汽车制动手柄预防维修周期优化模型研究

罗亚萍

（长安大学汽车学院，陕西 西安 710064）

引言

目前，在检修工作中，主要通过定期保养项目对车辆部分零部件进行维护，未针对具体零部件分析优化其维修策略。而对维修策略[1]的优化主要从维修方式的合理选择和预防维修周期的合理确定两方面展开，本文主要展开最佳维修周期的讨论。在维修工作中，维修周期的确定至关重要，周期过短可能造成维修过剩，维护费用增加，而维修周期过长，则不能保证车辆技术性能，导致维修不足，影响行车安全，增加停机损失。因此，维修周期的合理长短，不仅可以确保安全性，还可以有效减小个人或维修企业的损失。

通常在确定车辆的预防性维修周期时，根据不同的维修要求，维修周期决策目标不同[2]。本文以综合考虑可靠度、有效度、维修成本，运用模糊综合决策确定最佳预防维修周期。

1 预防维修周期常用模型

常用的单因素预防维修周期的模型有基于可靠性的维修周期模型、基于最大有效度的维修周期模型和基于最小维修成本的维修周期模型[3]。

1.1 基于可靠性的维修周期模型

基于可靠性的预防维修周期模型，就是对可靠度已经降到规定界限水平的损耗性部件，在发生失效以前，提前维修或更换零部件，预防故障的发生，从而通过该可靠性水平的界限值来确定维修周期。根据文献4可知：

式中R(t+Δt│t)为任务可靠度，R(t)为可靠度，λ(t)为故障率。因此，根据给定的可靠度，按式（1）就可以确定维修周期T1。

1.2 基于最大有效度原则确定维修周期

根据文献5可知，有效度为：

其中称为维修系数。

而使有效度A最大，相当于使α最小[6]。则令，化解得预防维修周期T2。

1.3 基于维修费用最小原则确定维修周期

依据周期更换模型[7]，零部件在一个预防维修周期T内的总维修费用[8]为：

式中Cf为事后更换部件所需的费用，Cp为预防维修中更换未失效部件的费用。

对上式求导可得满足费用最小原则的最佳预防维修周期T3。

2 最佳预防维修周期的模糊决策法

对预防维修周期的确定，应综合考虑可靠性、有效性和经济性，本文运用模糊决策方法[9]进行多因素综合分析，确定最佳预防维修周期。具体步骤如下：

第一步：以可靠度、有效度和经济性为确定维修周期的三个主要影响因素，取论域：，进而确定指标集，使得：

第四步：计算最佳预防维修周期

3 案例分析

以某轻型车制动手柄为例运用多因素模糊综合决策法确定最佳预防维修周期，具体过程如下：

（1）优化模型相关参数计算

在进行维修周期的求解之前，首先需要确定Tp、Tf、Cp、Cf等相关参数值，计算制动手柄维修周期的相关参数，结果见表1。

表1 制动手柄维修周期优化模型相关参数值

（2）基于任务可靠度的维修周期

假定给定任务可靠性分别为 0.9、0.99、0.999、0.9999时，运用MATLAB求解零部件满足可靠度的维修周期，制动手柄的使用可靠性威布尔分布的参数值以及维修周期 T1的计算结果如下表2所示。

表2 制动手柄基于可靠性的维修周期T1

由表2可知，在实际维修工作中，应该选择合理的任务可靠度，如果假定的可靠度过高，根据可靠性确定出的维修周期多短，导致维修次数增加，维修费用提高，导致维修过剩。本文以可靠度为 0.9作为可靠性水平的界限值，来确定最佳预防维修周期。

（3）基于有效度最大和维修费用最小确定维修周期T2、T3

运用MATLAB对2.2和2.3节的基于最大有效度原则和维修费用最小的维修周期模型进行编程，进而求解出制动手柄的维修周期T2、T3，结果见表3。

表3 制动手柄的维修周期T1、T2、T3

通过表3可知，根据不同原则确定的维修周期值差别很大，需要对影响维修周期的各种因素进行综合判断，确定出最佳的预防维修周期，本文采用多因素的模糊综合决策法确定制动手柄的最佳预防维修周期。

（4）最佳预防维修周期的确定

用分别表示可靠度因素、有效度因素和经济性因素，维修周期决策的因素集为，然后确定U中元素的模糊集。选择 10个评议者对三个影响主要指标进行打分，由于满足可靠性是确定维修周期的基本条件，此处共同协定u1可靠性因素给予10分，评议结果见下表4：

表4 可靠度因素、有效度因素和经济性因素的评议结果表

4 总结

（1）在实际维修工作中，制动手柄应选择合理的任务可靠度，如果假定的任务可靠度过高，根据可靠性确定出的维修周期多短，导致维修次数增加，维修费用提高，出现维修过剩现象。

（2）从不同角度，根据不同原则确定的维修周期值差别很大。

（3）对影响维修周期的各种因素进行综合分析，运用模糊综合决策法确定出最佳的预防维修周期较为合理。

参考文献

[1] 梁广涛.设备故障规律建模与基于故障率的最佳更新期研究[D].中南大学.2001.

[2] 陈玉科.更新型预防维修周期的模糊决策[J].运筹与管理.1999.08(03).

[3] 赵泽平,姚建伟,张可新.基于可靠性理论制定动车组子系统最佳预防维修周期的方法研究[J].中国铁道出版社.2002.铁道机车车辆.2014.34(04).

[4] Heo JH,Kim M K,Park G P,et al. A reliability-centered approach to an optimal maintenance strategy in transmission systems using a genetic algorithm[J].IEEE Transactions on Power Delivery,2011, 26(4): 2171-2179.

[5] 杜清玲,李美芳,刘家科.机械设备预防维修周期的确定[J]机床与液压.2000.06.

[6] 徐延学,张公学,孙臣良.基于RCM的导弹装备最佳预防性维修周期决策[J].兵工自动化.2012.31(03).

[7] 刘志龙,王红,杜维鑫.基于效费比的地铁车辆设备预防性维护决策优化[J].铁道科学与工程学报.2016.13(01).

[8] 李志栋,张涛.非完美特性下的多状态系统检测与维修优化[J].北京航空航天大学学报.2016.03.

[9] 崔杨杨.基于模糊决策法的洗衣店火灾危险性研究[J].火灾科学.2016.03.