設(shè)備全壽命周期管理

1、1設(shè)備全壽命周期管理1.1基本概念傳統(tǒng)的設(shè)備管理（Equipment management）主要是指設(shè)備在役期間的運(yùn)行維修管理，其出發(fā)點(diǎn)是設(shè)備可靠性的角度出發(fā)，具有為保障設(shè)備穩(wěn)定可靠運(yùn)行而進(jìn)行的維修管理的相關(guān)內(nèi)涵。包括設(shè)備資產(chǎn)的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)形態(tài)，即設(shè)備的安裝，使用，維修直至拆換，體現(xiàn)出的是設(shè)備的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。資產(chǎn)管理(Asset management)更側(cè)重于整個(gè)設(shè)備相關(guān)價(jià)值運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，其覆蓋購(gòu)置投資，折舊，維修支出，報(bào)廢等一系列資產(chǎn)壽命周期的概念，其出發(fā)點(diǎn)是整個(gè)企業(yè)運(yùn)營(yíng)的經(jīng)濟(jì)性，具有為降低運(yùn)營(yíng)成本，增加收入而管理的內(nèi)涵，體現(xiàn)出的是資產(chǎn)的價(jià)值運(yùn)動(dòng)狀態(tài)?，F(xiàn)代意義上的設(shè)備全壽命周期管理，涵蓋了資產(chǎn)管理和

2、設(shè)備管理雙重概念，應(yīng)該稱為設(shè)備資產(chǎn)全壽命周期管理（Equipment-Asset life-cycle management）更為合適，它包含了資產(chǎn)和設(shè)備管理的全過程，從采購(gòu)，（安裝）使用，維修（輪換）報(bào)廢等一系列過程，即包括設(shè)備管理，也滲透著其全過程的價(jià)值變動(dòng)過程，因此考慮設(shè)備全壽命周期管理，要綜合考慮設(shè)備的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。1.2.設(shè)備全壽命周期管理的任務(wù)以生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)為目標(biāo)，通過一系列的技術(shù)，經(jīng)濟(jì)，組織措施，對(duì)設(shè)備的規(guī)劃，設(shè)計(jì)，制造，選型，購(gòu)置，安裝，使用，維護(hù)，維修，改造，更新直至報(bào)廢的全過程進(jìn)行管理，以獲得設(shè)備壽命周期費(fèi)用最經(jīng)濟(jì)、設(shè)備綜合產(chǎn)能最高的理想目標(biāo)。1.3設(shè)備全壽命周期管理的階段設(shè)

3、備全壽命周期示意圖前 期 管 理運(yùn)行維修管理輪換報(bào)廢管理設(shè)備的全壽命周期管理包括三個(gè)階段（1. 前期管理設(shè)備的前期管理包括規(guī)劃決策，計(jì)劃，調(diào)研，購(gòu)置，庫(kù)存，直至安裝調(diào)試，試運(yùn)轉(zhuǎn)的全部過程。(1) 采購(gòu)期：在投資前期做好設(shè)備的能效分析，確認(rèn)能夠起到最佳的作用，進(jìn)而通過完善的采購(gòu)方式，進(jìn)行招標(biāo)比價(jià)，在保證性能滿足需求的情況下進(jìn)行最低成本購(gòu)置。(2) 庫(kù)存期：設(shè)備資產(chǎn)采購(gòu)?fù)瓿珊螅M(jìn)入企業(yè)庫(kù)存存放，屬于庫(kù)存管理的范疇。(3) 安裝期：此期限比較短，屬于過渡期，若此階段沒有規(guī)范管理，很可能造成庫(kù)存期與在役期之間的管理真空。（2運(yùn)行維修管理包括防止設(shè)備性能劣化而進(jìn)行的日常維護(hù)保養(yǎng)，檢查，監(jiān)測(cè)，診斷以及修理

