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        面向串并聯(lián)生產(chǎn)系統(tǒng)機會維護的產(chǎn)能平衡導(dǎo)向租賃利潤優(yōu)化策略

        2019-04-08 05:43:00孫博文郭聞雨夏唐斌潘爾順奚立峰
        上海交通大學學報 2019年3期
        關(guān)鍵詞:時點結(jié)余停機

        孫博文, 郭聞雨, 夏唐斌, 潘爾順, 奚立峰

        (上海交通大學 機械與動力工程學院, 上海 200240)

        自從20世紀80年代末航空發(fā)動機制造商首創(chuàng)發(fā)動機租賃業(yè)務(wù)以來,服務(wù)型制造日漸成為工業(yè)界的重要發(fā)展模式.越來越多的設(shè)備制造商采用“產(chǎn)品+服務(wù)”形式的方案,通過拓展維護外包服務(wù)來保證行業(yè)競爭優(yōu)勢.現(xiàn)代制造業(yè)普遍存在裝備技術(shù)復(fù)雜、制造設(shè)備昂貴、產(chǎn)品庫存冗余等問題,以租賃代替購買的方式能夠使下游的生產(chǎn)企業(yè)減輕巨額設(shè)備投資和運維管理費用的壓力.同時,上游的設(shè)備制造商也能夠消除產(chǎn)品庫存,并提供更專業(yè)的維護服務(wù).為了保證租賃生產(chǎn)系統(tǒng)的可靠性,并在確保其生產(chǎn)能力的同時實現(xiàn)較高的運維經(jīng)濟性,具有串并聯(lián)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的現(xiàn)代化生產(chǎn)系統(tǒng)亟需統(tǒng)籌產(chǎn)能平衡和租賃利潤,拓展傳統(tǒng)的維護決策理論和機會維護方法,以支撐設(shè)備制造商(出租方)動態(tài)地制定維護策略,更好地服務(wù)于生產(chǎn)企業(yè)(承租方).

        隨著現(xiàn)代制造業(yè)對制造設(shè)備可靠性要求的不斷提高,相關(guān)研究人員已經(jīng)提出了多種類型設(shè)備的維護決策模型.Yang等[1]研究了針對石油管道的退化故障和突然故障之間競爭失效的問題,根據(jù)預(yù)防維護的可靠性指標和狀態(tài)監(jiān)測次數(shù)制定替換策略,并聯(lián)合優(yōu)化替換區(qū)間、監(jiān)控周期和可靠性準則來實現(xiàn)預(yù)期成本率的最小化.郝虹斐等[2]針對復(fù)雜裝配預(yù)防性維護決策中設(shè)備壽命和成本估計不足的問題,基于虛擬壽命理論研究了維修效率與設(shè)備壽命之間的關(guān)系,提出一種預(yù)防性維護的多目標決策模型.Lu等[3]提出一種將基于運行的預(yù)防性維護集成到生產(chǎn)調(diào)度問題中的聯(lián)合模型,并針對穩(wěn)健系統(tǒng)的雙目標優(yōu)化問題提出一種基于最優(yōu)調(diào)度的遺傳算法.Tao等[4]利用模式識別和層次分析相結(jié)合的方法著重提取和評價環(huán)境因素對失效率評估的影響,并將其應(yīng)用到設(shè)備的失效率演化模型中,以制定最優(yōu)的維護策略.隨著服務(wù)型制造日趨成為研究熱點,已有學者針對服務(wù)外包的維護策略進行了研究.目前,研究內(nèi)容主要是對于單臺租賃設(shè)備的可靠性建模,研究重點主要有可靠性閾值、系統(tǒng)役齡損減和租賃費用評估.Schutz等[5]針對租賃設(shè)備制定了兩種維護策略:考慮顧客要求、基于役齡退化閾值建模的預(yù)知維護策略;維護周期之間以修復(fù)取代小修的維護策略.Hajej等[6]提出一種綜合考慮單機生產(chǎn)和維護的策略,通過對租賃期延長的評估實現(xiàn)雙方利益最大化.Iskandar 等[7]針對租賃設(shè)備的役齡增長和使用率演化問題,綜合考慮故障檢修、預(yù)知維護費用以及懲罰成本,最終實現(xiàn)了總維護成本的最小化.

