优化船舶维护通过风险安排分析和生命周期成本分析
摘要
船舶维修调度管理与风险评估和生命周期成本（LCC）评估方法集成在这项研究中开发的。它改善了现有的做法，安排一个最佳的维修计划，通过建模操作和经济风险。本文研究了维修调度算法，明确地考虑了与操作调度、航线、船舶位置、资源可用性、系统可靠性可用性（RAM）等操作问题相关的风险。组件RAM建模及其失效后果风险评估。模拟了维修费用、重置成本、收益率和惩罚成本的时间价值。当系统达到最低限度的低可靠性水平，一个或多个组件应保持或更换。由于维护任务可能会中断操作，以尽量减少维护所有其他组件的同时可能发生的事件的时间将一起评估资源的可用性。通过研究这些可能性，约束风险，并根据LCC计算结果，一个最佳的维修调度，然后可以很好地建立。
关键词：船舶维修，检修计划，优化，全寿命周期费用，LCC
简介
可靠性工程，最大限度地减少风险和维护成本最小化的各种研究报告。由于Walter Shewhart——统计质量控制的始祖，在贝尔实验室的工作-引入应用统计和概率控制质量，可靠性工程开始成为众所周知的。许多事件进行了许多技术的想法和创新已经开发并带来了可靠性工程的崛起[ 1 ]。然而，到目前为止，可靠性工程仍然是一个挑战和一个有趣的课题发展。与可靠性工程有关的一个非常有趣的子课题是风险分析和维护管理。
为了使系统在设计的状态下运行，系统的组成部分应保持良好的维护。理想的维护任务不应该真正中断操作。由于维修任务的复杂性和可用的时间有限，船舶维修往往缺乏足够的评估。维护船舶在一定的周期时间，不考虑每个组件的真实情况和相关的可能的风险是常见的。为了尽量减少风险和维护成本，维护调度的研究需要提供一个更彻底和一致的方法来维护和维修决策。维修工程的研究已经进行了超过30年前，在1996，发现了超过40个数学模型的不完善维护[ 2 ]。
在实现一定水平的可靠性和可用性时，系统永远不会脱离经济问题。保持系统的高可靠性和可用性可能并不总是富有成果的。以及系统维护，过度或不维护可能并不总是有利可图的。因此，在维修管理中，维修部门、生产部门和财务部门有时会试图保持自己的方式来改善自己的部门，这就成为维护管理的一个自然问题。维修部一直是不幸的位置.当维修部门要求维修时，当然另外两个部门会尝试说“不”，因为维修会中断生产过程，增加整体成本，降低收入。因此，这两个部分宁愿少维护，尽可能少。令人遗憾的是，当系统出现故障时，维修部门会出现故障，因为任何故障都会导致生产过程中断，导致收入减少。对减少故障事件的一些思想进行了研究，其中之一是增加冗余组件或设备。一个伟大的工作已经完成，提出了一个最佳水平的可靠性和经济价值的冗余不可修复系统的净现值标准[ 3 ]。
海军舰船维修相关的其他研究的基础因素决定的：运行小时的船，操作要求，部分可用性、运行缺陷，和船坞可用性[ 4 ]。在这项工作中，可用性水平是最重要的考虑比任何其他因素，包括经济因素。因此，这种技术是绝对不适合商业船舶。
本研究的主要目的是建立一个方法，通过分析可能的风险，维护成本和其他费用超过定义的学习时间（TS），安排最佳的维护时间表。在这项研究中，决策标准利用LCC。根据系统可靠性和LCC预测这些活动的适当时间，提出了分配维修计划的几个步骤。这些步骤包括确定组件的功能，生成的时间预测和可能的组件组合，分析的替代品和相关的不确定性，并最终选择最佳的替代品使用标准LCC。
风险评估
风险评估是一个信息收集和汇编过程，以了解一个工厂的风险[ 5 ]。美国航运局（ABS）在[ 5 ]给出以下过程，以确定风险水平，其中包括四个基本步骤：
一）危险辨识
二）频率评估
三、后果评估
四）风险评估
良好的评估有助于确定一些行动，以尽量减少中断的工厂和计划。风险评估也有助于决定是否控制风险的策略是否符合成本效益或不。系统的风险频率进行了研究系统的可靠性或不可靠的基础上。
简而言之，风险是两个主要部分的产物：频率和后果[ 5 ]。频率与故障发生的次数有关，它指系统故障的概率（系统不可靠）。后果显示如果发生故障会发生什么。任何故障的影响，可以考虑作为风险后果，如损坏设备，火灾，爆炸，环境影响，人的伤害，人的损失，
业务亏损，等简化和枚举，任何后果就金钱而言，转换。
系统失效概率times;系统失效后果