4、，更新等管理，其目的是保證設(shè)備在運(yùn)行過程中經(jīng)常處于良好技術(shù)狀態(tài)，并有效地降低維修費(fèi)用。在設(shè)備運(yùn)行和維修過程中，可采用現(xiàn)代化管理思想和方法，如行為科學(xué)，系統(tǒng)工程，價(jià)值工程，定置管理，信息管理與分析，使用和維修成本統(tǒng)計(jì)與分析，ABC分析，PDCA方法，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，虛擬技術(shù)，可靠性維修等。（3. 輪換及報(bào)廢管理（1）輪換期：對(duì)于部分可修復(fù)設(shè)備，設(shè)備定期進(jìn)行輪換和離線修復(fù)保養(yǎng)，然后繼續(xù)更換服役。此期間的管理對(duì)于降低購(gòu)置及維修成本，重復(fù)利用設(shè)備具有一定的意義。（2）報(bào)廢期：設(shè)備整體已到使用壽命，故障頻發(fā)，影響到設(shè)備組的可靠性，其維修成本已超出設(shè)備購(gòu)置費(fèi)用，必須對(duì)設(shè)備進(jìn)行更換，更換后的設(shè)備資產(chǎn)進(jìn)行變賣或轉(zhuǎn)讓

5、或處置，相應(yīng)的費(fèi)用進(jìn)入企業(yè)營(yíng)業(yè)外收入或支出，建立完善的報(bào)廢流程，以使資產(chǎn)處置在帳管理，既有利于追溯設(shè)備使用歷史，也利于資金回籠。至此，設(shè)備壽命正式終結(jié)。1.4設(shè)備全壽命周期的閉環(huán)管理設(shè)備在管理的過程中會(huì)經(jīng)歷一系列的設(shè)備及財(cái)務(wù)的臺(tái)賬和管理及維修記錄，如設(shè)備的可靠性管理及維修費(fèi)用的歷史數(shù)據(jù)，都可以作為設(shè)備全壽命周期的分析依據(jù)，最終可以在設(shè)備報(bào)廢之后，對(duì)設(shè)備整體使用經(jīng)濟(jì)性，可靠性及其管理成本作出科學(xué)的分析，并可以輔助設(shè)備采購(gòu)決策，可以更換更加先進(jìn)的設(shè)備重新進(jìn)行全壽命周期的跟蹤，也可以仍然使用原型號(hào)的設(shè)備，并應(yīng)用原設(shè)備的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行更加科學(xué)的可靠性管理及維修策略，使其可靠性及維修經(jīng)濟(jì)更加優(yōu)化，從而使設(shè)

6、備全壽命周期管理形成閉環(huán)。1.5設(shè)備全壽命周期管理系統(tǒng) 為了從管理上達(dá)到對(duì)設(shè)備全壽命周期的合理管理，必須構(gòu)建一個(gè)適合本企業(yè)的設(shè)備全壽命周期管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅具有資產(chǎn)管理（臺(tái)賬），設(shè)備管理，維修工時(shí)和成本管理等基本功能，還應(yīng)具有信息綜合分析、報(bào)警功能和診斷專家功能等，對(duì)資產(chǎn)，故障，潤(rùn)滑，診斷，備件，維修工時(shí)，成本等信息能資源共享，進(jìn)行綜合分析（輸入數(shù)據(jù)必須準(zhǔn)確）并預(yù)報(bào)。全壽命周期管理系統(tǒng)要求將相關(guān)信息按時(shí)按規(guī)定記錄（必須真實(shí)）并輸入計(jì)算機(jī)，例如將故障類型，產(chǎn)生原因，停臺(tái)天數(shù)，維修工時(shí)，成本等相關(guān)數(shù)據(jù)及時(shí)輸入計(jì)算機(jī)，并對(duì)信息進(jìn)行分析處理，然后利用分析結(jié)果采取針對(duì)性措施，以達(dá)到故障率大幅下降的目的

