19693

۱۹۶۹۳

بهينه‌سازي تصميمات نگهداري و تعميرات براي يك سيستم چندمولفه‌اي پيچيده با خرابي‌هاي پنهان و آشكار

دكتري تخصصي

مهندسي صنايع

۱۳۹۲-۹۷

۱۹ آبان ۱۳۹۷

دكتر سيدمحمد سيدحسيني

دكتر كامران شهانقي

صنايع

در نگهداري و تعميرات سيستم‌هاي چندمولفه‌اي، هدف اين است كه با تعيين نوع وابستگيِ بين مولفه‌‌‌ها، نوع خرابي مولفه‌ها، نوع بازرسي، نوع تعمير، نوع معيار بهينه‌سازي، نوع افق زماني و ساير عوامل تاثيرگذار، يك سياست بهينه‌ي نگهداري و تعميرات براي سيستم ارائه نمود. ابتدا، تعاريف و مفاهيم اوليه و سياست‌هاي رايج نگهداري و تعميرات به اختصار بيان مي‌شود. سپس، با توجه به انواع مختلف خرابي سيستم، سياست‌هاي بازرسي براي شناسايي عيب‌ها‌ي بالقوه و خرابي‌هاي پنهان مرور مي‌شود. در مدل‌هاي ارائه شده براي سيستم‌هاي چندمولفه‌اي، فرض شده است كه مولفه‌هاي سيستم يا در معرض وقوع خرابي‌هاي پنهان و يا در معرض وقوع خرابي‌هاي آشكار دو مرحله‌اي قرار دارند. واضح است كه اين دو نوع خرابي ممكن است به صورت همزمان در يك سيستم چندمولفه‌اي با وابستگي احتمالي وجود داشته باشند كه اين وضعيت در اين رساله، مطالعه مي‌شود. در سيستم مورد مطالعه، خرابي برخي از مولفه‌هاي سيستم از نوعِ خرابيِ پنهان است كه وقوع آن باعث توقف سيستم نمي‌شود و تاثيري روي فرسودگي ساير مولفه‌ها ندارد. اما تاخير در شناسايي خرابي پنهان، باعث كاهش عملكرد سيستم شده و هزينه‌هاي عملياتي آن را افزايش مي‌دهد. ساير مولفه‌هاي سيستم داراي سه وضعيت هستند: سالم، معيوب و خرابي آشكار. خرابي آشكار هر مولفه، نه تنها باعث توقف سيستم مي‌شود، بلكه باعث ايجاد شوك روي ساير مولفه‌ها مي‌شود. اين شوك، نرخ وقوع خرابي پنهان، نرخ وقوع عيب و نرخ وقوع خرابي آشكارِ ساير مولفه‌هاي سيستم را افزايش مي‌دهد. به منظور بهره‌بردن از مزيت وابستگي اقتصادي، ابتدا، يك سياست نگهداري و تعميرات گروهي مبتني بر بازرسي‌هاي دوره‌اي و فرصت‌طلبانه، به صورت رياضي مدلسازي مي‌شود. طبق اين سياست، سيستم به صورت دوره‌اي به منظور شناساييِ عيب‌هاي بالقوه و خرابي‌هاي پنهانِ مولفه‌ها، بازرسي شده و علاوه بر اين، خرابي آشكار هر مولفه فرصتي را براي بازرسي ساير مولفه‌هاي سيستم ايجاد مي‌كند (بازرسي فرصت‌طلبانه). مولفه‌هاي معيوب با تعمير جزئي، اصلاح مي‌شوند ولي مولفه‌هاي خراب بايد فورا تعويض شوند. سپس، سياست ارائه شده با در نظر گرفتن دو نوع اقدام نگهداري و تعميرات (تعمير جزئي و تعويض) براي هر مولفه از سيستم و فرض بازرسي ناقص (خطاي نوع اول و نوع دوم بازرسي) توسعه داده مي‌شود. هدف، يافتن فاصله‌ي بازرسي دوره‌اي بهينه‌ است به گونه‌اي كه متوسط هزينه‌ي كل سيستم، در يك افق زماني محدود، كمينه شود. در روش پيشنهادي ارائه شده براي محاسبه‌ي متوسط هزينه‌ي كل سيستم، ابتدا، روابط بازگشتي لازم براي محاسبه‌ي مقادير متوسط مورد نياز استخراج مي‌شود. سپس، به علت پيچيدگي محاسبات عددي، يك الگوريتم شبيه‌سازي مونت كارلو براي محاسبه‌ي اين مقادير ارائه مي‌شود. روش پيشنهادي از طريق، مثال‌هاي عددي كاربردي تشريح شده و فاصله‌ي بازرسي دوره‌اي بهينه به دست آورده مي‌شود. نهايتا، صحت نتايج با انجام آناليز حساسيت، اعتبارسنجي مي‌شود. واژگان كليدي: خرابي پنهان، خرابي آشكار دو مرحله‌اي، وابستگي خرابي، بازرسي فرصت‌طلبانه، بازرسي ناقص.

1397/09/06

Optimization of Maintenance Decisions for a Complex Multi-Component System Subject to Hidden and Revealed Failures

11/10/2018 12:00:00 AM

The maintenance modeling aims to determine an optimal maintenance policy for a system. Various factors may affect an optimal maintenance policy for a multi-component system such as the type of dependencies between components, the failure modes of components, the inspection type, the kind of maintenance actions, the length of time horizon, the sort of optimization criteria, etc. First, the definitions, basic concepts, and common maintenance policies are briefly outlined. Then, inspection models for detecting hidden failures and potential defects are investigated according to the failure modes of components. It is notable that most of the developed maintenance models focus on a system subject to either the hidden failures or two-stage revealed failures. The lack of simultaneous consideration of both hidden and two-stage revealed failures with stochastic dependence in the literature on inspection modeling made us conduct this study. Some components may develop a hidden failure, an occurrence of which neither stops the system nor accelerates the other components’ deterioration. However, the hidden failure reduces the system’s performance by increasing its operating costs. On the other hand, the other components may experience three states: healthy, defective and revealed failure. Any revealed failure of each component not only stops the system but also generates a shock to all the other ones, which increases their occurrence rate of hidden, defect and revealed failures. First, a block-based maintenance policy based on periodic and opportunistic inspection is mathematically formulated to take advantage of economic dependence. Under this policy, in addition to the periodic inspections, the system is also inspected at revealed failures moments of each component to detect and fix both defects and hidden failures on all the other components. Minimal repair can fix the defective components; however, the failed components should be immediately replaced. Then, the proposed policy is developed by taking into account two types of maintenance actions (minimal repair and replacement) and two inspection errors for each component of the system. The goal is to find the optimal periodic inspection interval such that the expected total cost is minimized over a finite time horizon. In the proposed approach for calculating the expected total cost, the recursive equations for the required expected values are first mathematically derived. Then, due to computational complexity, an efficient Monte-Carlo simulation algorithm is designed to calculate these values. The proposed approach is illustrated through practical numerical examples, and the optimal periodic inspection interval over a finite time horizon is obtained via minimization of the expected total cost. Finally, the correctness of the results is validated by sensitivity analysis. Keywords: Hidden failure, Two-stage revealed failures, Stochastic dependence, Imperfect inspection, Opportunistic inspection.