风险评估包括识别潜在故障，预测故障发生的频率，并计算发生的后果。风险评估是为了告知操作风险水平和普遍遵循的风险缓解如植物改性，改进设计，改进操作、维护管理等方面的改进，一个想法减轻系统风险是通过维护系统的组成部分，仔细。因此，由于系统可能由数千个甚至更多的组件需要维护，维护任务应根据实际操作条件，以达到足够的安全水平和经济价值。维修计划一旦发生故障，可能会导致非常不方便的业务条件和操作，并可以非常昂贵的覆盖。
生命周期成本（LCC）分析
工程分析与经济分析相结合，通常称为工程经济分析。LCC是许多工程经济分析工具在许多领域的应用之一[ 6 ]。LCC分析是工程经济分析的工具，使我们能够量化给定活动的另类投资选择鉴别成本和总成本（通过分析找到初始成本，年金或常规成本和贴现未来成本）拥有和经营包括维持一段时间的资产。研究涉及航空维修管理是由Carretero et. al。[ 7 ]。下一节将介绍LCC在维修调度中的应用。
维护调度算法
一艘船就像一个孤立的岛屿，有些人生活在一起，为了保持自己的生活和实现目的，一艘船应该靠自己的能量，水，食物等方式生存下去。因此，所有的部件都应该是正确的 履行职能的条件，这意味着他们需要适当的维护。 有许多因素刺激了维修船舶的困难，如运行时间表，部件/设备数量，分类规定，各种可能的风险等。在本研究中，我们将风险分析结果作为维护管理约束。 此外，需要经济分析--LCC作为最终决策标准。
- 数据收集和建模
分配维护计划的第一步是定义组件功能。 它们是可靠性（R）功能，维护成本（CM）功能，维护时间（TTM）功能和维护（RFM）功能后的可靠性。 这些功能随着时间的推移而改变。 船舶收益率（$ /单位时间）也被定义。 需要学习时间来限制模拟时间。 接下来的段落将显示所提出的方法如何工作。
每个组件都有自己的可靠性功能，表明组件在某些时间操作和定义条件下在系统中执行其功能的概率。 机械部件的可靠性降低是由老化，老化，磨损，疲劳等引起的。为了提高可靠性，应保持或更换部件。 这取决于组件的好坏。 维护或更换的决定是以安全理由的经济价值为依据的。
自1976年以来，在许多技术中也已经确定了维护后估计可靠性和可用性的研究[2]。 在维护不完善方面也采取了治疗方法。 因此，可以估计维护过程后部件的可靠性。 在许多研究中使用的最简单的方法之一是假设组件是完美的维护; 这意味着维护后的组件可以被认为是新的组件。 其他方法假设维护后的组件不能是年龄的新组成部分，而不是年轻人[2,8]。 实际上，维护后部件的运行时间缩短到与维护质量有关的时间。 更好的维护将使时间更接近0（到组件的时间是新的或零操作时间）。 在仿真中，该值由随机数生成，分布是TTM最佳拟合数据。
维护成本功能长期以来也得到了研究。 老化部件（从操作时间确定）越多，主要是维护所需的成本越高，机械部件的更换成本通常在完成时往往相同。 如果有偏差，那只是由货币的时间价值造成的。
图1.显示了组件的一些典型功能：（A）可靠性功能; （二）保持功能和时间更换功能的时间; （C）维护/更换功能后的可靠性; 和（D）维护成本函数和重置成本函数。 每个组件都有自己的功能。
图1.一些典型的组件功能。
用t表示相关分量的运行周期，对于每个分量，这可以表示为，如果分量i的顶点，top-i = t那么
Ci (t) = f {Ri (t),MTi (t),TTMi (t),CMi (t),TTRi (t),CRi (t),RFMi (t)} hellip;.(1)
Ci（t）=分量i函数
Ri（t）=组件i的可靠性函数
MTi（t）=类型维护组件i
TTMi（t）=维护组件i所需的时间
CMi（t）=组件i的维护成本
TTRi（t）=更换组件i所需的时间
CRi（t）=组件i的替换成本
RFMi（t）=保持功能后的可靠性
组件i
top =组件i的运行周期
b.故障和可靠性建模
让我们定义T是组件故障的随机时间，然后分配故障或被认为是不可靠函数，
F(t) = Pr(T lt; t) (2)
可靠性函数R（t）表示组件在一定时间间隔（0，t）内不失败的概率，可以表示为[9]
R(t) = 1minus; F(t) (3)
通过给定的分量数据，可以计算系统的可靠性。 当建立系统可靠性功能时，可以开始安排维护计划。
图2.组件可靠性功能组成的系统可靠性函数
