【正文】 ( ) ( )tNr t t r t f t f tNtt N r t F t R tN? ????? ? ??? ? ?? ? 平均壽命是壽命的平均值，對(duì)于不可修復(fù)產(chǎn)品，指產(chǎn)品故障前工作時(shí)間的平均值，記為 MTTF(Mean Time To Failure)對(duì)于可修復(fù)產(chǎn)品，指的是故 障間隔時(shí)間的平均值，記為 MTBF(Mean Time Between Failures)。 不可修復(fù)產(chǎn)品， 當(dāng)壽命是連續(xù)隨機(jī)變量時(shí)，平均故障前工作時(shí)間 00 0 0 0()( ) [ ] [ ( ) ] ( ) ( )d R tM TT F tf t d t t d t t R t tR t d t R t d tdt? ? ? ???? ? ? ? ? ?? ? ? ? 可修復(fù)產(chǎn)品，當(dāng)其壽命是連續(xù)型隨機(jī)變量時(shí)，平均故障間隔時(shí)間 MTBF 可以表示為 0 ()MTBF R t dt??? 在可靠性的研究中 ,又與決策問(wèn)題和各種最優(yōu)化問(wèn)題有緊密的聯(lián)系 ,因此它又是運(yùn)籌學(xué)的 一 個(gè)重要分支。 將庫(kù)存量控制決策和維修性和可靠性工程結(jié)合起來(lái)，建立模型，為備件的庫(kù)存量控制決策優(yōu)化 決策提供支持。 復(fù)雜裝備可維修備件供應(yīng)保障優(yōu)化研究 第 14 頁(yè) /共 38 頁(yè) 維修 策略 研究 維修是指為裝備保持和恢復(fù)規(guī)定的性能所進(jìn)行的技術(shù)活動(dòng)，維修活動(dòng)層次。根據(jù)不同的側(cè)重點(diǎn)，維修的分類(lèi)也不盡相同。通常維修活動(dòng)主要包括預(yù)防性維修和修復(fù)性維修，根據(jù)相關(guān)維修計(jì)劃與修理規(guī)定，有裝備使用單位或者修理廠通過(guò)消耗一定的物質(zhì)及人力資源對(duì)待不同維修下的裝備進(jìn)行維修。修復(fù)性維修是指因裝備因發(fā)生故障而進(jìn)行的維修活動(dòng)。 歐美的工業(yè)化國(guó)家自上世紀(jì) 60 年代期，普遍研究和采用預(yù)防性維修 [100]（ CM）。 80 年代開(kāi)始研究和應(yīng)用預(yù)測(cè)性維修(Predictive Maintenance， PDM)， 90 年代初期研究和應(yīng)用以可靠性為中心的維修(Reliability Centered Maintenance， RCM)， 90 年代中期研究和應(yīng)用全員生產(chǎn)維修 (Total Productive Maintenance， TPM)。進(jìn)入 21 世紀(jì)后，已著手研究和應(yīng)用基于風(fēng)險(xiǎn)的不同技術(shù)組合的維修策略。 目前國(guó)際上最常用最流行的是以可靠性為中心的維修策略 (Reliability Centered Maintenance， RCM)，集成預(yù)防性維修、預(yù)測(cè)性維修和主動(dòng)性維修， 其中集成預(yù)防性維修是以時(shí)間間隔為基礎(chǔ)，預(yù)測(cè)性維修是 以設(shè)備狀態(tài)為基礎(chǔ)，主動(dòng)性維修是以故障根源分析為基礎(chǔ)。 通過(guò)綜合平衡地運(yùn)用，修改和優(yōu)化企業(yè)以往的設(shè)備故障處理狀況 [101]。正確應(yīng)用此方法，在保證安全性和可靠性的條件下，可以將日常維修工作量降 低 40%到 70%，可大大提高資產(chǎn)的使用效率。 根據(jù)設(shè)備的狀態(tài)和維修時(shí)機(jī)的不同 ， 可將維修類(lèi)型分為故障前維修和故障后維修兩類(lèi)；按照維修依據(jù)的不同，故障前維修又可分為預(yù)防性維修和預(yù)測(cè)性維修 [102]。各種維修策略都脫不開(kāi)這三種維修類(lèi)型及其組合 ， 現(xiàn)將三種維修模式的特征列表對(duì)比 ： 表 1 三種維修模式的比較 糾 正 性 維 修 ( 故 障 發(fā) 生 )預(yù) 防 性 維 修 ( 定 時(shí) )預(yù) 防 性 維 修 ( 適 時(shí) )特點(diǎn)純 粹 的 被 動(dòng) 維 修 方 式 ， 易 造 成 生 產(chǎn) 過(guò) 程 中 斷備 件 庫(kù) 存 控 制 困 難 ， 對(duì) 備 品 備 件 的 儲(chǔ) 備 數(shù) 量 要 求 較 高維 修 簡(jiǎn) 單 ， 技 術(shù) 要 求 不 高 。 