伴随着改革开放40年的巨大成功,我国制造业不仅为国内经济和社会发展做出了重要贡献,而且成为了推动世界经济增长的主要引擎。但是,面对当前复杂多变的国际竞争格局对我国制造业形成的“双向”挑战,以及未来一个时期内新一轮科技革命带来的产业变革,我国制造业必须以提高制造业创新能力和基础能力为重点,推进信息技术与制造技术深度融合,促进制造业朝高端、智能、绿色、服务方向发展,培育制造业竞争新优势。缸体生产线作为汽车制造业中的关键环节,是由多类型生产设备,如高档数控机床、机器人和检测设备等组合而成的复杂系统。为了保障缸体加工的生产效率,企业对缸体生产线及其组成设备的可用度具有很高的要求,否则由于设备故障造成的生产线停产很可能导致企业付出巨大的违约损失;而且,由于不同设备具有不同的可用度和老化特性,使得缸体生产线在其寿命周期内也具有多状态的可用度并呈现劣化趋势。当前有关缸体生产线可用度的研究主要关注生产线及其设备的稳态可用度,关于寿命周期内生产线可用性随时间变化及优化策略研究仍存在空白。鉴于以上原因,本文依托国家重大专项课题,以国内某发动机缸体生产线为研究对象,从多状态系统的角度提出了寿命周期内缸体生产线及其组成设备的可用性随时间变化的过程,并定义为动态可用度,并基于评估结果有针对的提出两种缸体生产线寿命周期内动态可用度优化策略。论文主要研究内容如下:(1)基于非齐次马尔科夫奖励模型(Non-homogeneous Markov reward model,NHMRM)提出缸体生产线组成设备寿命周期内可用性统计分析方法,并以该生产线中主要生产设备——加工中心为例说明所提出方法的可行性和优越性。该方法考虑加工中心多故障模式特征,认为寿命周期内加工中心运行状态的变化是由其系统模块状态变化引起的,得到了多状态加工中心的状态转移过程;利用NHMRM计算寿命周期内加工中心状态变化所累积的奖励,进而得到多状态加工中心动态可用度。为后续缸体生产线动态可用性分析和优化提供了重要的分析基础。(2)针对传统多状态系统分析过程中常见的“状态维度爆炸问题”,提出了基于Lz变换方法的多状态缸体生产线动态可用度评估方法。该方法首先根据缸体生产线组织结构和设备故障过程建立了可靠性框图;然后依据可靠性框图选定相应的通用生成算子将单个设备的Lz变换进行整合得到生产线的Lz变换,进而定量地确定缸体生产线在不同产能要求下的动态可用度和相应产能变化,为企业安排合理的生产任务提供决策依据;最后进行生产线重要度分析,确定影响缸体生产线动态可用度的关键工位,为后续生产线动态可用度优化策略研究做好准备。(3)考虑生产现场采用的事后维修结合年度小修及随机大修的维修实际,以关键工位可靠性相关成本和预期可用度水平为约束,制定关键工位最优维修计划。首先利用Kijima虚拟寿命模型和扩展周期性不完全预防维修(EPIPM)模型确定关键工位在经历预防维修后故障率变化情况;然后采用NHMRM确定寿命周期内关键工位维修优化目标函数;引入遗传算法(Genetic algorithm,GA)确定关键工位在寿命周期内的最佳维修计划。最终,通过数值案例证明所提出方法对优化该生产线动态可用度是可行有效的。(4)考虑缸体生产线各工位产能不平衡及现场工位间无缓存区的实际情况,提出基于两阶段随机模型的生产线中间缓存区容量分析方法,研究中间缓存区容量对老化设备动态可用度的影响并以此提出合理的中间缓存区设计方案,实现缸体生产线动态可用度优化目标。两阶段随机模型的第一阶段是要生成既不堵塞也不饥饿的等效加工域模型;第二阶段考虑中间缓存区有使生产系统的刚性联结转化为柔性连接作用,建立等效生产线的动态可用度模型;然后按照预期的可用度要求,确定缸体生产线中间缓存区设计方案。结果表明,合理的中间缓存区容量设计能有效地提高缸体生产线动态可用度。最终通过比较两种优化策略对该缸体生产线动态可用度的改善效果,选出效果更佳的优化策略,为后续实际进行该生产线可用度优化工作或新生产线布局方案设计提供决策依据。