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1、利用实物期权来管理由 PHM 启用的状态检修Gilbert Haddad, Peter Sandborn, and Michael Pecht机械工程系高级生命周期工程中心马里兰大学学院公园，马兰里州，美国ghaddadcalce.umd.edu摘要：这项工作提出了一种新的经济方法，可以形成一个成本效益风险的基础上，优化决策与预后能力的系统，和评估PHM对其用户的价值系统的最优决策。PHM可以使基于绩效物流、状态维修性能优化和减少的寿命周期成本。当在一个系统中检测到异常和估计的剩余使用寿命时，用户不得不做出决定如何经营或管理系统给出的一组约束条件或需求（例如，最大化可用性）。本文提出了一种新的
2、经济基础来评估预测和健康管理系统启用的灵活性。该框架是基于实物期权理论的产生通过PHM使用期权定价。在PHM选择背景表示在未来采取某种行动的购买。标的资产不是可交易的证券（因为他们将在金融期权），而是他们成本规避机会或使命值。我们提供了两个潜在的应用程序来说明在一家商业航空公司和风电场采用商用飞机电子系统的新模型。关键词：组件，决策支持系统，维护优化，实物期权，经济分析，后预后只是指示，PHM，CBN，可获得性一 引言故障预测与健康管理（PHM）是学科组成的技术和方法来评估实际生命周期条件，以确定失败的到来和降低系统风险12中的产品的可靠性。它是一种技术，使得复杂的系统，从传统的维护（定期或不
3、定期）对基于状态的维修（CBM）。PHM是启用基于绩效的合同，并有可能降低寿命周期费用。当在启用了PHM系统中，检测到异常和估计的剩余使用寿命（规则）的系统时，决策者然后面临着多重选择调用选项，可以行使管理系统的健康状况。“选择”是一种权利，但没有义务在未来采取特殊行动3。预后功能系统的健康管理的现有工作涉及企业级（一支舰队的系统）和系统级（单个系统实例）。从广义上讲，前者PHM来执行后勤规划、可用性优化利用和构建业务案例来证明PHM跨整个企业，后者则着重故障调节和隔离，以确任务取得成功，并避免发生故障。本文提供了新的经济依据，来管理的灵活性（例如，何时执行维修后预后的征兆）由实物期权（RO）
4、理论的PHM系统启用。它通过后预后的指示处理经济方面解决了PHM系统健康管理的差距。我们也尝试链接高级别要求（如从客户的可用性需求）和低级需求预测算法4这样的性能。系统纳入PHM有好几个原因，其中包括：避免发生故障、寿命周期成本的减少、保修验证、未来的系统设计方面的改进，和可用性的改进。一个很常见的PHM驱动程序的可用性（这也反映安全性和生命周期费用）。例如，航空电子系统和风力发电场的值与它们的可用性相关联。可用性是一项服务或系统的能力，当它被要求使用或操作5时，才能发挥功能。商业航空公司如果他们的飞机无法飞行，他们将倒闭；911系统如果它们不可用时人称之为他们“911系统都是无用的”；和风电
5、场如果他们总是等待维修就不依靠能源。系统可用性的是它的可靠性和效率如何有效地保持。有不同的方法来维修，但从根本上说，取决于系统是否已经失败了，当我们认为它将会失败，它是如何失败，等等，需要做出决定如何保持它。一个简单的激励示例将两个地点之间飞行的飞机，在飞行过程中在特定时间内获得的预后指示。决策者有一个设置选项，他们可以选择其中一套。剩余选项将被用在本文的其余部分来表示一个选择或采取行动的决策者可以采取后的预后指示。图1显示选项后预后指标产生总图，并非所有系统都选择图1中所示的所有选项。图1产生后的预后标志选项 如果一个值，或评估的选项，每个人可以建立相应的卫生管理决策，可以在系统的层次上进行