預(yù) 防 性 維 修 定 時(shí)特點(diǎn)維 修 計(jì) 劃 性 強(qiáng) ， 組 織 管 理 簡(jiǎn) 單備 件 庫(kù) 存 控 制 簡(jiǎn) 單 ， 占 用 資 金 少維 修 過(guò) 度 會(huì) 造 成 備 件 及 人 力 資 源 的 浪 費(fèi)特點(diǎn)按 實(shí) 際 狀 態(tài) 維 修 ， 節(jié) 約 了 維 修 費(fèi) 用 ， 提 高 了 設(shè) 備 利 用 率備 件 庫(kù) 存 可 測(cè) 算 可 控 制 ， 減 少 冗 余 庫(kù) 存技 術(shù) 要 求 高 ， 前 期 投 入 成 本 較 高 復(fù)雜裝備可維修備件供應(yīng)保障優(yōu)化研究 第 15 頁(yè) /共 38 頁(yè) 根據(jù)維修后裝備恢復(fù)到的運(yùn)行狀態(tài)維修將維修分為不完全維修、完全維修、最小維修、較差維修、最差維修。 （ 1）完全維修：把部件經(jīng)過(guò)維修以后恢復(fù)到全新的狀態(tài)的維修稱為完全維修。經(jīng)過(guò)完全維修后的部件故障率和可靠度都和新的一樣，即修復(fù)如新。 （ 2）最小維修：使系統(tǒng)的故障率恢復(fù)到它失效前一時(shí)刻的狀態(tài)的維修被稱為最小維修，及修復(fù)如舊。最早提出最小維修概念是 Balow 和 Proshan。經(jīng)過(guò)最小維修后，整個(gè)系統(tǒng)的故障率并沒(méi)有發(fā)生變化。 （ 3）不完全維修：經(jīng)過(guò)維修以后，使系統(tǒng)的狀態(tài)比故障那一 刻的狀態(tài)要年輕的 維 修稱之為不完全維修，經(jīng)過(guò)不完全維修以后的系統(tǒng)，其狀態(tài)處于完全如舊和完全如新之間的某個(gè)狀態(tài)，不會(huì)使系統(tǒng)的狀態(tài)變成全新。不完全維修包含了最小維修和完全維修這兩種極端狀態(tài)情況。 （ 4）較差維修：使系統(tǒng)的故障率和實(shí)際年齡都有所增加的維修被稱為較差維修，經(jīng)過(guò)較差維修的系統(tǒng)還不至于癱瘓，但經(jīng)過(guò)較差維修以后的系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，會(huì)比故障前一刻還要糟糕。 （ 5）最差維修：使系統(tǒng)癱瘓或者失效的維修活動(dòng)稱之為最差維修。最差維修的原因可能是在維修活動(dòng)中找錯(cuò)了維修部件、或者對(duì)故障部件進(jìn)行維修時(shí)損傷到其他部件等情況。 通過(guò)上面的分類(lèi)，可以說(shuō)修復(fù)性維修包含以上五類(lèi)，同樣預(yù)防性維修也包含以上的五類(lèi)。最小維修和完全維修這兩種模型是在嚴(yán)密的假設(shè)前提下進(jìn)行研究的，因此這兩種 維 修的狀態(tài)比較容易確定，但是這兩種維修和維修的實(shí)際情況還是有很大的出入，所以，近年來(lái)對(duì)不完全維修的研究越來(lái)越多，因?yàn)椴煌耆S修在維修實(shí)踐中更加符合維修的實(shí)際情況。 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的出現(xiàn)始于 1956 年，創(chuàng)始人為美國(guó)麻省理工學(xué)院的 福瑞斯特 Jay 教授。系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)于上世紀(jì) 50 年代后期發(fā)展為一門(mén)新興的領(lǐng)域，最早主要應(yīng)用于企業(yè)的管理，處 理類(lèi)似生產(chǎn)和雇員間波動(dòng)的問(wèn)題，股票市場(chǎng)與市場(chǎng)增長(zhǎng)的穩(wěn)定性問(wèn)題。隨著系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的發(fā)展，其應(yīng)用范圍也日益擴(kuò)大，從科研、設(shè)計(jì)工作的管理到軍事管理方面問(wèn)題的決策，從世界人口指數(shù)的增長(zhǎng) 到資源日趨消耗的危機(jī)。總之，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的應(yīng)用遍布各類(lèi)系統(tǒng)系統(tǒng)，深入到各個(gè)領(lǐng)域。 