Page 26 - 机械制造及其自动化

机械制造及其自动化
Mechanical Manufacturing and Its Automation

修从而减少系统寿命周期的总费用（包括运行和维修费用），在工业领域获得了

广泛的应用。预防性维修的措施包括对系统的修理、更换、维护等，最终目标是
避免或者减少系统运行过程中故障的发生。
预防性维修一般可以分为两类：定期维修和顺序维修。从控制制造过程工艺
故障的角度来讲，定期维修就是通过分析收集的数据来确定对制造过程进行预防

性维修的时间间隔，一般来讲两次预防性维修之间的时间间隔是固定的。如果制
造过程在两次定期维修的时间间隔中间发生了工艺故障，一般只进行最小维修，
即修复工艺故障使制造过程能够继续工作但是保持维修前后的故障率不变。这种

预防性维修通过建立固定的最优预防维修时间间隔来检查、维修或者更换设备或
者部件，从而实现总费用最低的目标；顺序维修则是根据制造过程的运行状态来
确定不同的维修间隔。通常这种预防性维修通过对制造过程状态的监测分析来预
计工艺故障的发生时间从而提前采取维修措施，是一种基于状态的方法。这两种

预防性维修方法中，定期维修安排方便、易于实施，但是计划不够灵活难以适应
制造过程实际状态的变换；顺序维修则相对比较实用，尤其在需要考虑制造过程
运行过程中的老化问题造成维修频数增加的特点时更加灵活适用。

1.比例故障模型
在系统的实际运行中，故障发生不仅仅是由老化和运行时间来决定，而且依
赖于一些运行环境因素（如温度、湿度、压力等），将这些环境因素称之为协
变量。Cox为了定量描述这些协变量对系统故障率的影响，提出了比例故障模型

（Proportional Hazards Model，PHM，中国也有译为“比例危害模型”或“比例
危险模型”）。在比例故障模型中，定义系统的故障率为两个独立函数的乘积形

式，其中一个函数只与时间相关，另一个函数则是只与协变量相关。当协变量对
故障模式没有影响时，则故障率可以用一个只与时间相关的基本故障率函数来表
示。用公式来表示系统故障率为：
h（t；z）=h 0 （t）Ψ（z；β） （1-1）

式中，h 0 （t）是基本故障率函数；Ψ（z；β）是协变量函数；z是协变量组
成的行向量；β是对应协变量的参数向量，定义了协变量对故障率的影响。
人们对比例故障模型及其在视情维修（Condition Based Maintenance，

CBM）中的应用研究已经有很多可供借鉴的成果。例如，对基本故障率函数h 0
（t）的选择以及对参数向量β和h 0 （t）中参数的估计。Ghasemi等在假设系统

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