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中国机械工程

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《中国机械工程》, 1998年9卷12期针对机械磨损过程的功能检测模型贾希胜军械工程学院A.H Christer, M.A.J Smith 英国索尔福德大学
摘要:在RCM分析中、通常对由机械磨损所引起的故障模式采用功能检测策略加以预防,而制定此类问题的功能检测策略时需确定下列参数:(1)潜在故障状态(用磨损量来表示)、检测时如果发现磨损量达到或超过该状态产品应当预以更换;(2)检测的间隔期,分首次检测间隔期与重复间隔期.借助于维修延迟时间的概念并假设磨损过程服从Wiener过程,本文分别建立了基于风险,可用度与费用基础上的功能检测模型,用于确定上述检测参数.
关键词:功能检测,RCM,预防性维修策略,延迟时间,机械磨损.
引言功能检测是以可靠性为中心的维修(RCM)分析方法中的一种预防性维修工作
类型,它可以定义为:通过定期定量检测以确定产品的功能是否在规定限度内的一种预防性维修工作.功能检测的目的是及时发现故障征兆并采取措施从而有效地避免功能故障.在RCM逻辑决断中功能检测工作的适用性准则定性描述为:产品必须有可定义的潜在故障状态(功能故障前的一种征兆,如裂纹、噪声,磨损量等等)且潜在故障至功能故障之间的时间间隔足够长.实践中大约30%至40%的故障模式可采用功能检测策略.机械磨损做为一种渐增的故障退化过程,其潜在故障状态可由规定的磨损量来明确定义、所以在RCM分析中对于由磨损引起的故障大多采用功能检测策略加以预防.在磨损问题的功能检测策略中、下列参数需预先确定:(1)潜在故障状态(或规定的磨损量),产品磨损量达到潜在故障状态时不会发生故障,但如不及时采取预防措施,会很快发生功能故障,所以检测中一旦发现潜在故障应立即修理;(2)首次检测间隔期,因为从产品投入使用到发生潜在故障的时间一般会比从潜在故障到功能故障的时间要长,在满足预防维修要求的前提下,首次检测间隔期应比重复检测间隔期要长,所以在磨损问题的功能检测中应区分首检期与重复检测间隔期;
(3)重复检测间隔期.从维修管理上考虑为了便于实施功能检测,第一次检测后的重复检测间隔期相同.现有RCM标准和应用指南[1-6]对RCM决策过程没有提供定量支持、而现有的大量的有关预防性维修模型的文献中亦未见专门针对上述问题的建模文献.本文第一作者曾在论文[7]提出了功能检测的建模问题,并在论文[8-10]中对有限运行期间内功能检测的费用模型作了初步探讨,但理论上并不完善,没有考虑长期运行条件下的建模问题,也没有考虑故障风险与可用度模型.而与此问题建模相近的延迟时间模型中并未考虑潜在故障的定义.本文试图借助于延迟时间概念,在Wiener过程的假设下,建立长期运行条件下功能检测策略的风险模型,可用度模型和费用模型,为RCM决断过程提供定量支持.符号
u: 产品从开始使用到发生潜在故障时的时间间隔;
g(u):u的分布密度函数;
h: 从潜在故障到功能故障的时间间隔;
f(h): h的分布密度函数;
Xt: 任一时刻t, 产品的磨损量;
xf: 功能故障状态、磨损量达到此状态时,产品不能发挥其规定功能;
xp: 潜在故障状态;
T1: 首次检测间隔期;
T: 重复检测间隔期;
ti:第i 次检测的时间tTiTi= 11, (i=Txp:磨损量X(t) 第一次达到xp的时间;Txpf:磨损量从xp发展到xf-xp所需的时间;
Cm ,Cb , Ci:分别为识别出潜在故障后的平均更换费用,故障后的平均更换费用和每次检测的平均费用;dddmb,i分别为识别出潜在故障后的平均停机时间,故障后的平均停机时间和每次检测的平均停机时间.延迟时间概念及其基本模型1973年A.H.Christer在文献[11]中首次提出了延迟时间概念,在其后的20多年
中、Christer领导的英国Salford大学的运筹学与应用数学研究中心基于此概念进行了大量的建模研究,使延迟时间概念与模型在理论上和实践上日趋完善,并成功地在军用装备,民用生产设施的维修以及某些人类疾病诊断中进行了大量应用
维修延迟时间的基本概念如下:产品功能故障的形成需经历两个阶段并假定这两个阶段相互独立,如图1所示.第一阶段是指产品从投入使用到发生潜在故障(缺陷)的时间过程;第二阶段是指从潜在故障到故障(功能故障)的时间过程.如果能够通过主观与客观数据分析找出这两个阶段的时间间隔分布和相应的费用或停机时间参数,就可建立模型优化相应的检测间隔期.如果在延迟时间内进行检测,就可将缺陷识别出来!utTime
h: 故障延迟时间从此点开始可识别缺陷功能故障点图1 故障延迟时间的概念功能检测的目的就是及时识别潜在故障状态并采取措施,以预防功能故障的发生.在功能检测策略下,产品的寿命终止或是指由于故障导致的寿命终止,或是由于检测出潜在故障进行更换所导致的寿命终止,我们把前者称为故障更新,后者称为检测更新.如果认为检测是完善的,即一旦发生潜在故障,每次检测确能将其识别出来.这样任一间隔期内出现潜在故障的产品都不会生存到下一个间隔期内、它要么在该间隔期内发生故障,要么在下一次检测时被识别出来进行更新,如图2 所示.检测更新故障更新时间潜在故障图2功能检测策略下,产品的寿命过程设潜在故障发生在时刻u, tui ti

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