        當今工業(yè)界大多采用多設(shè)備復(fù)雜生產(chǎn)系統(tǒng),由于需要進一步考慮設(shè)備間的關(guān)聯(lián)性及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響,相關(guān)研究人員對系統(tǒng)層維護決策進行了拓展性研究.Xia等[8]針對可重構(gòu)制造系統(tǒng),分析系統(tǒng)的動態(tài)重構(gòu)過程和設(shè)備健康演化趨勢,提出可重構(gòu)維護時間窗理論.張曉文等[9]面向多工序串并聯(lián)系統(tǒng),根據(jù)產(chǎn)線平衡原理采用Monte Carlo模擬方法確定合理的機會維護可靠性閾值.Khatab等[10]針對串并聯(lián)生產(chǎn)系統(tǒng),利用連續(xù)作業(yè)間的離散停機,采取針對性維護策略,以提高系統(tǒng)完成加工任務(wù)的準確性.張博文等[11]針對批量計劃問題模型,采用基于設(shè)備運行的預(yù)防性維護思想與成組維護策略,建立了以系統(tǒng)生產(chǎn)與維護總成本最小化為目標的并行機生產(chǎn)計劃與預(yù)防性維護聯(lián)合決策模型.為了有效地支撐當前的服務(wù)型制造模式,亟需進一步結(jié)合設(shè)備間的結(jié)構(gòu)依賴性來實現(xiàn)租賃利潤最大化,并在分析系統(tǒng)健康管理與維護決策制定兩者內(nèi)在關(guān)系的基礎(chǔ)上提出面向租賃系統(tǒng)的維護策略.基于租賃系統(tǒng)的行業(yè)熱點需求,Xia等[12]針對串聯(lián)結(jié)構(gòu)提出租賃利潤結(jié)余算法,根據(jù)維護作業(yè)提前的經(jīng)濟性動態(tài)評估制定成組維護方案,但該研究未涉及更復(fù)雜的串并聯(lián)結(jié)構(gòu)的產(chǎn)能平衡約束問題.

        本文針對串并聯(lián)租賃生產(chǎn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征和多工序平衡產(chǎn)線的產(chǎn)能特點,提出一種以產(chǎn)能平衡為導(dǎo)向的租賃利潤優(yōu)化(CB-LPO)維護策略.針對系統(tǒng)各個工序中不同類型的租賃設(shè)備,構(gòu)建多類型設(shè)備健康演化趨勢函數(shù),規(guī)劃貫序預(yù)知維護計劃.在工序?qū)雍拖到y(tǒng)層,以單設(shè)備預(yù)定的維護時點為組合維護契機,優(yōu)化機會維護方案;引入系統(tǒng)產(chǎn)能平衡要素,量化建模產(chǎn)能懲罰成本,改進租賃利潤結(jié)余算法,以實時生成機會維護方案,在保證產(chǎn)能平衡的同時實現(xiàn)租賃利潤最大化.

        圖1 串并聯(lián)生產(chǎn)系統(tǒng)示意圖Fig.1 System structure of a series-parallel leased system

        1 問題描述

        針對機會維護決策問題,將研究對象設(shè)定為多工序串并聯(lián)租賃生產(chǎn)系統(tǒng),其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示.該系統(tǒng)由J道工序串聯(lián)而成以實現(xiàn)不同的加工工序,工序j由Kj臺設(shè)備并聯(lián)而成以確保生產(chǎn)能力,Mjk為工序j中的第k臺設(shè)備(j=1,2,…,J;k=1,2,…,Kj).為了統(tǒng)籌產(chǎn)能平衡和租賃利潤,提出CB-LPO維護策略以支撐服務(wù)型制造模式.

        (1) 在設(shè)備層(面向各單臺設(shè)備),針對租賃系統(tǒng)中的多類型(不同工序)制造設(shè)備,構(gòu)建整合內(nèi)部維護和外部環(huán)境劣化因素的健康演化趨勢函數(shù),以單臺設(shè)備的成本率最小為決策目標,動態(tài)輸出各臺租賃設(shè)備的預(yù)知維護周期.

