面向大型装备类产品的保修服务策略建模及优化研究

　　激烈的市场竞争使制造企业面临诸多挑战，主要表现在：产品结构与功能日趋复杂，研发周期越来越短，更新换代速度加快。在上述背景下，顾客对产品质量和可靠性提出更高要求，富有吸引力的质保条款成为产品营销的重要手段。现有的质保研究主要关注标准产品的质保服务策略，如免费维修或替换质保、按比例退还质保以及组合质保策略等。数控机床、风力机、工程机械等工程装备，它们价值昂贵并且通常是企业的关键设备，一旦发生故障或停机将会影响生产、造成重大经济损失。因此，可用度是此类设备的重要性能指标。为满足用户对此类产品的高可用度需求，近年来可用度质保（availability-basedwarranty）研究受到关注。本文以具有可用度需求的工程装备为研究对象，基于一维质保、二维质保和维修服务合同等理论，开展可用度质保与维修决策优化研究。主要研究内容如下：（1）从制造商的视角研究可用度质保建模问题。为满足质保期内产品的可用度要求、实现质保服务成本的最小化，采用不完全预防性维修以减少设备故障发生次数。采用混合故障率模型描述预防性维修，并考虑维修过程中的学习效应，评估制造商服务成本、优化维修计划。文中采用周期循环的动态优化方法确定预防性维修周期，满足每个周期内产品可用度要求，实现单位时间质保成本的最小化。案例研究表明：与忽略学习效应的情形相比，考虑维修过程中的学习效应，可以用较低的质保成本维持设备的高可用度水平。（2）从制造商的视角研究二维可用度质保策略。该策略下，制造商对故障提供维修或替换服务，并保证产品在质保期内的可用度满足约定的水平。通过优化二维预防性维修计划，以最小的质保成本来保障产品可用度要求。针对不同的顾客群体，设计出相应的定制化预防性维修计划。算例分析表明：与基于年龄或基于使用量的预防性维修策略相比，二维预防性维修在降低质保成本、保证设备可用度等方面具有明显优势。（3）开展基于可用度的维修服务合同设计。建立起涵盖基本可用度质保和维修服务合同的两阶段质保模型，提供三种不同的维修服务，以满足顾客在质保期结束后的不同需求。在第一阶段，制造商通过优化预防性维修计划，以最小服务成本保障产品的可用度;在第二阶段，以制造商收益极化为目标，比较不同服务选择下制造商的收益和顾客成本。案例结果表明：以大修与预防性维修组合的服务合同，能够显著提升设备可用度水平，使交易双方获得良好收益。本文的贡献在于：系统地开展基于可用度的产品质保与维修决策优化研究，从可用度质保策略、学习效应、二维预防性维修、定制化维修和基于可用度的维修服务合同等层面，实现方法创新。相关研究丰富了基于可用度的产品质保理论，为可用度质保的工程应用提供了理论依据。

　　莫思敏，女，2012年兰州理工大学控制理论与控制工程专业毕业，获工学博士学位，太原科技大学经济与管理学院副教授、硕士生导师。2013年进入太原科技大学机械工程学院博士后流动站工作，2017年出站。2018年-2019年作为国家公派访问学者在英国University of Surrey学习。

第1 章绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 保修服务策略的研究现状
1.3 优化算法研究现状
1.3.1 参数调整
1.3.2 修改速度更新方程
1.3.3 种群结构
1.4 研究内容
第2 章买方投资大型装备产品保修期内预防性维修费用的保修模型
2.1 买方投资预防性维修费用的决策模型
2.1.1 保修期内产品的保修策略
2.1.2 模型中的相关符号
2.1.3 定期预防性维修模型
2.1.4 保修期内买方和卖方的费用函数
2.1.5 买方愿意投资保修期内预防性维修费用的条件分析
2.1.6 卖方愿意在保修期内进行预防性维修的条件分析
2.1.7 买方投资预防性维修费用双方双赢的条件分析
2.2 实验分析
2.2.1 故障率函数对双赢区间的影响
2.2.2 各种费用对双赢区间的影响
2.2.3 维修策略分析
2.3 本章小结
第3 章买方投资大型装备产品生命周期内预防性维修费用的保修模型
3.1 买方投资产品生命周期内预防性维修费用的决策模型
3.1.1 生命周期内产品的维修策略
3.1.2 模型中的相关符号
3.1.3 生命周期内卖方的预防性维修策略
3.1.4 生命周期内买方和卖方的费用函数
3.1.5 买方愿意投资产品生命周期内预防性维修费用的条件分析
3.1.6 卖方愿意在产品生命周期内进行预防性维修的条件分析
3.1.7 对买方投资预防性维修费用双方双赢的条件分析
3.1.8 故障率、各种费用及折现因子对双赢区间的影响分析
3.2 实验分析
3.2.1 故障率函数对双赢区间的影响
3.2.2 折现因子对双赢区间的影响
3.2.3 各种费用对双赢区间的影响
3.2.4 各预防性策略对双赢区间的影响
3.3 本章小结
第4 章买方投资预防性维修费用保修策略中买方和卖方的最优费用模型
4.1 买方投资预防性维修费用保修策略中满足双赢条件时的买方最优费用模型
4.1.1 买方投资预防性维修费用的保修策略中买方的最优费用
4.1.2 买方支付预防性维修费用的保修策略中买方的最优费用模型
4.2 买方投资预防性维修费用保修策略中满足双赢条件时卖方最优费用模型
4.2.1 卖方保修费用Cs和卖方支付费用As的区别
4.2.2 买方投资预防性维修费用保修策略中满足双赢条件时卖方的最优费用模型
4.2.3 买方支付预防性维修费用保修策略中卖方的最优费用模型
4.3 实验分析
4.4 本章小结
第5 章基于适应值模型的吸引排斥优化算法
5.1 改进的适应度模型
5.1.1 改进的适应度模型的构造算法
5.1.2 改进的适应度模型的理论分析和数值仿真
5.2 改进的扩展微粒群算法
5.2.1 算法思想
5.2.2 改进的扩展微粒群算法的收敛性分析
5.3 MFMEPSO算法流程
5.4 MFMEPSO算法的全局收敛性
5.5 种群结构对算法性能的影响分析
5.6 仿真实验
5.6.1 实验一：MFMEPSO 与EPSO 和PSO 的性能比较
5.6.2 实验二：不同函数的最终种群结构分析
5.6.3 实验三：MFMEPSO 的收敛速度和收敛精度分析比较
5.6.4 实验四：结构特征度量的演化过程
5.6.5 实验五：种群规模上限N 对算法性能的影响
5.6.6 实验六：相对适应值F 对算法性能的影响
5.7 本章小结
第6 章总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献