Inspection optimization model with imperfect maintenance based on a three-stage failure process

• Autorzy: Yang R. , Zhao F. , Kang J. , Li H. , Teng H.

Warianty tytułu

PL

Model optymalizacji przeglądów w warunkach niepełnej konserwacji oparty o trójfazowy proces uszkodzenia

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Rolling element bearings are one of the most widely used and vulnerable components in complex systems. The condition monitoring work is very critical for sustaining the system’s availability and reducing the maintenance cost. Shock pulse method (SPM) is a common technique to measure the operating condition of rolling bearings as a three color scheme, e.g., green, yellow and red. This paper proposes an inspection model based on a three-stage failure process which aims to optimize the inspection interval of bearings by minimizing the expected cost per unit time. The three-stage failure process divides the bearings life into three stages before failure: good, minor defective and severe defective stages, corresponding to the three color scheme of SPM. Considering the need to lubricate bearings when the minor defective stage is identified by inspection in industrial applications, we assume that maintenance at the time of inspection identifying the minor defective stage is imperfect. The concept of proportional age reduction is used to model the effect of imperfect maintenance on the instantaneous rates of the minor defective stage, the severe defective stage and failure. Perfect maintenance however is carried out if inspection detects bearings being in the severe defective stage. Failure can be found once it occurs and replacement has to be implemented immediately. Finally, a numerical example is presented to illustrate the effectiveness of the proposed model.

PL

Łożyska toczne są jednymi z najczęściej stosowanych i jednocześnie najbardziej narażonych na uszkodzenia części składowych układów złożonych. Monitorowanie stanu odgrywa bardzo istotną rolę w utrzymaniu dostępności układów i zmniejszeniu kosztów ich obsługi. Metoda impulsów uderzeniowych (SPM) jest powszechnie stosowaną techniką służącą do pomiaru stanu pracy łożysk tocznych, który reprezentowany jest za pomocą kodu trzech kolorów, na przykład, zielonego, żółtego i czerwonego. W artykule zaproponowano model przeglądów oparty na trójfazowym procesie uszkodzenia, który ma na celu optymalizację częstotliwości przeglądów łożysk poprzez minimalizację oczekiwanych kosztów przypadających na jednostkę czasu. Pojęcie trójfazowego procesu uszkodzenia pozwala podzielić żywotność łożyska na trzy fazy przed wystąpieniem uszkodzenia: fazę dobrego stanu, fazę drobnych defektów i fazę poważnych defektów. Podział ten odpowiada kodowi trzech kolorów SPM. Biorąc pod uwagę konieczność smarowania łożysk po zdiagnozowaniu, podczas przeglądu w warunkach przemysłowych, wystąpienia fazy drobnych defektów, zakładamy, że konserwacja w czasie takiego przeglądu jest konserwacją niepełną. Koncepcja proporcjonalnego obniżenia wieku służy do modelowania wpływu niepełnej konserwacji na chwilowe wartości intensywności fazy drobnych defektów, fazy poważnych defektów oraz uszkodzeń. Gdy podczas przeglądu stwierdzi się, że łożysko jest w fazie poważnych defektów, przeprowadza się pełną konserwację. Uszkodzenie zostaje wykryte zaraz po jego wystąpieniu, i wtedy należy dokonać natychmiastowej wymiany łożyska. Pod koniec artykułu, przedstawiono przykład numeryczny, który ilustruje wydajność proponowanego modelu.

Słowa kluczowe

EN

delay time modeling; three-stage failure process; inspection; imperfect maintenance; proportional age reduction

PL

Modelowanie metodą czasu zwłoki; trójfazowy proces uszkodzenia; przegląd; konserwacja niepełna; proporcjonalne obniżenie wieku

• Wydawca: Polskie Naukowo-Techniczne Towarzystwo Eksploatacyjne
• Czasopismo: Eksploatacja i Niezawodność
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 17, no. 2
• Strony: 165--173
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Yang R.

• Mechanical Engineering College Six xi, Heping West Road Number 97 Shijiazhuang, 050003, Hebei province, China

autor

Zhao F.

• Northeastern University at Qinhuangdao No.143, Taishan Road, Economic and Technological Development Zone Qinhhuangdao, 066004, Hebei province, China

autor

Kang J.

• Mechanical Engineering College Six xi, Heping West Road Number 97 Shijiazhuang, 050003, Hebei province, China

autor

Li H.

• Mechanical Engineering College Six xi, Heping West Road Number 97 Shijiazhuang, 050003, Hebei province, China

autor

Teng H.