        (2) 在工序?qū)?面向并聯(lián)設(shè)備組),針對設(shè)備組中與觸發(fā)設(shè)備類型相同但可靠性參數(shù)不同的設(shè)備,建立數(shù)學模型量化其停機維護對產(chǎn)能的影響,利用并聯(lián)系統(tǒng)CB-LPO策略規(guī)劃組合維護策略,并輸出各工序為保證產(chǎn)能平衡所需的最大停機數(shù)量,以支撐系統(tǒng)層的維護優(yōu)化決策.

        (3) 在系統(tǒng)層(面向串聯(lián)工序組),針對層中其他與機會維護觸發(fā)設(shè)備串聯(lián)的非修設(shè)備,動態(tài)建模并計算串聯(lián)系統(tǒng)CB-LPO決策的租賃利潤結(jié)余,與工序?qū)虞敵鲆黄鹇?lián)合決策確保產(chǎn)能平衡下的各工序停機數(shù)量,從而優(yōu)化并實時輸出機會維護組合方案.

        2 產(chǎn)能平衡導(dǎo)向租賃利潤優(yōu)化策略

        2.1 設(shè)備層貫序維護計劃

        在串并聯(lián)租賃生產(chǎn)系統(tǒng)中,不同工序的各臺設(shè)備都有著不同且獨立的衰退特性.在整個租賃合同期內(nèi),設(shè)備的故障率都會受到內(nèi)部和外部因素的影響,且隨著役齡的增加而上升.同時,考慮到預(yù)知維護作業(yè)只能將設(shè)備恢復(fù)到較新的健康狀態(tài),本文引入基于兩種調(diào)整因子的修復(fù)非新模型.預(yù)知維護前后設(shè)備Mjk的失效率函數(shù)為

        (1)

        t∈(0,T(i+1)jk)

        從經(jīng)濟層面而言,在設(shè)備層建立維護成本率模型可以制定動態(tài)預(yù)知維護策略.Mjk在第i個維護周期中的維護成本率cijk可以表述為

        (2)

        式中:C為成本;P表示預(yù)知維護作業(yè);R表示小修作業(yè);分子表示當前維護周期內(nèi)的總維護成本;分母表示整個維護周期時間段.求解上式中的最優(yōu)周期Tijk,使得cijk最小化.采用動態(tài)循環(huán)的預(yù)知維護規(guī)劃,結(jié)合貫序周期間的衰退演化規(guī)則,動態(tài)輸出各租賃設(shè)備的最優(yōu)維護周期序列.

        2.2 租賃利潤定量化評估

        系統(tǒng)層維護決策優(yōu)化的構(gòu)建核心,是以單臺設(shè)備預(yù)知維護作業(yè)停機維護的時點為契機,動態(tài)分析是否需要提前其他相關(guān)設(shè)備(與觸發(fā)設(shè)備串聯(lián)或并聯(lián))的預(yù)知維護作業(yè),即若加入當前維護組合是否能產(chǎn)生租賃利潤結(jié)余,從而實現(xiàn)系統(tǒng)全局的維護成本降低和租賃利潤增加.租賃利潤結(jié)余的量化評估包括維護提前引起的租賃利潤收益和租賃利潤損失.

        2.2.1租賃利潤收益(LPA) 在串并聯(lián)租賃生產(chǎn)系統(tǒng)中,當單臺設(shè)備最先到達預(yù)知維護作業(yè)時點tijk時,以此作為系統(tǒng)層第u個周期的維護決策時點tu.其他設(shè)備的預(yù)知維護作業(yè)被提前加入該時點的維護組合GPu后可能會產(chǎn)生的LPA包括:

        (3)

        (4)

        (5)

        2.2.2租賃利潤損失(LPR) 負責外包運維的出租方對非修設(shè)備Mjk提前實施預(yù)知維護作業(yè),除了會產(chǎn)生LPA之外,也會產(chǎn)生一定的LPR,具體包括:

        (6)

        (7)

        (8)

        由于每道工序的各臺設(shè)備產(chǎn)能之和相等,每臺并聯(lián)非修設(shè)備在停機后加入維護組合時,對產(chǎn)能減少的影響與該工序設(shè)備總數(shù)成反比.

        2.2.3租賃利潤結(jié)余(LPS) 根據(jù)上述LPA和LPR的量化建模以及串并聯(lián)租賃系統(tǒng)的生產(chǎn)特點,動態(tài)分析當前時點每臺非修設(shè)備的LPS,并依此權(quán)衡是否將原定預(yù)知維護提前到tu.