在 1960 年有一大批代表這一階段的理論著作與應(yīng)用成果涌現(xiàn)， Forrest 教授發(fā)表于 1961 年的《 Industrial Dynamics》已成為該學(xué)科的經(jīng)典著作，該著作闡明了系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的原理與典型應(yīng)用 ， Forrester 在該書(shū)中指出供應(yīng)鏈中普遍存在復(fù)雜裝備可維修備件供應(yīng)保障優(yōu)化研究 第 16 頁(yè) /共 38 頁(yè) 需求放大效應(yīng) ，也就是牛鞭效應(yīng)，這也是供應(yīng)鏈系統(tǒng)復(fù)雜性的簡(jiǎn)單體現(xiàn)，在本文研究的裝備備件供應(yīng)保障問(wèn)題中也存在備件供應(yīng)鏈活動(dòng)，這里的備件供應(yīng)鏈也是指以保證備件及時(shí)有效的供應(yīng)為目的，為裝備正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供支持的綜合性保障活動(dòng)，比如隨著需求信息從最末端的裝備現(xiàn)場(chǎng)向上游傳遞到原始的備件供應(yīng)商 []，供應(yīng)鏈中每級(jí)的成員向其供應(yīng)商訂貨的數(shù)量都要大于下游成員的訂貨要求。 供應(yīng)鏈需求信息的逐級(jí)放大并存在時(shí)間上的延遲，使得上游成員對(duì)需求預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確率降低，所以不得不設(shè)置較高的庫(kù)存水平來(lái)緩沖延遲時(shí)間內(nèi)消耗的影響，過(guò)多的庫(kù)存不僅給企業(yè)造成資金浪費(fèi)，還會(huì)帶 來(lái)存儲(chǔ)費(fèi)用，過(guò)低又會(huì)導(dǎo)致裝備停用，影響企業(yè)的正常的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)。 1968 年出版的《 Principles of Systems》側(cè)重介紹了系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。這一階段是系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)成長(zhǎng)的重要時(shí)期。最初的發(fā)展為系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的在 70 到 80 年代的壯大和成熟奠定了基礎(chǔ)。 70 年代初，來(lái)自 26 個(gè)國(guó)家的 75 名科學(xué)家組成的羅馬俱樂(lè)部對(duì)世界人口增長(zhǎng)和資源日益枯竭的問(wèn)題進(jìn)行研究， 經(jīng)該俱樂(lè)部的支持和研究， 福瑞斯特教授提出的世界模型 得到很大的發(fā)展。而后，福瑞斯特教授和 團(tuán)隊(duì)歷時(shí) 20 年，耗資 900 萬(wàn)美元，完成方程數(shù)量達(dá)到 40000 的國(guó)家動(dòng)力學(xué)模型 。 總之，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 50 年來(lái)經(jīng)歷了成長(zhǎng)、發(fā)展和逐漸成熟的各個(gè)時(shí)期。其理論與應(yīng)用研究遍及各類(lèi)系統(tǒng)，涉及其他系統(tǒng)學(xué)科與領(lǐng)域。在企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理方面的應(yīng)用自上世紀(jì) 60 年代開(kāi)始經(jīng)久不衰，上世紀(jì) 90 年代后以來(lái)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)與人工智能等新技術(shù)的結(jié)合，在進(jìn)行新型管理思想研究、建立新型企業(yè)組織中發(fā)揮了重要作用。過(guò)去 20 年來(lái)，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)在理論和應(yīng)用研究?jī)煞矫娑既〉昧孙w躍性的進(jìn)展，進(jìn)入了比較成熟的階段。 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究處理復(fù)雜系統(tǒng)問(wèn)題的方法是定性與定量結(jié)合，系統(tǒng)綜合推理的方法。按照系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的理論與方法建立的模型，借助計(jì)算機(jī)模擬 可以用于定性與定量地研究系統(tǒng)問(wèn)題。