7、。 （1. 設(shè)備全壽命周期管理系統(tǒng)具體的管理功能（1）前期管理功能： 設(shè)備前期管理是保持和提高其后續(xù)管理中設(shè)備技術(shù)狀態(tài)和經(jīng)濟(jì)效果的關(guān)鍵，是搞好后續(xù)管理的基礎(chǔ)。該部分主要包括設(shè)備規(guī)劃、選型、安裝、調(diào)試、驗(yàn)收、申購(gòu)計(jì)劃、申購(gòu)合同、設(shè)備租賃、廠商信息等，其中設(shè)備規(guī)劃部分主要包括年度設(shè)備使用計(jì)劃、年度設(shè)備使用費(fèi)計(jì)劃、設(shè)備使用計(jì)劃需求量等的制定。（2）臺(tái)帳管理功能： 臺(tái)帳數(shù)據(jù)是進(jìn)行設(shè)備優(yōu)化配置管理的基礎(chǔ)，反映企業(yè)設(shè)備基本信息及其資產(chǎn)狀況，具有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩部分?jǐn)?shù)據(jù)：靜態(tài)數(shù)據(jù)主要有設(shè)備編號(hào)、名稱、型號(hào)規(guī)格、廠商信息、所屬單位、原值、主要性能參數(shù)等；動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)如設(shè)備凈值、折舊額、累計(jì)能耗費(fèi)用、月有效工作臺(tái)班/

8、時(shí)數(shù)等。（3）設(shè)備狀態(tài)變動(dòng)管理功能： 記錄設(shè)備的啟用、停用、閑置，租入、租出，轉(zhuǎn)入、轉(zhuǎn)出、故障、事故、報(bào)廢等的管理，為管理決策層準(zhǔn)確快速地提供設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)。（4）運(yùn)行狀態(tài)管理功能： 記錄設(shè)備日常運(yùn)行工時(shí)信息、能源消耗信息、操作員信息等。（5）維修保養(yǎng)管理功能： 包括設(shè)備維修管理和設(shè)備保養(yǎng)管理：管理人員根據(jù)設(shè)備關(guān)鍵性及其各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)對(duì)設(shè)備分類，對(duì)不同類型的設(shè)備分別采用狀態(tài)檢測(cè)維修、定期維修、事后維修、改善性維修等不同的維修模式，維修管理包括編制及更改維修計(jì)劃，記錄維修信息，核算維修費(fèi)用；設(shè)備保養(yǎng)管理主要進(jìn)行潤(rùn)滑定標(biāo)、潤(rùn)滑實(shí)施等管理。（6）統(tǒng)計(jì)分析功能： 統(tǒng)計(jì)設(shè)備各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及綜合狀態(tài)，提

9、供針對(duì)不同管理層次需求的報(bào)表輸出。包括設(shè)備分布表、下屬部門設(shè)備分布表、工程機(jī)械費(fèi)用核算明細(xì)表、單臺(tái)機(jī)械全項(xiàng)核算明細(xì)表、單臺(tái)機(jī)械實(shí)際費(fèi)用圖表、機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)情況及經(jīng)濟(jì)核算報(bào)表、租賃設(shè)備收支核算表等。通過各種統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)及指標(biāo)，使管理者全面、快速、準(zhǔn)確的了解當(dāng)前企業(yè)機(jī)械設(shè)備資產(chǎn)及使用情況，輔助領(lǐng)導(dǎo)進(jìn)行企業(yè)管理決策。（7）備件管理功能： 對(duì)設(shè)備的備件進(jìn)行必要的庫(kù)存管理，在保證設(shè)備正常運(yùn)作的情況下，盡量降低其庫(kù)存，減少資金占用量。備件管理主要包括建立設(shè)備備件臺(tái)帳，完成備件的出入庫(kù)管理，制定備件儲(chǔ)備定額；備件采購(gòu)計(jì)劃管理；對(duì)備件進(jìn)行ABC分析，提供各類統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表。（8）系統(tǒng)維護(hù)功能： 對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)，保證系統(tǒng)良