        (1) 并聯(lián)關(guān)系租賃利潤結(jié)余.對與位于工序m1的第n1臺觸發(fā)設(shè)備Mm1n1(tu=ti m1n1=min{tijk})處于同一工序的設(shè)備Mjk(j=m1且k≠n1)而言,并聯(lián)關(guān)系租賃利潤結(jié)余可表示為

        LPS(p)jku=LPAjku-LPRjku=

        (9)

        如果LPS(p)jku>0,說明將Mjk(j=m1且k≠n1)的預(yù)知維護提前至tu可產(chǎn)生租賃利潤結(jié)余,則提前組合實施該設(shè)備的預(yù)知維護作業(yè).

        (2) 串聯(lián)關(guān)系租賃利潤結(jié)余.對與觸發(fā)設(shè)備Mm1n1處于不同工序的設(shè)備Mjk(j≠m1)而言,兩臺設(shè)備間存在串聯(lián)關(guān)系,則相應(yīng)的租賃利潤結(jié)余可表示為

        LPS(s)jku=LPAjku-LPRjku=

        (10)

        如果LPS(s)jku>0,說明將Mjk(j≠m1)的預(yù)知維護作業(yè)提前至tu可產(chǎn)生租賃利潤結(jié)余,但是否提前要進一步綜合考慮工序?qū)右?guī)劃的最大停機數(shù)量.

        2.3 工序?qū)悠款i產(chǎn)能計算

        整個租賃生產(chǎn)系統(tǒng)往往由多個工序(各自包含若干并聯(lián)的同類型設(shè)備)串聯(lián)構(gòu)成,確定最先到達設(shè)備層預(yù)知維護點的觸發(fā)設(shè)備Mm1n1,并將該時點作為系統(tǒng)的CB-LPO決策時點tu,tu=ti m1n1=min{tijk}.同時,由于停機導(dǎo)致所在工序的產(chǎn)能下降,所以該工序為當前的瓶頸.因此,執(zhí)行工序?qū)?并聯(lián)設(shè)備組)CB-LPO決策,對與該設(shè)備處于同一工序的設(shè)備Mjk(j=m1且k≠n1)進行判斷,將能夠產(chǎn)生并聯(lián)關(guān)系租賃利潤結(jié)余的非修設(shè)備與觸發(fā)設(shè)備Mm1n1進行組合預(yù)知維護,同時對規(guī)劃維護和剩余工作的設(shè)備進行計數(shù):

        (11)

        (12)

        βm1u=Km1-αm1u

        (13)

        式中:?Ω(m1k,tu)=1時,表示設(shè)備Mm1k需要進行預(yù)知維護;?Ω(m1k,tu)=0時,表示設(shè)備Mm1k不需要進行預(yù)知維護而是繼續(xù)運行;αm1u和βm1u分別表示在維護決策時點tu,工序m1進行預(yù)知維護和剩余繼續(xù)運行的設(shè)備臺數(shù).

        由于穩(wěn)定生產(chǎn)時每道工序的總生產(chǎn)能力Cp相同,所以工序m1的剩余生產(chǎn)能力可表達為

        (14)

        為了保證整個租賃生產(chǎn)系統(tǒng)的產(chǎn)能平衡,需分析上下游工序.為保證瓶頸工序m1的產(chǎn)能,其余工序所需的最小運行設(shè)備臺數(shù)βju和最大可停機臺數(shù)αju可表示為

        βju=CpremainuCp·Kj, αju=Kj-βju

        (15)

        j≠m1

        上下游工序的各臺設(shè)備利用串聯(lián)關(guān)系CB-LPO決策判斷,識別提前組合預(yù)知維護會產(chǎn)生LPS(s)>0的設(shè)備臺數(shù)γju:

        (16)

        (17)

        j≠m1

        若γju≤αju,將所有LPS(s)>0的設(shè)備與觸發(fā)設(shè)備Mm1n1成組進行維護,在剩余設(shè)備中選擇LPS(s)數(shù)值較小的(αju-γju)臺設(shè)備停機等待,并對其賦值Ω(jk,tu)=2,其他的βju臺設(shè)備繼續(xù)正常運行;否則,為保證瓶頸工序產(chǎn)能,對所有LPS(s)>0的設(shè)備的LPS從大到小排序,選出前αju臺設(shè)備與設(shè)備Mm1n1成組進行維護,剩余的βju臺設(shè)備繼續(xù)運行.