6、的。此外，该方法可以扩展到优化卫生管理决策在企业层面。考虑风电场为例；假设一个农场有10个涡轮机与预后的能力各有不同的剩余使用寿命（RUL）。RUL被视为在本实施例用于说明的目的，一个确定数量。图2显示的每个如农场涡轮机寿命。图 2-涡轮与不同预后的征兆维护海上风电场需要非传统的资源，如船舶与起重机。这些资源进行维护的有效性是不连续的，例如，不利的天气条件可能会导致无法维持涡轮机。健康管理与维护的优化已经提升为与离岸风电场相关的多个研究工作进行研究的一个关键点67。举例来说，以维护船只离岸农场可能是非常昂贵的，所以当船舶在农场进行维护的决策者面临着维护多个涡轮一次（对那些已经失败，这些指示的选
7、项小RUL）由于容器可能不适用于维修的时间延长的时间。如果风力发电机成为不可操作维护访问之间，然后从农场供应的能量受到影响。所提出的方法，将有助于回答的问题，比如它现在涡轮机来维持，如果船只在现场进行维护，以及涡轮机应保持在下一次的船只在农场。因此评估了等待，同时保持的可用性所需的水平，以执行维护可用于维护规划系统的驱动器，以减少成本的值。本文的结构如下：第二节介绍了诱导PHM的灵活性；第三节介绍了实物期权正式作为一种方式来管理灵活性，同时PHM问题进行适当的评价模型；第四节介绍了该方法的应用前景；第五节提供了有关主题的摘要、潜在的价值，建议的方法，和未来的工作。二 诱导PHM的灵活性本节概述
8、了PHM执行所得的避免成本。讨论了优化检修，并讨论了诱导PHM的灵活性。A.避免成本由PHM创造的机会PHM已被证明是有益于健康管理系统，并可能提供很多好处（定义为成本避税机会），包括1，5和8：-避免失败 最大限度地减少计划外维护成本 提高可用性 降低风险损失的系统 提高人类的安全-将剩余生命的损失降至最低 尽量减少剩余寿命由计划检修行动扔掉量-物流（物流足迹减少） 更好的备件管理 优化的资源使用情况-改进维修 更好的诊断和故障隔离 在维修过程中附带伤害减少-减少冗余（在长期可能） 在无故障减少了B.维护优化维修优化是一个过程，尝试寻找最佳的平衡点（合同、经济、技术等）的维护要求和资源用来开
9、展维修程序（人、备件、消耗品、设备、设施等）9.当维修优化有效地实现时它将：提高系统的可用性、降低总体维护成本、提高设备的可靠性和提高系统的安全性。在这项工作，我们是指在系统级和企业级的维修优化，在前一种情况，进行优化选择，生成最大的成本避免或最大限度地提高单个系统可用性。在后者中，进行优化，选择最佳的子系统，要维护和满足企业级的可用性。我们注意到，可用性要求可能不同，在两个层面：风电场可能仍然能够提供能源所需的信息量，即使一个涡轮机出现故障。煤层气已被证明是管理系统的运行状况的有效途径。不过，煤气层有其弊端。这可能是由于看似自相矛盾和不断变化的要求，以及为各种不同的系统，在严格的时间限制11
10、范围内的维修。因此，系统维护的特定子系统的优化是需要加以解决的一项重要任务。以前的工作，为优化煤层气通常被称为工作范围优化，这些方法是本质上是多目标优化模型，试图选择子系统必须保持在给定的用户需求和一组约束每一维修事件。影响发动机的工作范围优化技术（LLC）10开发软件。他们的建筑提供给在发展中国家的最佳工作范围的维护者来纠正主要故障的引擎的指南，并确定额外的机会主义行为，以降低成本及增加可用性通过评估剩余使用寿命的组件和性能特点。Iyer等人11提出了组成一个多目标问题须受到若干制约因素后一个预后的征兆的工作范围优化模型。文献11中提出的框架，试图看看帕累托边界的解决方案。其他研究煤层气优化
11、可以发现12。本文报道的工作不同于上述的工作，提供了新的经济依据，可以用来管理系统的运行状况的价值进行评估。C.灵活性诱导PHMPHM系统所提供的RUL估计是大多数利益或成本规避第二节中列出的驱动程序。A.RUL是一个系统有剩余的使用寿命，它有效地代表了决策者或其他维护实体采取预防性行动之前失败的（需要适当的不确定性）时间。这可以描述为藉以实体参与操作、管理和维和系统维护有一定的灵活性，在达到寿命结束的任何时间采取行动。因此，评估使用寿命的价值是最重要的，给决策者的成本避免的真正价值时使用PHM。减少了扔掉的剩余使用寿命的量是一个例子，藉以了解失败时（或失效时间）允许决策者以避免（系统运行失败
