基于风险的维护计划适用于海军舰船
摘 要
海军舰船的维修计划需要持续改进，以便在可用性限制内管理日益增加的维护成本。 现有的维修计划方法并不是最佳的，因为维修成本持续上升，使得船舶可用性没有得到改善。 本文回顾了适用于船舶和舰船的基于风险的维修计划（RBM）框架，并对使用的风险评估和维护计划技术提供了重要分析。 此外，目标和考虑因素被定义为船舶和舰船的未来应用，并且该框架被评估为对现有的预防性维护（PM）和可靠性维护（RCM）方法的改进。 由风险评估和维护调度元素组成的RBM调度框架提出了一种由状态监测数据结合决策理论支持的概率方法。 介绍了从周期性PM和RCM实施该框架。 建议从组件级别向上开发应用程序。 建议可用性和总体维护成本作为评估指标，与现有方法相比较。 应用程序的开发是在一个提议的框架内形式化的。 在RBM调度框架内开发应用程序预计会降低维护成本，同时满足船舶和舰船应用的可用性要求。
关键词：舰船海军；维护基于风险的风险；RBM
1.介绍
由于故障或维修导致海军舰艇上装备可用性的降低是不理想的。毫无疑问，由于无效维护造成的故障无疑在海军应用中发生，尽管这些事件的详细报告并未公开。可用性和可靠性要求通过对这些复杂船舶的重大维护投资来实现（Eruguz等人，2015). Button等人。（2015） 已经表明，对于美国海军而言，2012年每艘船舶所需的投资约为2200万美元。他们预测随着船舶复杂性的增加，这些成本将继续增加。 在满足可用性和可靠性要求的同时减少投资一直是自二战以来大家最为感兴趣的领域（史密斯，1989年）。
然而，此领域的后续研究并未影响这一增长趋势。没有重要的财务和资源投资，使得现有方法进行的维护计划不能满足这些要求。目前的方法包括定期预防性维护（PM）和以可靠性为中心的维护（RCM）框架。 周期性PM和基于条件的PM可以在RCM框架内使用。 在过去的50年中，周期性的首相让海军舰艇保持可接受的可用水平（Cordle，2017），但由于严格的时间安排，可能会安排过度的维护活动。 RCM需要一个专门的维护团队，除了周期性PM和基于条件的PM执行所需的资源之外，RCM还优先考虑维护设备的生命周期成本或风险基础。 尽管所有数据驱动的维护方法都有这个缺点，但这些数据可能难以预测，但数据有限。 维护决策由决策图指导，由人员手动进行，这给维护决策带来了一些不确定性。 作者指出RCM不应该是自动化的，但是新的维护方法应该考虑自动决策的一致性和提高工作效率。因此，周期性PM和RCM并不是严格执行维护计划并有助于提高的最佳方法
海军舰艇的维修费用。
因此，应该该研究在其他行业取得成功的维修方法和框架，以便适用于船舶，特别是复杂的军舰，以改进现有方法。 适用的框架是基于风险的维护（RBM）调度，该调度已经在其他行业（如发电）中实施。 本文旨在通过回顾RBM调度框架的现有应用，为发展海军舰艇的改进维护调度做出贡献; 根据现有的周期性PM和RCM框架对其进行评估; 考虑其实施过程中的关键活动并制定适用于船舶和舰船的具体框架。 由于上述可用性要求和维护方面的重大金融投资，海军舰艇是当前工作的重点。 但是，目前的工作也适用于一般船舶的维修。
部分 2 介绍目前海军舰艇的维修环境。 部分 3 介绍了RBM调度的概念以及该框架在舰船和舰船上的现有应用。 部分 4 列出目标，考虑因素和要求，以指导该框架内应用程序的未来发展，并评估针对周期性PM和RCM的RBM调度。 部分 5 概述了目前在没有框架或RCM框架内使用周期性预防性治疗方法的组织实施RBM调度框架的流程。 部分 6 为RBM调度中的应用程序开发提供了一种结构化方法。 部分 7 建议在给定的应用程序中量化此框架的成功的适当方法。 部分 8 提出了RBM调度框架的正式化和部分 9 总结了本文的重点和建议。
2. 维护海军舰艇
2.1. 目前的维修实践
在现代存在许多方法来识别和安排维护活动，这些可以被描述为被动维护、预防性维护和预测性维护。 反应性维护允许在采取行动之前发生故障。 这在海军应用中是不可取的，因为资产损失会对特派团造成潜在的后果，人员安全和组织声誉。 预防性和预测性维护方法旨在进行维护以防止故障，所以更适合于此应用。 预测性维护是一种有吸引力的方法，因为可以预见未来的维护和库存需求，但迄今为止它尚未应用于海军工业。 目前海军舰艇的做法包括按照原始设备制造商（OEM）建议（以前称为周期性PM）的指导，按统一间隔安排的维护行动。 否则，使用组织内专家的判断来执行维护计划（Eruguz等人，2015年）。 如果可用，历史故障数据也可以在组织采用RCM框架的情况下使用（Moubray， 1997）。 采用RCM需要额外的资源来捕获和分析故障数据并执行可靠性建模。