        2.4 系統(tǒng)層運維決策流程

        動態(tài)的系統(tǒng)層全過程周期性決策流程如下:系統(tǒng)層以單設(shè)備預(yù)定的維護時點為組合維護契機開展機會維護優(yōu)化;在工序?qū)永貌⒙?lián)系統(tǒng)CB-LPO策略規(guī)劃組合維護,并輸出各工序為保證產(chǎn)能平衡的最大停機數(shù)量;在系統(tǒng)層動態(tài)建模并計算串聯(lián)系統(tǒng)CB-LPO決策的租賃利潤結(jié)余,與工序?qū)虞敵龅拇_保產(chǎn)能平衡下各工序停機數(shù)量進行聯(lián)合決策,優(yōu)化并實時輸出機會維護組合方案,同時將結(jié)果及時反饋給設(shè)備層進行維護計劃更新.

        (2) 系統(tǒng)層預(yù)知維護決策時點的規(guī)劃.根據(jù)設(shè)備層維護成本率模型的實時輸出,生成所有工序各臺設(shè)備Mjk系統(tǒng)層規(guī)劃的預(yù)知維護時點:

        (18)

        j=1,2,…,J;k=1,2,…,Kj

        (3) 全系統(tǒng)組合維護決策時點的選擇.對于整個租賃生產(chǎn)系統(tǒng)而言,單臺設(shè)備的預(yù)知維護會為其他設(shè)備提供提前維護的機會.從第1個系統(tǒng)層維護周期(u=1)開始,根據(jù)當前的觸發(fā)設(shè)備Mm1n1確定系統(tǒng)層決策時點:

        tu=ti m1n1=min{tijk}

        (19)

        j=1,2,…,J;k=1,2,…,Kj

        (4) 工序內(nèi)并聯(lián)租賃利潤結(jié)余的計算.在當前維護決策時點tu,通過分析與觸發(fā)設(shè)備Mm1n1同一工序的其他非修設(shè)備,按照并聯(lián)關(guān)系租賃利潤結(jié)余,判斷LPS(p)>0的設(shè)備與設(shè)備Mm1n1成組進行維護,對其賦值Ω(jk,tu)=1,獲得該工序的維護作業(yè)設(shè)備臺數(shù)αm1u.

        (5) 工序?qū)悠款i產(chǎn)能停機臺數(shù)的確定.結(jié)合產(chǎn)線平衡和設(shè)備停機,將該工序作為系統(tǒng)的瓶頸.計算瓶頸工序的剩余生產(chǎn)能力,規(guī)劃上下游各工序為了保證系統(tǒng)產(chǎn)能所需的βju和αju.

        (6) 工序間串聯(lián)租賃利潤結(jié)余的計算.對其他工序中的各臺租賃設(shè)備,利用串聯(lián)關(guān)系租賃利潤結(jié)余算法,分析獲得預(yù)知維護提前產(chǎn)生LPS(s)>0的設(shè)備數(shù)γju.

        (7) 產(chǎn)能導(dǎo)向的維護組合方案的確定.比較上下游工序設(shè)備產(chǎn)生LPS(s)>0的臺數(shù)γju和保證瓶頸產(chǎn)能最大的停機臺數(shù)αju,根據(jù)租賃利潤結(jié)余最終確定系統(tǒng)的維護設(shè)備集合;確定停機等待的設(shè)備并對其賦值Ω(jk,tu)=2.

        (20)

        (9) 系統(tǒng)維護作業(yè)實施計劃的安排.安排所有?Ω(jk,tu)=1的租賃設(shè)備加入維護組合GPu,出租方一次性派遣團隊進行維護,維護時長為所有設(shè)備預(yù)知維護作業(yè)最大時長:

        (21)

        (10) 設(shè)備貫序預(yù)知維護時點的更新.對下一系統(tǒng)層維護周期,賦值u=u+1.根據(jù)設(shè)備層規(guī)劃和上一周期的系統(tǒng)層決策結(jié)果,更新每臺租賃設(shè)備Mjk(j=1,2,…,J;k=1,2,…,Kj)的系統(tǒng)層維護時點:

        tijk=

        (22)

        (11) 租賃合同期與決策結(jié)束的判斷.判斷新的系統(tǒng)層維護時點tijk是否超出租賃合同期TL.若是,結(jié)束串并聯(lián)租賃系統(tǒng)維護調(diào)度決策;若否,回到步驟(3),尋找下一個系統(tǒng)層維護機會,繼續(xù)貫序全系統(tǒng)維護時點決策.

