效率导向的设备预防维护建模研究

发布时间：2020-08-17 20:19

【摘要】：合理的预防性维护是保障设备运行性能的重要手段。一方面,设备的复杂性、精密性不断提升,其维护所需要的资源和人员也要求更高,相应的维修成本不断增加。另一方面,由于企业对生产设备越来越高的质量、产量和可用性需求,维修维护服务应该以尽可能保证设备的运行性能良好和输出产品质量稳定为目标。对企业来说,既要确保设备生产的稳定输出,又要使维护活动的投入成本最小化,因此,在制定维护策略时,需充分考虑投入和产出相匹配的原则。本文从效率的角度出发,针对新形势下设备维护的需求变化,对机加工设备的预防维护问题进行了深入研究。首先,针对设备衰退引发可靠性退化及其所加工产品质量衰退的特点,引入质量相关部件衰退对设备故障率和产品质量的影响机制,集成设备历史故障信息和质量相关部件的状态信息进行设备故障率建模,进而构建设备开动率指标;并根据质量相关部件衰退与产品质量衰退的量化关系,构建产品合格率指标。其次,分析设备开动率指标和产品合格率指标进行多属性决策的特殊需求,寻求指标自身的客观性标准,动态量化权重构建多目标维护效果来衡量维护产出,以维护直接成本为投入,建立维护效率函数。最后,根据设备内部差异化的修复过程对维护效果建模,分别采用等周期和故障限制预防维护策略建模,通过最大化维护效率函数,得到设备的最优维护方案,并通过实例分析验证模型的科学性和有效性。本文建立了多目标维护效率函数与设备预防维护模型,以实现设备单位维护成本的产出最大化为目标,从而为企业的设备维护管理提供一种新的建模与决策思路。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH17
【图文】：

现代化设备

制造业是国民经济的重要支柱产业，有着举足轻重的地位。设备作为制造业的核心部分，在生产制造过程中至关重要，是企业赖以生存发展的根本所在。随着设备使用时间增加，其磨损、疲劳等老化过程加剧，导致设备运行性能逐渐衰退，会给企业带来巨大的经济损失，而设备维护是企业保障设备性能降低运行成本、提高生产效率和市场竞争力的重要途径。随着工业技术的不断发展，制造业从传统模式向着具有高端、精密、复杂加工特点的现代化制造转变，加工设备也日益复杂化（如图 1-1 所示），这些设备对加工质量及效率起着至关重要的作用，不但造价很高，设备的性能衰退或产品报废甚至仅仅是加工效率的降低都可能造成巨大的损失，因此，通过合理的预防维护确保设备正常工作尤为重要。而随着设备的复杂程度越来越高，维护维修的难度也越来越大，企业在设备维护维修方面的成本大大增加。在欧美的一些国家，企业维护维修方面的成本平均每年增长10%—17%，1979 年后美国工业企业的维护费用每年提高 10%-15%。有资料显示，我国目前设备年维修费用高达 300 多亿元，占设备原值的 7%-9%。

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图 2-1 质量衰退问题示例图 2-2 响应模型示意图量特性可以用产品合格率来表示。通常，设备其随时间的衰退量记为，选(),(),,()12YtYtYtm ……

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图 2-2 响应模型示意图备质量特性可以用产品合格率来表示。通常，设备，将其随时间的衰退量记为，选择型的构建思路，此思路可以应用于所有质量特征。质量相关部件的影响，还会受到一些难以测量与控因素、外界干扰、加工受力等，即噪声变量。基于衰退可视作设备自身的质量相关部件衰退及噪声二用二阶响应面模型表示为( ) ( ) ( ) , 1, 2, ,T Tj j j jY t b X t c Z X t ΓZ j m为常数；jb 、jc 为表征X(t)和Z线性影响系数的向可控过程变量的主效应、噪声变量的主效应；为(),(),,()12YtYtYtm

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