10、好運(yùn)作。系統(tǒng)維護(hù)主要是管理、創(chuàng)建和調(diào)整系統(tǒng)的角色、用戶及其權(quán)限，并進(jìn)行系統(tǒng)操作權(quán)限分配；設(shè)置和調(diào)整系統(tǒng)的實(shí)時(shí)信息反饋；完成操作日志、數(shù)據(jù)備份及數(shù)據(jù)恢復(fù)操作。2設(shè)備全壽命周期費(fèi)用管理 2.1.基本概念設(shè)備全壽命周期費(fèi)用（Life Cycle Cost）管理是從設(shè)備的長(zhǎng)期經(jīng)濟(jì)效益出發(fā)，全面考慮設(shè)備的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、制造、購(gòu)置、安裝、運(yùn)行、維修、改造、更新，直至報(bào)廢的全過程，使LCC最小的一種管理理念和方法。LCC管理的核心內(nèi)容是從一開始就把工作做好，對(duì)設(shè)備項(xiàng)目或系統(tǒng)進(jìn)行LCC分析，并進(jìn)行決策。2.2.設(shè)備全壽命周期費(fèi)用管理國(guó)內(nèi)外應(yīng)用情況LCC概念起源于瑞典鐵路系統(tǒng)，1965年美國(guó)國(guó)防部研究實(shí)施LCC技

11、術(shù)并普及全軍，之后，英國(guó)、德國(guó)、法國(guó)、挪威等軍隊(duì)普遍運(yùn)用LCC技術(shù)。1999年6月，美國(guó)總統(tǒng)克林頓簽署政府命令，各州所需的裝備及工程項(xiàng)目，要求必須有LCC報(bào)告。沒有LCC估算、評(píng)價(jià)，一律不準(zhǔn)簽約。同年，以英國(guó)、挪威為首組建了LCC國(guó)際組織，由50個(gè)國(guó)家、地區(qū)參加。該組織為保護(hù)參加國(guó)購(gòu)置裝備的經(jīng)濟(jì)利益，要求設(shè)備、工程中間商、推銷商為買方提供LCC估算。 美國(guó)將LCC管理的方法首先應(yīng)用于核電站，因?yàn)楹穗娬窘ㄔO(shè)是以可靠作為優(yōu)先考慮因素，因而在可靠性的基礎(chǔ)進(jìn)行LCC管理，更具必要性和緊迫性。在此基礎(chǔ)上，再將該項(xiàng)技術(shù)推向了發(fā)電機(jī)、大型變壓器、勵(lì)磁機(jī)、低壓輸配電系統(tǒng)、儀用空氣系統(tǒng)。加拿大和歐洲一些國(guó)家將L

12、CC管理和可持續(xù)性發(fā)展結(jié)合起來，偏向于電力系統(tǒng)中的綠色能源，在計(jì)算成本時(shí)考慮了環(huán)境的影響。來自制造廠的專家也提出LCC管理方法在高壓開關(guān)、變電站方面的應(yīng)用。 2.3.設(shè)備全壽命周期費(fèi)用分析的方法（1 貝葉斯推斷法貝葉斯一詞源于18世紀(jì)一個(gè)牧師TOMASBAYES，由于他的發(fā)現(xiàn)，使帶有主觀經(jīng)驗(yàn)性的知識(shí)信息，被用于統(tǒng)計(jì)推斷和決策巾來。當(dāng)未來決策因素不完全確定時(shí)，必須利用所有能夠獲得的信息，包括樣本信息和先于樣本的所有信息，其中包括來自經(jīng)驗(yàn)、直覺、判斷的主觀信息，來減少來來事物的不確定性，這就是貝葉斯推斷原理。（2 馬爾可夫過程分析法由于設(shè)備的全壽命周期過程常常伴隨一定的隨機(jī)過程，而在隨機(jī)過程理論中

13、的一種重要模型就是馬爾可夫過程模型。在一個(gè)隨機(jī)過程中，對(duì)于每一初始時(shí)刻，系統(tǒng)的下一個(gè)時(shí)刻狀態(tài)概率僅與初始時(shí)刻的狀態(tài)有關(guān)，而與系統(tǒng)是怎樣和何時(shí)進(jìn)入這種狀態(tài)無關(guān)，即所謂無后效性或無記憶性，這種隨機(jī)過程稱為馬爾可夫隨機(jī)過程。（3 層次分析法（AHP）AHP是美國(guó)著名運(yùn)籌學(xué)家、匹茲堡大學(xué)教授TLSatty等人在20世紀(jì)70年代中期提出的一種定性與定量分析相結(jié)合的多準(zhǔn)則決策方法。AHP經(jīng)?？梢宰鳛橐环N確定指標(biāo)權(quán)重的方法加以應(yīng)用。AHP的特點(diǎn)是：將人的思維過程數(shù)學(xué)化、模型化、系統(tǒng)化、規(guī)范化，便于人們接受，但在運(yùn)用上也有較多的局限性。在AHP使用過程中無論是建立層次結(jié)構(gòu)還是構(gòu)造判斷矩陣，人的主觀判斷、選擇對(duì)