系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的模型模擬是一種結(jié)構(gòu) 到 功能的模擬。它最適用于研究復(fù)雜系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能與行為之間動(dòng)態(tài)的辯證對(duì)立統(tǒng)一關(guān)系。系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)認(rèn)為，系統(tǒng)的行為模式與特性主要地取決于其內(nèi)部的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)與反饋機(jī)制。由于非線性因素的作用，高階次復(fù)雜時(shí)變系統(tǒng)往往表現(xiàn)出反直觀的、千姿百態(tài)的動(dòng)力學(xué)特性，已引起人們的重視。系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)正是這樣一門(mén)可用于分析研究社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和生物等一類(lèi)復(fù)雜大系統(tǒng)問(wèn)題的學(xué)科。系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)可作為實(shí)際系統(tǒng)，特別是社會(huì)、經(jīng) 濟(jì)、生態(tài)復(fù)雜大系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室。系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的建模過(guò)程就是一個(gè)學(xué)習(xí)、 調(diào)查研究的過(guò)程，模型的主要功用在于向人們提供一個(gè)進(jìn)行學(xué)習(xí)和政策分析的工具，并使決策群體或整個(gè)組織逐步成為一種學(xué)習(xí)型和創(chuàng)造型的組織。 復(fù)雜裝備可維修備件供應(yīng)保障優(yōu)化研究 第 17 頁(yè) /共 38 頁(yè) 3 研究?jī)?nèi)容與 研究 方法 研究?jī)?nèi)容 主要研究?jī)?nèi)容共分為四部分，分別是 （ 1）備件供應(yīng)保障系統(tǒng) 需求預(yù)測(cè)與 動(dòng)力機(jī)制研究 （ 2） 基于裝備可靠性的備件 供應(yīng) 策略 優(yōu)化 研究 （ 3） 基于 裝備維修策略的 復(fù)雜 裝備備件供應(yīng)保障策略 研究 （ 4） 考慮多維修等級(jí)及多結(jié)構(gòu) 復(fù)雜裝備備件供應(yīng)保障策略研究 備件供應(yīng)保障系統(tǒng) 需求預(yù)測(cè)與 動(dòng)力機(jī)制研究 備件的需求與確定是進(jìn)行備件籌措、供應(yīng)、儲(chǔ)運(yùn)等各項(xiàng)管理工作 的基礎(chǔ)。備件是裝備維修的物質(zhì)基礎(chǔ)，其需求量的預(yù)測(cè)是備件供應(yīng)的核心問(wèn)題，該項(xiàng)工作是保障裝備可用度的重要保障，而備件需求具有數(shù)量變化劇烈、發(fā)生時(shí)間不規(guī)則的特點(diǎn)，給備件需求量的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)帶來(lái)了挑戰(zhàn)性的難題。影響備件需求的因素除去本身故障外，維修和錯(cuò)誤操作等因素也對(duì)備件需求其重要作用，這部分將在后面兩部分的內(nèi)容中做詳細(xì)研究。 （ 1）基于 混沌時(shí)間序列預(yù)測(cè)的可修復(fù)備件供需模型研究 以往的備件需求預(yù)測(cè)采用經(jīng)驗(yàn)和模型這兩大類(lèi)方式進(jìn)行，經(jīng)驗(yàn)法需要以往裝備的備件消耗情況和經(jīng)驗(yàn)，模型法需要備件的壽命分布建立模型進(jìn)行需求計(jì)算。裝備工 作環(huán)境的復(fù)雜程度會(huì)對(duì)裝備部件造成影響是不可以僅靠經(jīng)驗(yàn)預(yù)計(jì)的，需要根據(jù)裝備使用情況和具體工作環(huán)境建立結(jié)合經(jīng)驗(yàn)和模型的方法來(lái)做備件需求預(yù)測(cè)，提高需求預(yù)測(cè)模型的描述性和解析性。 