        3 算例分析

        以服務(wù)外包的某發(fā)動機零件串并聯(lián)租賃生產(chǎn)系統(tǒng)為例,該租賃系統(tǒng)由3道工序串聯(lián)而成,各工序(j=1,2,3)分別由2臺車床、3臺鉆床、4臺銑床并聯(lián)而成,其生產(chǎn)系統(tǒng)示意圖如圖2所示.

        圖2 串并聯(lián)租賃生產(chǎn)系統(tǒng)示意圖Fig.2 System structure of leased series-parallel system

        每臺租賃設(shè)備Mjk具有獨立的健康衰退特征,其失效率函數(shù)均服從Weibull分布:

        λjk(t)=(mjk/ηjk)(t/ηjk)mjk-1

        其中:m和η為Weibull分布參數(shù).Mjk相應(yīng)的可靠性參數(shù)如表1所示.

        利用文中提出的CB-LPO策略,獲得的第8個系統(tǒng)維護周期的輸出方案如表3所示,通過動態(tài)計算實時的LPS得出組合維護決策的結(jié)果.根據(jù)設(shè)備層貫序預(yù)知維護規(guī)劃的輸出,M23是系統(tǒng)層維護策略的觸發(fā)設(shè)備,故將其規(guī)劃維護時點t233賦值給第8個系統(tǒng)層決策時點t8.然后在工序?qū)又蟹治龉ば?中其他設(shè)備的并聯(lián)關(guān)系租賃利潤結(jié)余,M21的利潤結(jié)余281美元為正,故加入當前維護組合.工序2剩余1臺M22繼續(xù)運行,為保證系統(tǒng)產(chǎn)能,工序1和工序3保持運轉(zhuǎn)的設(shè)備數(shù)為1臺和2臺.對這兩道工序的設(shè)備實時計算串聯(lián)關(guān)系租賃利潤結(jié)余:工序1中結(jié)余為正的M12加入維護組合;工序3中結(jié)余都為負,則選擇結(jié)余數(shù)值較大的兩臺(M32和M33)進行停機等待;剩下的兩臺繼續(xù)運行.

        表1 各臺租賃設(shè)備的可靠性參數(shù)Tab.1 Maintenance parameters of various leased machines

        表2 各臺租賃設(shè)備的租賃參數(shù)Tab.2 Lease parameters of individual leased machines

        表3 第8個系統(tǒng)層維護周期的CB-LPO決策Tab.3 CB-LPO optimization at the eighth system-layer cycle

        該周期內(nèi)所有設(shè)備的LPS明細如表4所示.例如,設(shè)備M21的提前維護可導(dǎo)致額外80美元的租金收入、800美元的人員派遣收入和619美元的小修維護成本結(jié)余;與此同時,也會產(chǎn)生 1 218 美元的租賃利潤損失,包括381美元的頻繁維護費用、117美元的設(shè)備額外折舊費用和720美元的產(chǎn)能懲罰損失.權(quán)衡利弊,M21在第8個系統(tǒng)層維護周期的提前維護可以產(chǎn)生281美元的租賃利潤結(jié)余.對其他工序的設(shè)備進行利潤結(jié)余計算時無需考慮產(chǎn)能懲罰成本.

        系統(tǒng)整個租賃合同期內(nèi),上述CB-LPO策略可以利用每個機會維護時點,對各臺租賃設(shè)備實施利潤結(jié)余分析,并實時輸出優(yōu)化的預(yù)知維護組合方案,最終決策預(yù)知維護活動是否需要被提前.系統(tǒng)層的決策會反饋回設(shè)備層來更新設(shè)備的貫序預(yù)知維護周期.每個系統(tǒng)維護周期的利潤結(jié)余和維護組合如表5和6所示.其中,PM為系統(tǒng)層CB-LPO決策的觸發(fā)設(shè)備.