12、）而不定期的维修保养和定期的保养（在哪里使用寿命可能扔掉被更改或删除的部分时它仍有剩余使用寿命）。后一个预后的指示，决策者面临着几个可以为管理系统的健康状况而采取的行动。可以采取的行动的例子是不断变化的负载和战术控制的故障调节。更正式些说，在实物期权术语中，决策者有权利但没有义务履行维护在某一特定点在时间上3。真正的选项分析（ROA）用于为值或等值诸因PHM执行维护选项。追求量化的选项，最终将导致选择最佳管理决策的系统给出了一些要求的手段。三 实物期权管理的灵活性在本节中，会正式定义以及弥补实物期权问题向PHM问题证明ROA的适用性的特点。伴随着选择工程问题的适当方法讨论了不同的评估方法，建议
13、从实物期权，到PHM选项的映射定义的关键的变量，并提出了解决方案框架。A.实物期权期权是一种定义的灵活性的基本元素的方式。期权的关键属性是收益的不对称；期权持有人可以避免下行风险和限制的选项，他们可以利用的有利的一面同时价格的损失风险14。PHM系统上安装启用状态检修期权持有人，可以在执行特遣队维护资产的条件。如果不行使选择，选项可以直到过期都没有被使用，而不定期的维修都要执行。在后者的情况下，期权持有人会投资在PHM，但不是使用它，因此收益的不对称性。预定的价格选择，是采取行动的价格，是从获取的期权的成本不同。预定价格和工作的目的是执行一个基于条件的维护行动的成本，而不是获得期权的成本，这是
14、获取系统15成本。下面的讨论，作出了一个实物期权问题的特点。该项期权和实物期权将从这个点开始交替使用。使实物期权问题的组件如下3和16：管理的灵活性，不确定性，时间和资源限制和实施决策，获取成本（和维护）的灵活性。在这节开始，讨论了管理的灵活性。然而，值得一提的“in”来更改技术系统的实际设计创建的项目的实物期权的概念：将PHM添加到原来的系统。“in”项目中的实物期权提供一种方法来定义的基本元素的灵活性；由于剩余使用寿命预测，关于维护的多个选项出现：现在，维护或维护以后。其他类的选项是“on”项目并在项目技术当作一个黑箱14，而并非适用于PHM选项，因为它们是金融期权在技术方面的东西上采取的
15、不确定性下的投资文献中常见。这类期权的例子正在等待关键的不确定性在哪里在石油价格的石油领域投资。风险和不确定性（市场和私人）是任何工程问题的一部分。在最简单的层面上，通过PHM系统或算法检测到一个异常是伴随着不确定性。然而，我们注意到的风险和不确定性可能会解决时间（物流，备件管理，等等），使实物期权的评估从PHM系统或算法对系统17和18的整体管理效果的回报有吸引力的工具。当检测到异常时，在时间范围内，用户被允许执行的动作是选择的“生命”。如果不采取行动，维护选项可以在异常检测之间的任何一点，直到生命的尽头行使。实物期权分析也被应用于工程技术的应用，如19和20。过去的研究主要集中在成本效益比
16、率，现金流量折现，或支持决策的净现值。使用ROA在工程决策动机的重点要考虑的不确定性和管理/投资弹性能力。实物期权也被用于维修中的应用。例如，工作已经完成，包括比较不同的维修策略和对现有桥梁的养护和管理的总成本的影响三十年21。RO也被应用在维护，维修，检修（MRO）产业22，作者比较现值（PV）和RO。PV的分析结果在一个没有决定；而使用实物期权框架项目的投资。Jin等人23采用成本模式选择调度的联合生产与预防性维护的一个制造业的需求是不确定的。在文献23的模型提供了在需求不确定的环境维护决策建议。B.评估方法从金融期权估价模型的灵活性是借鉴的文献中最常用的方法。模型包括黑斯科尔斯公式，二项式格