2.1.1. 预防性维护（PM）
PM方法可以进一步细分为周期性和基于条件的方法。 根据OEM的建议，根据一些估计的设备使用年限，运行时间或其他相关措施，定期对PM进行周期性操作。 周期性PM假定故障最可能发生在这些统一间隔结束时。 周期性的PM还假定单个估计的年龄或工作小时数是设备状况的准确指示，这可能不现实。 这是由于其他因素的影响，例如设备的操作问题。 从管理的角度来看，周期性的PM是有利的，因为维护计划只能使用OEM指导的每个组件或系统进行一次。 未来假定维护和资源需求是统一的和可预测的。
周期性PM不能准确地适应设备的当前状况，因此在必要时不会严格执行维护。 假设OEM指导增加维护以避免过早失效，则可以在不需要时执行维护操作。 这导致成本增加并且降低了设备的可用性。 诸如执行维护任务时的人为错误或新零件的“烧入”期间等其他因素也可能导致进一步降低可用性（Moubray， 1997）。 此外，这些附加因素可能会导致更广泛的纠正性维护措施。 因此，从管理层的角度来看，周期性的PM看起来是有利的，但这些额外的因素需要仔细考虑有效的定期PM管理。
基于状态的PM动作以非均匀间隔进行安排，利用对设备状态的评估。 这可以通过专家状态监测（CM）仪器和专业知识或经过适当培训的人员来完成。 从管理角度来看，这种方法并不如人意。 首先，专家仪器引入额外的初始成本，并需要技术专业知识来安装，操作和分析条件数据。 其次，确定所需维护所需的“适当培训”在维护计划和设备停机时间安排中引入了一些主观性和不确定性。 然而，了解设备状况并因此了解维护的必要性，避免了上述附加因素，例如可能在周期性PM方法中引入的人为错误。
2.1.2. 以可靠性为中心的维护（RCM）框架
为航空工业开发的以可靠性为中心的维护（RCM）框架是确保资产可用性和可靠性的一种手段（Potter等，2015）。 RCM通过考虑失败率对设备维护进行排名。 在这个框架内可以使用反应性，纠正性，预防性和预测性维护方法。 RCM提供了综合治疗 Moubray (1997)。 这种待遇强调，组织所需的初步工作以及在RCM框架内进行维护管理的日常维护支持非常广泛，因此成本很高。 但是，RCM已经在各种应用中实施，例如采矿机械（Hoseinie等，2016），铁路关节（Ruijters等，2016）， 医疗设备 （Ridgway等人， 2016）和飞机指标（Guo等，2016）。 此外，RCM被推荐为能源，电力和运输行业的维护框架和整体资产管理策略（Seow等人， 2016）。 尽管其适用性和这种方法的潜在优势，但失败数据要求和组织资源的广泛实施和使用可能阻碍了在军舰上采用RCM框架。
2.2. 影响海军维修实践发展的因素
对于这个领域域缺乏创新有许多解释。Sordle（2013） 认为缺乏符合标准的周期性PM的发展主要是由于缺乏驱动行业内变化的重要激励因素。 处罚和安全风险为海上石油天然气和核工业提供了这种动力。 Cordle（2017） 强调了培训人员掌握当前的海军周期性预防性维护系统的困难，这可能会导致持续的维护工作量和使用这种方法的成本。 创新需要事先掌握现有的方法。 Eruguz等人 （2015） 强调创新需要包括原始设备制造商在内的所有各方进行更多的组织合作，促进变革的监管审查以及开发预测方法。 此外，已经认识到为船舶状态下的船舶实施专业监测设备有其特殊的挑战。 其他障碍阻止制定和采用新的维护策略可能包括其没有经济利益的确凿证据，以及缺乏进入试点应用的海军舰艇。由于防止变化的组织因素被认为是最重要的，因此获得组织和海军的支持对于开始改变海军工业的维护环境是必要的。 随后可以考虑制定适当的船舶框架及其应用。
3. 为海军平台开发基于风险的维护（RBM）调度
3.1. RBM调度概念
鉴于定期PM和RCM的局限性，有必要研究在其他行业取得成功的维护框架。 一个新兴的框架是RBM调度。 RBM调度框架是为发电行业开发的（Chen和Toyoda，1989; Ochiai等人，2005）作为降低维护成本的手段，同时确保资产可用性。 RBM调度旨在利用风险作为触发动态调度维护。 RBM调度由两个元素组成; 风险评估，然后是维护计划（Arunraj和Maiti，2007年）。 RBM调度已在诸如航空（艾哈迈迪 等人，2010; Kumar等人，1999; Papakostas等人，2010年）和发电（汗和哈达拉，2004年; Krishnasamy等人，2005; 弥富 等人，2004）。 除了在框架内的应用程序中使用的适用模型和技术之外，还对各行业的RBM调度进行了广泛的回顾。 Arunraj和 Maiti（2007）.