        表4 第8個系統(tǒng)層維護周期的具體利潤結(jié)余計算($)Tab.4 Saving calculations at the eighth system-layer cycle ($)

        表5 整個租賃合同期內(nèi)系統(tǒng)層利潤結(jié)余計算結(jié)果Tab.5 Saving results of sequential system-optimization cycles

        表6 整個租賃系統(tǒng)維護組合輸出Tab.6 Maintenance outputs of predictive maintenance groups of system-layer cycles

        圖3 不同維護策略的TLPS值Fig.3 Total leasing profit saving comparison of different policies

        采用相同的租賃參數(shù)和設(shè)備可靠性參數(shù),與兩種傳統(tǒng)的常用維護策略進行成本比較,其結(jié)果如圖3所示.CB-LPO策略在租賃合同期內(nèi)產(chǎn)生的總租賃利潤結(jié)余(TLPS)為 31 404 美元.兩種傳統(tǒng)維護策略的TLPS分別如下.

        (1) 獨立按期預(yù)知維護策略(IPM).各臺租賃設(shè)備按照設(shè)備層(維護成本率模型)維護規(guī)劃輸出的各自預(yù)知維護周期獨立進行維護,每次系統(tǒng)層預(yù)知維護時點只對本臺設(shè)備進行維護作業(yè),不考慮設(shè)備間的結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟依賴性,未從系統(tǒng)層視角對各預(yù)知維護作業(yè)進行優(yōu)化調(diào)度.將此策略下租賃合同期內(nèi)的利潤作為基準線,設(shè)定其TLPS=0美元.

        (2) 統(tǒng)一提前成組維護策略(AGM).系統(tǒng)中一旦出現(xiàn)某臺設(shè)備維護停機,則統(tǒng)一調(diào)度其余非修設(shè)備的預(yù)知維護作業(yè)全部提前到此時點,并根據(jù)計劃更新各設(shè)備維護周期.該策略雖然利用了單臺設(shè)備停機的維護機會,但沒有充分考慮設(shè)備間的經(jīng)濟依賴性,未能結(jié)合產(chǎn)能需求有針對性地進行系統(tǒng)層維護優(yōu)化,不可避免地會產(chǎn)生過度維護的現(xiàn)象.相較于IPM策略,該策略在整個租賃合同期內(nèi)的TLPS=10 683 美元.

        上述成本對比分析表明,CB-LPO策略在服務(wù)外包決策中同時考慮了各臺設(shè)備的可靠性演化特征、租賃參數(shù)及生產(chǎn)系統(tǒng)中設(shè)備間串并聯(lián)結(jié)構(gòu)的相關(guān)性,充分利用了單臺設(shè)備停機的維護機會,在確保系統(tǒng)產(chǎn)能平衡的前提下,避免了成組維護可能存在的過度維護現(xiàn)象.該策略還兼顧了設(shè)備間的串并聯(lián)結(jié)構(gòu)和租賃利潤的依賴性,在保證生產(chǎn)的前提下具有明顯的經(jīng)濟優(yōu)勢.

        4 結(jié)語

        面向租賃生產(chǎn)系統(tǒng)的串并聯(lián)復(fù)雜結(jié)構(gòu)和多工序產(chǎn)能需求,以串并聯(lián)系統(tǒng)設(shè)備間的物理依賴性為研究重點,在維護策略中將產(chǎn)能平衡和利潤結(jié)余相結(jié)合,考慮了生產(chǎn)運作和預(yù)知維護間的相互關(guān)聯(lián)性.在傳統(tǒng)機會維護策略的基礎(chǔ)上,在系統(tǒng)層和設(shè)備層之間引入了工序?qū)記Q策.在考慮單臺設(shè)備的貫序預(yù)知維護策略和多設(shè)備動態(tài)租賃利潤最大化的同時,進一步考慮了產(chǎn)能平衡對系統(tǒng)生產(chǎn)關(guān)聯(lián)性及經(jīng)濟性的影響,從而形成了面向串并聯(lián)租賃生產(chǎn)系統(tǒng)的機會維護策略.算例分析結(jié)果表明,CB-LPO機會維護策略能夠有效地提高租賃生產(chǎn)系統(tǒng)的利潤結(jié)余.在一些生產(chǎn)過程中,貫序工序之間可能存在緩沖區(qū),會對維護調(diào)度方案有一定的影響,考慮緩存的串并聯(lián)租賃系統(tǒng)維護策略將在未來作進一步研究.

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