• Mechanical Engineering College Six xi, Heping West Road Number 97 Shijiazhuang, 050003, Hebei province, China

Bibliografia

• 1. Bartholomew M, Christianson B, Zuo MJ. Optimizing preventive maintenance models. Computational Optimization and Applications 2006; 35(2): 261–279, http://dx.doi.org/10.1007/s10589-006-6449-x.
• 2. Christer AH. Innovative decision making. In Proceedings of the NATO Conference on the Role and Effectiveness of Theories of Decision in Practice. Hodder and Stoughton, 1976: 368–377.
• 3. Das AN, Sarmah SP. Preventive replacement models: an overview and their application in process industries. European Journal of Industrial Engineering 2010; 4(3):280–307, http://dx.doi.org/10.1504/EJIE.2010.033332.
• 4. Hu HJ, Cheng GX, Li Y, Tang YP. Risk-based maintenance strategy and its applications in a petrochemical reforming reaction system. Journal of Loss Prevention in the Process Industries 2009; 22: 392–397, http://dx.doi.org/10.1016/j.jlp.2009.02.001.
• 5. Jones B, Jenkinson I, Wang J. Methodology of using delay time analysis for a manufacturing industry. Reliability Engineering and System Safety 2009; 94: 111–24, http://dx.doi.org/10.1016/j.ress.2007.12.005,
• 6. Li Z, He ZJ, Zi YY, Chen XF. Bearing condition monitoring based on shock pulse method and improved redundant lifting scheme. Mathematics and Computers in Simulation 2008; 79: 318-338, http://dx.doi.org/10.1016/j.matcom.2007.12.004.
• 7. Masaru F, Minoru K. SPM shock pulse method for diagnostic system of rotating roll bearing. Japan Tappi Journal 2003; 57(4): 52-57.
• 8. Nicola RP and Dekker R. Optimal maintenance of multi-component systems: a review. In: Murthy DNP, Kobbacy AKS, editors. Complex system maintenance handbook. Amsterdam: Springer; 2008, http://dx.doi.org/10.1007/978-1-84800-011-7_11.
• 9. Pierskalla WP, Voelker JA. A survey of maintenance models: the control and surveillance of deteriorating systems. Naval Research Logistics Quarterly 2006; 23: 353–388, http://dx.doi.org/10.1002/nav.3800230302.
• 10. Robert BR, Jerome A. Rolling element bearing diagnostics—A tutorial. Mechanical Systems and Signal Processing 2011; 25: 485–520, http://dx.doi.org/10.1016/j.ymssp.2010.07.01.
• 11. Ross SM. Introduction to Probability Models. USA: Elsevier, 2007.
• 12. Tandon N, Yadava GS, Ramakrishna KM. A comparison of some condition monitoring techniques for the detection of defect in induction motor ball bearings. Mechanical Systems and Signal Processing 2007; 21: 244–256, http://dx.doi.org/10.1016/j.ymssp.2005.08.005.
• 13. Wang HZ. A survey of maintenance policies of deteriorating systems. European Journal of Operational Research 2002; 139: 469–489, http://dx.doi.org/10.1016/S0377-2217(01)00197-.
• 14. Wang L, Hu HJ, Wang YQ, Wu W, He PF. The availability model and parameters estimation method for the delay time model with imperfect maintenance at inspection. Applied mathematical modelling 2011; 35: 2855-2863, http://dx.doi.org/10.1016/j.apm.2010.11.070.
• 15. Wang W. A delay time based approach for risk analysis of maintenance activities. Journal of the Safety and Reliability Society 2003; 23(1): 103–113.
• 16. Wang W. An inspection model based on a three-stage failure process. Reliability Engineering and System Safety 2011; 96(7): 838–848, http://dx.doi.org/10.1016/j.ress.2011.03.003.
• 17. Wang W. An inspection model for a process with two types of inspections and repairs. Reliability Engineering and System Safety 2009; 94: 526–533, http://dx.doi.org/10.1016/j.ress.2008.06.010.
• 18. Wang W. An overview of the recent advances in delay-time-based maintenance modelling. Reliability Engineering and System Safety 2012; 106: 165–178, http://dx.doi.org/10.1016/j.ress.2012.04.004.
• 19. Wang W. Delay time modelling. In Complex System Maintenance Handbook. 2008; London, Springer: 345–370, http://dx.doi.org/10.1007/978-1-84800-011-7_1.
• 20. Wang W. Delay time modelling for optimized inspection intervals of production plant. Handbook of Maintenance Management and Engineering. 2009; London, Springer: 479–498.
• 21. Wang W. Models of inspection, routine service, and replacement for a serviceable one-component system. Reliability Engineering and System Safety 2013; 116: 57–63, http://dx.doi.org/10.1016/j.ress.2013.03.006.
• 22. Wang W, Banjevic D, Pecht MG. A multi-component and multi-failure mode inspection model based on the delay time concept. Reliability Engineering and System Safety 2010; 95(8): 912–920, http://dx.doi.org/10.1016/j.ress.2010.04.004.
• 23. Wang W, Zhao F, Peng R. A preventive maintenance model with a two-level inspection policy based on a three-stage failure process. Reliability Engineering and System Safety 2014; 121: 207–220, http://dx.doi.org/10.1016/j.ress.2013.08.007.