同时考虑质量信息反馈、备件缺货延时和不完全维修等级的制造系统维修策略研究

Maintenance optimization considering different factors related can reduce the system cost. In relevant research field, the maintenance strategies usually considered only one factor. However, there is important interaction between these factors due to maintenance activity. The project is proposed to deal with the problem referred above and will investigate the maintenance strategies for two types of manufacturing system with integrated consideration of production quality, spare parts inventory and imperfect maintenance, to optimize the maintenance decision, quality control and spare order together and to save the system cost as much as possible. Firstly, the maintenance modeling and optimization are performed for the manufacturing system without buffer. Secondly, the study is developed to be the situation of manufacturing system containing one buffer, and the optimization results of the two systems are compared. Finally, the related models and methods are verified in an actual manufacturing system. The consideration of several factors makes the maintenance modeling and solving in this project very complex and the following specific scientific problems will be resolved during this investigation: (1) the investigation of the interaction between maintenance activity and these factors, (2) the building of the integrated maintenance model considering several factors, and (3) the optimization of total system cost. The investigation in this project can be the research basis of studying maintenance strategies for complex manufacturing systems involving more important factors and problems, and provide theoretical foundation for practical application of maintenance strategy.

在制造系统维修策略研究中考虑相关重要因素的影响能有效降低系统成本。现有的此类研究通常只涉及某种因素，然而不同因素间也会因维修产生关联性。本项目将针对上述问题，将两类制造系统作为研究对象，在维修策略研究过程中集成考虑产品质量反馈、备件缺货引发的维修延时和不完全维修等级的影响，实现维修决策、质量控制和备件库存控制的联合优化，从而更大程度地降低制造系统总成本。首先，针对不设缓冲库存的制造系统进行维修建模和优化；其次，将研究拓展为设置缓冲库存的情形，并比较两类系统的优化结果；最后，在实际制造系统中对模型和方法进行验证。本项目的相关模型及成本优化由于多因素的引入变得很复杂，在具体研究过程中将解决以下关键问题：（1）维修与各因素间的交叉影响性分析；（2）多因素集成考虑下的维修建模；（3）系统总成本层面上的优化。本项目的研究可作为复杂系统维修策略研究的理论基础，也可为实际制造系统的维修决策提供理论依据。

本项目围绕备件控制、不完全维修等级和质量信息联合影响下的维修优化问题，针对不同的生产制造系统深入展开研究。第一部分针对不设置缓冲库存的制造系统实施维修策略研究：首先，进行了考虑备件订购的多状态生产系统的维修策略研究，提出了系统总成本层面上的分析方法，建立了该维修策略下生产系统的长期期望成本率的数学模型。其次，将两种不完全维修及其随机的维修效果考虑在内，利用马尔可夫决策法分析和建立了相应的维修决策模型，实现了维修行为和备件订购的优化。第二部分将研究拓展为设置缓冲库存的情形：首先，在同时考虑质量信息反馈和多种维修方式的前提下，利用数学分析法推导获取了反映维修决策和缓冲库存控制的维修模型，并对其进行优化；其次，将维修策略拓展为同时考虑备件、缓冲库存、产品质量和多种维修行为的联合策略，并利用数学分析法建立了能够体现上述因素的相关决策和因备件缺乏而造成的维修延迟影响的维修模型，实现了维修决策和相关因素的联合优化；再次，基于威布尔比例风险模型参数分析和考虑产品的不合格率下，实现了维修策略、生产速率、缓冲库存容量和备件订购的联合优化，并通过两个数值案例，将优化结果与传统策略的优化结果进行比较，证明了本研究方法的有效性；之后，针对包含有退化的多部件并联的系统，实现了考虑产品质量的维修决策和备件订购的联合优化，并通过比较并联部件的联合维修策略优化结果和分别对单部件获取的优化结果，证明本研究方法能够有效节省成本。此外，基于所提的理论和方法，针对几个制造食品和饮料行业的典型中小企业，研究能够有益于生产质量的维修策略。研究成果撰写成10篇论文并投稿，目前发表和收录3篇，7篇在审。培养了硕士生3名，目前2名毕业，1名在读。

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