装备维修系统的动力学分析技术研究

论文摘要

装备维修系统是由装备维修所需的物质资源、人力资源、信息资源以及管理手段等要素组成的复杂系统体系。伴随作战理念和作战样式的演变以及装备技术的发展,装备维修系统的构成结构和运行模式都发生了深刻变化,科学维修、精确保障成为指导装备维修工作和评价装备维修系统效能的根本要求。装备维修系统具有的随机性、动态性、相关性和演化性,给装备维修系统的分析、设计、集成和控制带来巨大挑战。过程信息是过程控制的基本手段。理解和掌握装备维修系统的动力学行为,也即装备维修系统的运行规律,是对其进行分析、设计、集成和控制的基础,动力学分析方法为此提供了合适的研究框架和工具。科学维修、精确保障的实现,需要解决如下问题:(1)准确掌握装备退化失效的基本规律,实施必要的维修;(2)优化装备维修策略,在恰当时机执行最佳次数的维修;(3)合理调配维修资源,及时响应维修需求、按需保障;(4)全局规划要素配置,有序集成维修系统形成体系合力。围绕上述问题,本文从动力学角度研究装备维修系统,具体工作如下:(1)从动力学辨识的角度研究了基于状态监控参数反演装备退化失效规律的问题。采用随机Ito方程建立了刻画状态监控参数变化的动力学方程,基于状态监控参数变化率的最大熵概率密度估计确定了装备退化过程的动力学性质并提出迭代递归预测误差算法进行动力学辨识,利用高斯核密度K均值聚类和期望最大化算法实现了装备退化状态估计与退化失效规律的有限位相型分布逼近,从而建立了装备退化失效过程的动力学分析框架,并成功应用于某型发动机的磨损退化过程分析。(2)从装备使用与维修相耦合的角度研究了装备维修时机与维修次数的控制问题。通过在装备退化状态空间上扩展装备维修状态,分析了不同维修活动效果对装备使用与维修过程状态转移的影响,针对单一失效模式和复杂失效模式分别提出了密度演化方法和矩阵解析方法,建立了维修时机和维修次数的优化准则,并成功应用于某型发动机磨损的预防性维修周期和非完美维修次数的优化。(3)采用系统动力学方法研究了由于装备使用过程、维修策略作用、维修资源约束相互影响造成的装备维修系统的动力学行为模式。基于装备使用与维修过程的状态转移关系,分析了维修系统中的基本因果关系和反馈结构,以某型发动机维修系统为例,建立了维修系统的系统动力学模型,探讨了维修系统的行为模式及其相关影响因素。(4)借鉴网络分析方法研究了装备维修系统的集成模式与集成效能评估问题。通过分析装备维修系统的基本构成要素,建立了装备维修系统的元模型及其效能评价指标,从维修信息利用率的角度考察了维修要素增长及其作用关系增长对维修系统体系效能的影响,确认了装备维修系统集成的最佳方式与可能的集成模式。通过装备维修系统的动力学分析技术研究,可望准确掌握装备退化失效的状态演化规律从而提高维修实施的针对性和必要性,能够理解维修活动对装备退化的作用从而更好地控制装备维修时机和次数,能够理解装备维修需求的产生规律从而更好地响应维修资源需求并实现按需保障,能够理解维修要素分布对装备维修系统效能的影响从而更好地配置和部署装备维修要素。因此,装备维修系统的动力学分析技术为优化和控制装备维修过程与维修系统奠定了基础,有关结论可应用于指导装备维修系统的分析、设计、构建和集成。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 装备维修系统的研究综述
• 1.3 动力学分析方法在装备维修领域中的应用综述
• 1.4 装备维修系统动力学分析的主要研究内容与意义
• 1.4.1 装备维修系统动力学分析的主要研究内容
• 1.4.2 装备维修系统动力学分析的意义
• 1.5 本文的研究目标与研究思路
• 1.6 本章小结
• 第二章 装备退化失效过程的动力学分析
• 2.1 引言
• 2.2 装备退化失效过程的动力学模型
• 2.3 装备退化失效过程的动力学性质
• 2.4 装备退化失效过程的动力学辨识
• 2.5 装备退化失效过程的状态演化与寿命分布逼近
• 2.5.1 装备退化失效过程的状态估计
• 2.5.2 装备退化失效过程的状态演化与寿命分布估计
• 2.6 动力学分析方法在发动机磨损分析中的应用
• 2.6.1 滑油光谱数据的一致性检验
• 2.6.2 发动机磨损粒子的增长动力学
• 2.6.3 发动机磨损退化的状态演化与寿命分布逼近
• 2.7 本章小结
• 第三章 装备使用与维修的耦合动力学分析
• 3.1 引言
• 3.2 装备使用与维修的耦合动力学分析
• 3.2.1 装备使用过程描述
• 3.2.2 维修活动刻画
• 3.2.3 维修级别描述
• 3.2.4 装备使用与维修的耦合过程
• 3.3 单一故障模式下装备使用与维修耦合的密度演化分析
• 3.3.1 密度演化分析基础
• 3.3.2 单一故障模式下装备使用与维修耦合的密度演化模型
• 3.3.3 密度演化方法在发动机维修次数优化中的应用
• 3.4 复杂故障模式下装备使用与维修耦合的矩阵解析分析
• 3.4.1 矩阵解析分析基础
• 3.4.2 复杂故障模式下装备使用与维修耦合的矩阵解析模型
• 3.4.3 矩阵解析方法在发动机预防性维修优化中的应用
• 3.5 本章小结
• 第四章 装备维修系统的动力学行为分析
• 4.1 引言
• 4.2 系统动力学分析基础
• 4.3 装备维修系统的因果关系与基本结构分析
• 4.4 发动机维修系统的系统动力学模型
• 4.5 发动机维修系统的动力学行为分析
• 4.5.1 发动机维修系统的动力学行为模式
• 4.5.2 非完美维修对发动机维修系统动力学行为的影响
• 4.5.3 状态监控对发动机维修系统动力学行为的影响
• 4.5.4 预防性维修周期对发动机维修系统动力学行为的影响
• 4.6 本章小结
• 第五章 装备维修系统的拓扑动力学分析
• 5.1 引言
• 5.2 装备维修系统的构成要素与最小拓扑分析
• 5.2.1 装备维修系统的构成要素分析
• 5.2.2 装备维修系统的最小拓扑分析
• 5.3 典型维修策略的装备维修系统的元模型
• 5.4 装备维修系统的拓扑动力学分析
• 5.4.1 装备维修系统的拓扑结构效应测度
• 5.4.2 装备维修系统演化的拓扑分析
• 5.5 装备维修系统集成的效能评估初探
• 5.5.1 装备维修系统体系拓扑的仿真算法
• 5.5.2 装备维修系统体系的拓扑效能测度
• 5.5.3 装备维修系统的集成模式及其集成效能评估
• 5.6 本章小结
• 第六章 结束语
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果