Application of Markov renewal theory and semi-Markov decision processes in maintenance modeling and optimization of multi-unit systems

In this paper, a condition-based maintenance model for a multi-unit production system is proposed and analyzed using Markov renewal theory. The units of the system are subject to gradual deterioration, and the gradual deterioration process of each unit is described by a three-state continuous time homogeneous Markov chain with two working states and a failure state. The production rate of the system is influenced by the deterioration process and the demand is constant. The states of the units are observable through regular inspections and the decision to perform maintenance depends on the number of units in each state. The objective is to obtain the steady-state characteristics and the formula for the long-run average cost for the controlled system. The optimal policy is obtained using a dynamic programming algorithm. The result is validated using a semi-Markov decision process formulation and the policy iteration algorithm. Moreover, an analytical expression is obtained for the calculation of the mean time to initiate maintenance using the first passage time theory.     

基于MC-CNN网络的磁性舰船目标运动参数估计

传统磁性目标运动估计效果依赖于目标的初始状态信息,为克服这一缺陷,建立了磁性运动目标三分量投影模型,并据此生成了磁性舰船运动目标在运动速度、航向、信噪比等参数变化情况下的10类目标的训练数据集、验证数据集以及测试数据集。进一步,设计了多通道卷积神经网络（MC-CNN）对目标的正横距离和运动速度进行了估计,并比较和分析了不同的学习方式和激活函数对网络性能的影响,结果表明Adam+tanh的组合方式的估计性能要优于其它的组合方式,而且对磁性目标运动参数的估计效果比较精确,此方法相较于卡尔曼滤波、粒子滤波等估计算法的优越性在于运算复杂度低以及参数估计不需要目标初始状态信息。     

船舶静态电场跟踪的渐进更新扩展卡尔曼滤波器

为了实现利用船舶静态电场对船舶进行跟踪的目的,针对传统卡尔曼滤波算法中存在的问题,设计一种新的非线性滤波器。建立船舶的状态空间模型,分析传统卡尔曼滤波算法在船舶跟踪中存在的问题;依据渐进贝叶斯思想,利用连续白噪声与离散白噪声序列噪声协方差之间的关系,设计一种新的渐进更新扩展卡尔曼滤波器。仿真结果表明,该滤波器能有效地抑制由于初始误差较大而造成的滤波性能下降和滤波发散,能够有效地跟踪船舶,具有较高的实用价值。     

基于AOPN的维修保障系统建模与分析方法

提出了一种可用于维修保障系统建模与分析的面向方面的Petri网模型(APON),给出了该模型形式化描述,该模型引入了方面、方面库所、方面变迁、消息颜色以及对象与方面间的消息传递函数等新的概念,体现了面向方面的思想,具有很好的模块性、继承性和可维护性,能够反映维修保障系统的动态柔性特点,最后给出了一个应用实例.     

军机航电系统实现两级维修的关键技术

简要叙述了航电系统的内涵、维修体制的工作流程及其从三级到两级的变化,着重探讨了航电系统实现两级维修的关键技术,主要包括系统和部件分级技术、智能BIT技术、FMEA技术、维修分析技术.随着航电技术的发展,模块化、综合化、标准化、智能BIT技术和ATE技术的进步,必将设计出满足两级维修体制的航电系统体系结构及其保障系统.     

潜艇内部平台对舱壁支持作用的对比试验

为了研究平台对舱壁的支撑作用,针对以内部平台取代水平桁作为一级支持构件的潜艇平面舱壁结构形式,设计制作了两个平台强度不一样的舱段模型.然后,分别对两个模型进行静水压力试验,测量了其应力和承载能力.模型试验结果表明,平台的使用使舱壁的承载能力明显提高,且平台越强对舱壁的支持作用越大.平台结构的改变主要影响舱壁上垂向加强材上的应力水平,舱壁的破坏是由于平台受压失稳后失去对舱壁的支持引起的.     

随舰备件需求分析中维修策略问题

分析了面向任务保障性工程理论指导下的舰船随舰备件配置问题,就最大、最小两种维修策略下随舰备件配置问题进行了研究,给出了面向任务的随舰备件需求分析仿真模型框架,结合算倒,研究了最大维修策略与最小维修策略的适用时机:在任务确定且任务结构函数明确条件下,应采用最小维修策略;否则采用最大维修策略.     

一种基于辅助交互的手抓握动作生成方法

针对沉浸式、非沉浸式和混合式虚拟维修系统中,维修动作交互过程繁琐、实现效果不佳的问题,提出一种高效的辅助交互方法,首先基于现有的维修动作规则和用户对维修任务的理解,建立了用户辅助信息接口和系统反馈辅助信息接口,前者由用户提供抓取目标、抓取手形和抓握点等辅助信息加速交互过程,系统通过后者反馈辅助信息帮助用户进一步决策,然后应用增广矩阵方法对经典逆向运动学算法进行扩展并生成具体的维修动作,最后应用该方法实现了装备车辆轮胎更换任务中维修动作的生成,维修动作交互过程的鲁棒性和效率得到显著提高。     

新型PVC生物填料的研制与应用研究

通过对传统的聚氯乙烯生物填料进行配方调整改性及新型结构设计,研制出一种新型生物填料。分析了填料的润湿性能、挂膜速度、比表面积及填料的抗冲击性能,考察了新型生物填料用于船舶生活污水处理的效果。研究表明,新型PVC生物填料比表面积大、润湿性能好、抗冲击性能好、挂膜速度快,研制的新型填料一体化船舶生活污水处理装置可以在船舶上推广应用。     

Nonperiodic preventive maintenance for repairable systems

As a complex system with multiple components usually deteriorates with age, preventive maintenance (PM) is often performed to keep the system functioning in a good state to prolong its effective age. In this study, a nonhomogeneous Poisson process with a power law failure intensity is used to describe the deterioration of a repairable system, and the optimal nonperiodic PM schedule can be determined to minimize the expected total cost per unit time. However, since the determination of such optimal PM policies may involve numerous uncertainties, which typically make the analyses difficult to perform because of the scarcity of data, a Bayesian decision model, which utilizes all available information effectively, is also proposed for determining the optimal PM strategies. A numerical example with a real failure data set is used to illustrate the effectiveness of the proposed approach. The results show that the optimal schedules derived by Bayesian approach are relatively more conservative than that for non‐Bayesian approach because of the uncertainty of the intensity function, and if the intensity function are updated using the collected data set, which indicates more severe deterioration than the prior belief, replacing the entire system instead of frequent PM activities before serious deterioration is suggested. © 2010 Wiley Periodicals, Inc. Naval Research Logistics, 2010