系统配置可以是串联，并联，串并联，并联系列，n，冗余或甚至复杂配置中的k个。 以下是系统配置可靠性建模的简要讨论：串联和并行配置。
系列配置
该系列配置是最简单的配置，最常用于实践。 串联配置和并联配置的框图如图3所示。
图3.串联配置（a）和并行配置（b）
在此配置中，所有组件都必须运行，以确保系统运行。 如果其中一个组件发生故障，系统将失败。 如果Pr（Ei）是事件Ei的概率，组件i在一段时间内成功运行，则串联配置的可靠性功能由以下给出：
Rs = Pr（所有组件成功运行）
Rs = Pr（E1cap;E2cap;... En-1cap;En）
因此，假设每个组件独立运行，系统配置的系统可靠性可以表示为：
n
Rs = prod;Ri (4)
i=1
其中Ri是组件i的可靠性。
并行配置
并行配置，如果所有组件都失败，系统将失败。 换句话说，如果任何组件执行其功能，系统将成功运行。 因此，并行配置成功的概率是可以被写为的所有并行分量的并联概率，
Rp = Pr（任何组件成功运行）
Rp = Pr（E1cup;E2cup;... En-1cup;En）
Rp = 1 minus; Pr(E1 cap; E2 cap; ...Enminus;1 cap; En )
Rp= 1 minus; prod;Pr(Ei ) (5)
c.限制可靠性水平
为了限制和加快模拟，需要定义系统可靠性范围。 这意味着在执行组件的范围维护方面更好。 当基于系统的可靠性来选择维护时间时，下一步是决定应该维护哪些组件。 因此，此过程之前是定义可维护范围以维护（RRTM）组件。 如果我们假定系统的可靠性小于Rup（可靠性上限），并且为了安全起见，系统的可靠性不能低于Rlow（可靠性级别的下限），系统应该进行维护。 换句话说，维护应该在Rup和Rlow之间进行。
图4. t执行维护的范围
应当注意的是，操作计划也被定义为给予时间限制，在船舶无法停止运行时不能进行维护。 如果没有选择，我们即将决定在船舶运行时维持，则必须考虑延迟货物和船舶收入损失的罚款后果。 在模拟中，检查所有可能的时间。 模拟试图在进行维护，赚取收入和获得罚金之间进行权衡。 此外，模拟中也可以考虑分类检验和调查时间表。
d.可能组合维护或替换组件
当达到上限并且时间正在运行直到达到上限点以下时，下一个问题是应保持哪些组件。 为了避免不可预测的组件维护，我们决定模拟所有可能的组件组合。 例如，具有2个组件的系统将具有可能的事件：
1.C1只保留
2.C2只保留
3.保持C1和C2
4.C1只替换
5.C2只换了
6.更换C1和C2
7.维护C1，更换C2
8.C1替换和C2维护
9.没有组件保持或更换
因此，对于具有n个组件的系统将具有维护或/或被替换的任何可能的事件或者不做任何可表示的事件.
具有所有组件组合，然后我们尝试在特定时间段执行所有组合（我们之前讨论过).
图5.所有可能组合的模拟试验
e.停机时间计算
TTM功能是一种配方的工作测量。 对于单个维护工作而言，很容易计算，但船上的资源有限和其他约束，例如运行计划，我们需要将组件i（MTi）的维护类型定义为：
无中断船的浮动作业以MTi（t）= 1运行
浮动工作中断船以MTi（t）= 2运行
对接工作为MT i（t）= 3
维护工作的分类与在试用时间和维护成本计算中计算总TTM成分相关非常重要。 由于总TTM和简化问题，假设在维护使用最大资源的条件下采用TTM的数据。 因此，例如，如果我们决定维持MTi = 1或MTi = 2的两个或更多个组件，则总TTM不依赖于可用的工作人员的数量。 维护的总时间是每个组件的TTM的总和。 但对于其他类型的维护，MTi = 3，总停机时间计算为停靠时间，通常对许多组件进行维护并使用灵活的工作人员。
f.计算风险
如果发生故障事件，可以采用风险评
剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
英语原文共 8 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
资料编号：[137015]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