鋼廠沉淀池鐵渣泵，沉淀池中包含固體顆粒的腐蝕性漿體對(duì)泵的葉輪有嚴(yán)重的磨損腐蝕作用，漿體中含有固體顆粒對(duì)葉輪有不斷的沖擊作用，造成該部件的實(shí)際使用壽命會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于預(yù)計(jì)的壽命周期，考慮裝備工作環(huán)境中的具體因素對(duì)部件的影響，混合漿體的流速、酸堿度、固體顆粒分布相等因素，這些因素對(duì)部件的磨損腐蝕具有混沌效應(yīng)的影響，提出采用混沌時(shí)間序列的方法對(duì)裝備的 部件的損耗程度和使用壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)，基于裝備少量的維修數(shù)據(jù)和工作環(huán)境的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)裝備部件狀態(tài)、使用壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)，為裝備維修、備件采購(gòu)決策提供理論支持。 備件需求中有很多不確定因素，具有不確定性及間斷性的特點(diǎn)，同時(shí)具有非線性、復(fù)雜性、內(nèi)在隨機(jī)性的混沌特點(diǎn)，需要綜合考慮各種相關(guān)備件需求影響因素，包括裝備故障因素、可修復(fù)部件的修復(fù)和報(bào)廢等因素，構(gòu)造一個(gè)備件復(fù)雜裝備可維修備件供應(yīng)保障優(yōu)化研究 第 18 頁(yè) /共 38 頁(yè) 需求預(yù)測(cè)模型，基于部分維修及合同數(shù)據(jù)，先預(yù)測(cè)單步需求量，再進(jìn)一步預(yù)測(cè)長(zhǎng)期的需求量，為企業(yè)提供有幫助 和 參考。 （ 2） 大型裝備備件庫(kù)存系統(tǒng)動(dòng)力機(jī)制研究 備件供應(yīng)保障 系統(tǒng)具有動(dòng)態(tài)性、復(fù)雜性以及反饋性的特點(diǎn)，采用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論研究需求牽引模式下的備件供應(yīng)保障活動(dòng)中的控制反饋關(guān)系，能從動(dòng)態(tài)性機(jī)理的角度分析備件在系統(tǒng)中流動(dòng)的客觀規(guī)律，為供應(yīng)決策的制定提供支持，現(xiàn)有研究?jī)H針對(duì)供應(yīng)保障外部數(shù)據(jù)做了分析和處理工作，而對(duì)其內(nèi)部的影響備件流動(dòng)的因素以及各因素變化對(duì)系統(tǒng)的影響較少考慮。備件需求及預(yù)測(cè)、庫(kù)存模型、訂貨策略等各個(gè)方面的研究不是孤立的，它們之間存在著復(fù)雜的動(dòng)態(tài)關(guān)系，因此有必要從大型裝備備件庫(kù)存系統(tǒng)的角度，探索影響備件庫(kù)存、備件供應(yīng)、備件總成本等的相互因素及其動(dòng)力機(jī)制。 備件庫(kù)存系統(tǒng)是一個(gè)離散的非線性的動(dòng)態(tài)復(fù)雜系統(tǒng)，系統(tǒng)的整體行為模式受系統(tǒng)中多個(gè)因素相互作用和影響，而系統(tǒng)中有些因素的變化情況又被其它因素反饋結(jié)果控制，從備件庫(kù)存系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)作情況中觀察和分析抽象出科學(xué)問(wèn)題和相關(guān)影響因素，進(jìn)行系統(tǒng)模擬，并結(jié)合模擬結(jié)果和實(shí)際運(yùn)作情況的反饋信息對(duì)庫(kù)存策略進(jìn)行調(diào)整，從而達(dá)到調(diào)節(jié)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的目的。 備件庫(kù)存水平的高低是受訂貨量的影響，而訂貨量則是受備件需求量變化影響，因此，可以看出備件庫(kù)存系統(tǒng)確實(shí)是屬于需求牽引模式下的?？尚迯?fù)備件在存儲(chǔ)、供應(yīng)、修復(fù)之間形成一個(gè)具有耗損的循環(huán)，各個(gè)環(huán)節(jié)之間 存在多回路的反饋關(guān)系，這些反饋關(guān)系將會(huì)影響備件在系統(tǒng)中的流動(dòng)。 基于 裝備系統(tǒng)可靠性的備件供應(yīng)優(yōu)化研究 由于復(fù)雜裝備維修備件的自身特點(diǎn) ，具有不確定性 的 備件需求和備件的特殊使用性，并且還隱藏著一些風(fēng)險(xiǎn)，