14、結(jié)果的影響較大。使得AHP進(jìn)行決策的主觀成分很大。鑒于標(biāo)準(zhǔn)AHP在使用中存在的不足，人們對(duì)其進(jìn)行大量的修改，這些修改主要集中在以下幾個(gè)方面：對(duì)標(biāo)度方法的修改；對(duì)單排序方法的改進(jìn)；一致性檢驗(yàn)的處理；大規(guī)模指標(biāo)判斷矩陣的給出。（3 模糊綜合評(píng)價(jià)法模糊綜合評(píng)判法是利用模糊關(guān)系合成的原理，從多個(gè)因素對(duì)評(píng)判事物隸屬情況進(jìn)行綜合性評(píng)價(jià)的一種方法。作為模糊數(shù)學(xué)的一種具體應(yīng)用方法，最早是由我國(guó)學(xué)者汪培莊提出來的。它主要分為兩步：第一步先按每個(gè)因素單獨(dú)評(píng)判；第二步再按所有因素進(jìn)行綜合評(píng)判。該方法是解決定性和定量問題的經(jīng)典方法，能夠較好解決判斷的模糊性和不確定問題，在許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。模糊綜合評(píng)判的優(yōu)點(diǎn)是可以

15、對(duì)涉及模糊因素的對(duì)象系統(tǒng)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。其不足之處是：不能解決評(píng)價(jià)指標(biāo)相關(guān)造成的評(píng)價(jià)信息重復(fù)問題，隸屬函數(shù)的確定還沒有系統(tǒng)的方法，而且合成的算法還有待進(jìn)一步探討；其評(píng)價(jià)過程大量應(yīng)用了人的主觀判斷，由于各因素權(quán)重的確定帶有一定的主觀性，因此總的來說，模糊綜合評(píng)判足一種基于主觀信息的綜合評(píng)價(jià)方法。（4 數(shù)據(jù)包絡(luò)分析（DEA）DEA是著名運(yùn)籌學(xué)家ACharnes和WWCopper等學(xué)者以“相對(duì)效率”為基礎(chǔ)發(fā)展起來的一種新的系統(tǒng)分析方法。它主要采用線性規(guī)劃方法。利用觀察到的有效樣本數(shù)據(jù)，對(duì)決策單元(Decision Making Units，DMU)進(jìn)行生產(chǎn)有效性評(píng)價(jià)。白思俊曾對(duì)DEA方法在項(xiàng)目評(píng)價(jià)中的

16、應(yīng)用進(jìn)行了研究。DEA方法是一種定量評(píng)價(jià)方法，其特點(diǎn)是完全基于指標(biāo)數(shù)據(jù)的客觀信息進(jìn)行評(píng)價(jià)，剔除了人為因素帶來的誤差。其優(yōu)點(diǎn)是評(píng)價(jià)多輸入多輸出的大系統(tǒng)，并可以利用“窗口”技術(shù)找出單元薄弱環(huán)節(jié)加以改進(jìn)。缺點(diǎn)是只能表明評(píng)價(jià)單元的相對(duì)發(fā)展指標(biāo)，無法表示出實(shí)際發(fā)展水平。（5 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）ANN評(píng)價(jià)方法是一種交互式評(píng)價(jià)方法，它可以根據(jù)用戶期望的輸出不斷修改指標(biāo)的權(quán)值，直到用戶滿意為止。ANN評(píng)價(jià)方法能夠充分考慮評(píng)價(jià)專家的經(jīng)驗(yàn)和直覺思維的模式，又能降低綜合評(píng)價(jià)過程中的不確定性因素，能夠較好解決綜合評(píng)價(jià)過程中出現(xiàn)的隨機(jī)性和評(píng)價(jià)專家主觀上的不確定性及認(rèn)識(shí)上的模糊性問題。ANN評(píng)價(jià)方法具有自適應(yīng)能力、可

