基于均值控制图的设备预防维修预警决策模型研究开题报告

1. 研究目的与意义

由于近年来关于制造类企业的材料成本和人工成本不断上涨，很多企业正在面临着收益下降或者亏损，一部分中小型制造企业已经濒临破产。另外由于智能制造的发展，设备的结构也越来越复杂，故障率也随之提高，因此在考虑制造速度和制造质量的同时，必须考虑其可靠性和维修性。然而设备在维护过程中产生的维修费用一直居高不下，占整个维护总费用比重比较高，同时由于设备无休止的运转，设备停机现象时有发生，可用度无法保证，给工厂带来了极大的经济损失。因此，保障设备能够安全稳定的运行，并在此基础上降低设备的维护费用是一个重点研究方向，把均值控制图和设备预防维修预警决策模型结合起来，会更精确的对设备进行控制从而做出维修决策。所以对设备预防维修预警决策模型研究，无论是从安全角度或者经济效益角度都有极大的意义。

另外，对于该课题，大二接触了控制图之后就比较感兴趣，也在给老师辅助一些关于设备可靠性的课题自己也比较熟悉，所以做这个课题比较容易做出一些成就。此外，大三暑假也在制造类企业进行了实习，对于设备构造以及故障对产品的影响等都比较了解，自己也都一部分数据可以利用，完成这个课题相对来说比较容易也很有意义。而且虽然均值控制图或者设备预防维修这两个单独的课题有很多人已经做过研究或者研究已经很全面彻底，但对于二者的结合研究来说，这个课题目前很少人进行研究，关于二者的结合所发挥的作用很多人还没有发现其重要性，所以选择这个课题也很具有新颖性和前瞻性

2. 研究内容和预期目标

一、研究内容

本文基于x-bar控制图和设备预防维修的相关理论，采用数理设计的方法，建立整合x-bar控制图的设备预防维修预警决策模型。首先，通过控制图监测生产过程是否处于受控，并分析失控的影响因素，此处假定为单一因素。接着，分析设备在没有进行和进行预防维修的失效率对比，在此基础上，分析在应用x-bar控制图的设备预防维修预警决策模型后，产品生产数据落入设定的警戒区域后的预防性维修和周期性预防维修的控制周期时间成本和经济成本。最后，选取汽车的刹车片元件为研究实体，将刹车片的生产数据代入到x-bar控制图的设备预防维修预警决策模型中以验证警戒区域的设定可以减少不必要的预防维修，并且可以达到生产的可靠性，实现最佳经济性。

3. 国内外研究现状

1924年，休哈特(walter shewhart)博士第一次提出了控制和预防缺陷的概念，并创新提出世界上第一张质量控制图----p图，标志着著名的spc理论的诞生，把质量管理推进了一个新的时代。1931年休哈特对统计过程控制进行了总结，并完成了《产品制造质量的经济控制》（economic controlof quality of manufactured productions），在当时的美国制造界引起了一阵狂热，并得到了灭国长达半个世纪的出版以及再出版。1932年，休哈特把统计质量控制的理论传到英国。1940-1950年间，美国发布了控制图控制限计算系数表《manual on thepresentation of data》（astm），并且根据休哈特控制图的相关理论，发布了多个质量控制的军方标准，质量改进效果显著。自此，质量控制图的方法在很多制造类企业广泛采用，得到了一致认可。统计控制图的研究从此不断增加。1946年，wernimont, g提出了专门应用于工业制造的子组n=2的xbar-r控制图，并被称为wernimont氏控制图。1950年levey, s提出了专门应用于医学检验的子组n=2的xbar-r控制图，简介证明了wernimont氏控制图的有效性。1950年控制图的方法传到日本，日本在此基础上创办了品质管理协会，并制定了关于质量控制的jis标准。自第三次信息革命之后，计算机技术得到了空前的发展。控制图与计算机技术也得到了日益紧密的结合，在质量管理过程中企业可以将更多的内外因素加入到控制图的监控范围，在不同部门内也可以得到独立的运行，并且在应用控制图进行分析时也可以根据不同目的从不同的角度进行研究，控制图的辅助决策过程也得到了进一步的强化。控制图从此截至目前。经过将近100年的发展，通过国内外专家对质量控制和质量统计的研究融合，又陆续提出了数十种控制图，包括累积和控制图、指数加权移动平均控制图、田口控制图等，休哈特控制图目前已经发展成为休哈特统计控制理论技术体系。

在企业内，由于设备异常导致的不合格品的情况很多，不合格品造成的损失巨大，同时设备维修费用在总的制造成本的比例也在不断增加。所以近年来，关于整合质量控制图与预防维修的研究在国内外都引起了很多关注^[3]。tagaras较早的提出并建立了质量控制图和设备维修相整合的成本经济化决策模型^[4]。ben-daya等为了研究设备预防维修费用对质量管理总的成本的影响建立了一个基于设备预防维修费用最佳经济性的x-bar控制图模型，想要通过这一模型从而减少企业总的生产成本^[5]。zhou 等通过分析整合设备预防维修和质量控制图的模型的各个因素的成本构成，发现整合二者确实比单独使用个具有经济性^[6]。linderman 等^[7]也对质量控制图和设备维修做了深入的研究，并提出了整合x-bar控制图和设备维修的经济性模型。基于该模型，国内外学者也在此基础上做出了更加深入的研究，并有了两个新的主要发现：第一个就是将模型的应用情景从三种扩充到了十种。第二个就是扩充了模型的研究对象，增加了多故障模式^[8]、马尔科夫退化系统^[9]等，另外由于过程质量特性的多样性，研究的内容也不再局限于x-bar控制图和预防维修机制的整合，其他类型的控制图的联合设计发现也不断增加，并建立了相关模型。由上述学者的研究可以发现，整合统计过程控制和设备预防维修所得到的的经济效益性是最优的^[10]。

但是根据以往学者的研究，他们大多数都是根据故障发生后的设备维修和统计过程控制相结合的研究，这是一种事后概念，说明不合格产品已经产生并且已经给公司带来了不可逆转的损失。从另一方面也说明设备已经出现较大问题，维修难度增加，往往也需要高昂的维修费用，且由于人工成本和时间成本进一步增加，又加重了企业的损失，因而预防维修必须要更加重视。这种方法必须要有一定的预防性和计划性，但是它也存在很大的缺点，比如设备不发生故障，其经济损失也是很巨大的，且周期性检修的时间也难以确定。

4. 计划与进度安排

第一阶段：2022.10.14—2022.10.31确定选题、收集资料。

第二阶段：2022.11.01—2022.12.01撰写、提交、修改开题报告

第三阶段：2022.01.02—2022.02.17撰写、提交论文初稿和中期检查表

5. 参考文献

[1]安富利.工业4.0时代:如何变革制造业[j].软件和集成电路,2019,(11):12-13.

[2]颜睿.“中国制造2025”对机械设计制造及其自动化行业影响探讨[j].南方农机,2019,50(19):119.

[3]陈洪根.生产系统维修策略和控制图经济设计研究综述[j].现代制造工程,2015,(5):141-146.doi:10.3969/j.issn.1671-3133.2015.05.030.