3.2. 基于RBM的军舰和舰船调度
虽然船舶RBM调度的想法并不新鲜，原则上已被海事监管机构接受（Sordle，2013），迄今为止，采用成果管理制的海军舰船调度并不是一个大的研究领域。 只有一项最近的研究申请了海域（Diamantoulaki和Angelides，2013年）在其标题中包括#39;RBM调度#39;。 然而，这个框架的应用是一个系泊的防波堤，而不是一艘船。 有限的文献表明，需要更彻底的搜索，这促使本文的发展。 RBM调度研究可能隐藏在其他术语和缩略词背后，因为该框架还没有很好地定义。 相关术语包括：基于状态的维护（CBM），车辆综合健康管理（IVHM），维护管理，维护程序设计，预测性维护（PdM），预测和健康管理（PHM），预测和车辆健康管理（PVHM），可靠性，以可靠性为中心的维护（RCM），风险，风险管理和风险分析。
3.2.1. 现有的研究和相关工作
在船舶领域的使用由提供的RBM调度框架的定义 ，Arunraj和Maiti(2007);(Baliwangi等人的研究方面可能被归类为船舶的RBM。但是没有一个研究观点承认它们符合RBM调度的定义。虽然他们的内容有重叠，但他们并没有相互引用。与船舶应用相关的RCM研究(Lazakis (2011);Lazakis et al .,2010;图兰et al .,2011;尽管他们Wabakken,2015)不能被认为是RBM调度，因为它们没有严格的时间表。基于风险的维修。因此，一致的术语和关键。对现有的八项RBM研究进行分析，以开发an。用于船舶维修的RBM调度框架。
3.2.2. 现有研究中使用的技术
使用RBM调度的初步研究侧重于使用风险指数对风险进行量化，并使用专家判断为各个设备进行调度维护（Dinovitzer等，1997; Klein Woud等人， 1997; 史密斯，1989年）。 更新的方法通常使用概率方法来量化风险和优化方法来安排维护，并持续关注单个设备（Diamantoulaki和Angelides，2013; 董和Frangopol， 2015年; Giorgio等，2015; Handani等，2011）。 这些方法论具体地说，风险是一个时间依赖性，并且通常包含对维护成本的详细处理 乔治等人。 （2015） 没有具体安排维修活动。
在最近的这些研究之中（董和弗朗哥波尔，2015年），使用多目标优化来执行维护调度。 该优化旨在通过最小化检查成本，维修成本和年度风险值来确定调查期间每个结构细节的检查和修理时间间隔。 使用以下输入进行优化：船舶配置; 船舶运营情景; 腐蚀情景; 疲劳裂纹扩展; 时变可靠性指标; 结构的施工成本; 检查方法; 修理标准; 检查和修理费用; 调查期限和此期间的最大检查次数。 应用的约束条件是：连续检查之间的时间间隔的指定范围; 最小的结构性能值; 以及检查和维修的最大总成本。 优化导致了帕累托前沿，包括多种维护计划，其维护成本和风险会有所不同。 使用专家判断选择适当的维护计划。 在现有的RBM调度方法中，风险评估和维护调度中使用的技术在中指出 表格1.
3.2.3. 现有的成果管理制研究的局限性
由于其假设目前的一些方法仅限于其特定应用（Diamantoulaki和Angelides，2013; 董和 Frangopol，2015）。 该方法由 Handani等人 （2011年） 如果失败不是随机的，也是有限的。 然而，由于存在多种替代方案，随机失效模型可能会被其他可靠性模型取代Ebeling，2004）。 其他方法（Giorgio等，2015; Handani等人， 2011）可能会被推广，因为它们的假设不是限制性的。 使用这些方法假定可以获得数据以执行所需的分析。 这些方法需要进一步发展，以便它们可以广泛应用于不同的船用设备。
3.2.4. 评估风险评估技术 - 风险指数和概率技术
图1现有研究及其对风险评估和维护计划的方法
3.2.4.1. 风险指数。
利用风险事故发生的可能性来实现将风险指数分配给给定的设备，并从适当的风险指数值表中读取适当的值。 这种方法用于现有的三项RBM调度研究（Di
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