將系統狀態的有關情況進行量化分析，將主要設備的運行最小成本當作目標函數[1]，從而建立了具有一定區別的模型，根據不同模式找到了最有效的維修辦法。有關研究顯示，在機械設備的維修中構建一個具有離散變量關系的維修計劃模型具有良好的作用，對機械模型的設計和對公式算法的求解，可以讓解題的思路更加有序，保證系統維修方法的準確性[2]，這個過程中可以將維修的實際時間和出現故障的水平進行分析，保證故障分析的敏感性和可行性。

由此可見，設備維修中對緩沖庫存量的制約對于設備維修方法的制定具有積極的意義，本文中的研究主要考慮的是設備緩沖區與上下各級零部件之間的相互關系，讓物體從多種不同的角度考慮維護和運行的價值，進而為設備的維修制定科學的方法。

2 模型表達

2.1 裝配系統基本模型和狀態分析

本研究的主要研究對象就是緩沖區裝備系統，研究中對于裝配系統中出現的各種物料短缺和物料堵塞的情況不進行考慮。通常裝配系統用M1代表設備，在d1的生產下將產品運送到B1進行儲存。M2通過d2生產完成后從緩沖區B1得到工件（d1≥d2）具體的工件運送時間不進行考慮。具體參考圖1。

一般而言，設備M1 和M2 使用的時間越長，其使用的效率就會逐漸增大，在對設備進行檢查的過程中，可以將其具體分為m+2 個狀態，如果設備是新的，就可以用0 表示設備沒有任何磨損，通常設備的磨損狀況越嚴重，數值就越高，雖然設備的磨損狀況越來越高，但是其仍然可以繼續進行工作。m+1 代表設備失效了，此時設備無法進行正常使用，需要立即對其進行檢修。

圖1 裝備系統可靠性框圖模型

對設備進行維修的時候，u∈{0，1，2}，u=0，這就充分說明不對設備進行維修，設備還可以進行工作，u=1 說明設備需要做正常的預防檢修[3]，u=2 說明設備需要進行故障修理。不管是對設備進行預修還是維修，維修的時間都需要通過幾何分布進行控制。如果設備此時處于一種1，2，…，m 的狀態，可以進行的維修方式為μ=0，如果此時設備正處于m+1 的情況，維修的辦法就是m=2，此時的維修方式就是故障維修。

2.2 可靠性成本函數

在對成本模式進行科學構建的時候，需要把裝配系統的可靠成本設定為一種任意的狀態，其主要的運行成本為Cij，緩沖區域的成本可以設置為h*x（h 代表的是單位的庫存成本，x 是庫存量），預防維修成本Cρ，故障的維修成本可以用C∫表示，因此可靠的成本函數可以用CS=Cij+hx+CP+C∫+Ct表示。

如果裝配的系統的狀態為S=（i，x，j）時，如果需要對設備進行維修，就要充分的考慮設備的停機損失和緩沖庫存狀況，所以生產的損失成本就可以通過Ct=d1t1+d2t2表示。最關鍵的是，t1代表M1停止使用的時間，t2表示M2停止使用時間，然后兩個設備的生產效率分別可以用d1和d2來進行表示，所以公式可以用CS=Cij+hs+Cp+C∫+（d1t1+d2t2）來表示。設備的預防維修使用時間均可以利用幾何的計算辦法進行干預，如果設備的修復成功是a，那么修復設備所需要的時間t 的概率可以用p（t）=α（1-α）（t-1）來進行表示。

3 對設備維修的方式進行分析

將（i，z，.j）∈S，那么Can（i，j，x）就可以表示設備維修中對成本的最小預設值，α 可以表示成本因子滿足0＜α＜1 的計算范圍[4]，如果保證α 計算的準確性，就可以保證Can（i，x，j）在整個運用的過程中，具有一定的收斂性。因此對設備進行維修和使用的時候，設備M1的預防維修成本可以是CP1，修復的成功率可以用α 來表示，設備M2的維修成功率可以用CP2進行表示，修復的幾率用b 進行表示，成本可以用C∫2來表示，修復的幾率是b'，所以結合上述使用的公式，可以將維修系統中的運行成本進行分類，最佳的成本是系統中可靠成本的最小值，所以可有根據維修狀況建立模型：

以上公式可以表示，如果機械處于正常的運行狀況，就可以通過縮小運行成本來判斷有效的預防維修方法，因為在對故障M1進行維修的時候，要判斷設備M2是否需要進行預防維修。

4 實例驗證

要想保證以上實驗中結論的準確性，就要進行實例的驗證以上結論的正確性，現給出以下實例進行分析。將汽車離合器蓋和壓盤的裝配線進行綜合性的檢測，二級裝配系統模型與促進機械系統的平衡，在完成檢測以后，產品可以通過緩沖區的托盤運送到規定的區域。

具體見圖2。

裝配系統已經具備的參數有：

m=10，K=5，g=0，那么i 與j∈（0，m）范圍內，Cij=0.3（i+j）；如果i=PM 或i=m+1 時，Cij=0.3j；當j=PM 或j=m+1，則Cij=0.3i；Cij=1.8，a=0.98，Cij=2.1，a'=0.95，Cp2=2.1，b=0.96，C∫2=3.0，b'=0.94。

實際使用的遺傳參數有，pop-size=20，max_gen=1500.Pc=0.4，Pm=0.1，將這些有效的參數帶到公式中進行計算，讓其在Matlab7.0 的環境下進行求解，然后算出最后的結果，實際的計算結果如表1 顯示。

圖2 二級裝配系統模型

表1 最優維修方法

5 結論

在復雜的環境下，對機械制造系統維修的方法進行分析，需要從機械的實際運用情況出發，充分的考慮系統中檢驗結果的準確性和有效性，保證系統的運行過程中的成本變化，為機械緩沖區域的系統維修提出有效的方法和方案[5]。而且在實際的機械和系統維修中，要隨時的關注的系統的使用期限變化，一旦機械的使用時間超出了規定的年限，設備的安全性就無法進行保證，此時設備就要立即停止使用。

在本研究中通過構建馬爾可夫理論的相關模型，對機械維修中的成本進行預算，進而可以詳細的將系統維修中不同機械運行狀態的有效性成本進行計算。實際的計算分析要從數據的實際情況出發進行分析。

在具體的模型中，主要就是通過遺傳算法的相關性將模型中的最佳答案求出來，進而給出最優的維修方案[6]。因為有關研究結果顯示，要想做到對實際裝配系統的維修，就要使用科學的裝配系統維修方法，時刻在維修中分析狀態閾值的變化。因為一般來說，對于設備的維修，主要包括兩種：一種是大修，一種是小修，但是無論是哪種維修方法，都需要可靠的維修成本最為依據，進而保證維修方法選擇和緩沖庫存之間的良性變化。本文中的相關研究，對裝配系統中的各種維修計劃制定具有積極的意義，也為維修工作的成功提供保障。

實際上，建立良好的成本模型能夠有效的降低維修成本，讓機械的實際運用效率有效的提高，保障生產的價值和生產的連續性屬性，實現系統的使用價值。在后續的研究工作中，要重點的關注不確定環境下對于復雜機械裝配系統維修方法，考慮實際運用中各種率因子與修復率的變化，保障設備維修的質量。