17、容錯(cuò)性能夠處理非線性、非局域性的大型復(fù)雜系統(tǒng)。在對(duì)學(xué)習(xí)樣本訓(xùn)練中，無須考慮輸入因子之間的權(quán)系數(shù)，ANN通過輸出值與期望值之間的誤差比較，沿原連接權(quán)自動(dòng)地進(jìn)行調(diào)節(jié)和適應(yīng)，因此該方法體現(xiàn)了因子之間的相互作用。但ANN方法也存在一些缺點(diǎn)。如需要大量的訓(xùn)練樣本，精度不高；評(píng)價(jià)算法復(fù)雜，只能借助計(jì)算機(jī)處理；網(wǎng)絡(luò)收斂速度慢，影響評(píng)價(jià)工作效率等。（5 灰色綜合評(píng)價(jià)法灰色綜合評(píng)價(jià)方法是一種定性分析和定量分析相結(jié)合的綜合評(píng)價(jià)方法，這種方法可以較好的解決評(píng)價(jià)指標(biāo)難以準(zhǔn)確量化和統(tǒng)計(jì)的問題，可以排除人為因素帶來的影響，使評(píng)價(jià)結(jié)果更加客觀準(zhǔn)確。其整個(gè)計(jì)算過程簡(jiǎn)單，通俗易懂。易為人們所掌握；數(shù)據(jù)不必進(jìn)行歸一化處理，可用原

18、始數(shù)據(jù)進(jìn)行直接計(jì)算，可靠性強(qiáng)；評(píng)價(jià)指標(biāo)體系可以根據(jù)具體情況增減；無須大量樣本，只要有代表性的少量樣本即可。缺點(diǎn)是要求樣本數(shù)據(jù)具有時(shí)間序列特性。而且，基于灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)的綜合評(píng)價(jià)具有相對(duì)評(píng)價(jià)的全部缺點(diǎn)。另外，灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)的計(jì)算還需要確定“分辨率”，而它的選擇并沒有一個(gè)合理的標(biāo)準(zhǔn)。在以上幾種方法中，目前最為流行的是人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和灰色綜合評(píng)價(jià)法。下面詳細(xì)介紹神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及灰色理論在設(shè)備全壽命周期費(fèi)用分析的應(yīng)用。2.4.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在設(shè)備全壽命費(fèi)用分析中的應(yīng)用在設(shè)備全壽命分析過程中，全壽命費(fèi)用與其影響因素之間存在著極其復(fù)雜的非線性關(guān)系，對(duì)這一非線性關(guān)系的模擬和識(shí)別及其全局優(yōu)化問題還沒有得到很好的解決。近幾年來神

19、經(jīng)網(wǎng)絡(luò)得到了飛速的發(fā)展，已廣泛應(yīng)用于人工智能、自動(dòng)控制、統(tǒng)計(jì)學(xué)等領(lǐng)域，特別是 BP網(wǎng)絡(luò)以其良好的非線性功能、自學(xué)習(xí)功能等許多優(yōu)良特性而在很多領(lǐng)域獲得了成功，已漸漸成為解決此類問題的工具。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及BP網(wǎng)絡(luò)原理人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)并行和分布式的信息處理網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。近年較為流行的反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（簡(jiǎn)稱BP，Back Propagation）網(wǎng)絡(luò)，以其良好的非線性映射能力而成為一種應(yīng)用最廣泛的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。它在分類， 預(yù)測(cè)，故障診斷和參數(shù)檢測(cè)中具有廣泛的應(yīng)用。BP網(wǎng)絡(luò)算法的學(xué)習(xí)過程，由正向傳播和反向傳播組成。通常標(biāo)準(zhǔn)的BP網(wǎng)絡(luò)由3層神經(jīng)元組成， 最下一層為輸入層， 中間層為隱含層， 最上層為輸出層，

20、每層由若干神經(jīng)元組成。各層次之間的神經(jīng)元形成全互連接，各層次內(nèi)的神經(jīng)元之間沒有連接。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測(cè)功能是通過誤差的反向傳播學(xué)習(xí)算法來實(shí)現(xiàn)。其主要思想是：對(duì)于個(gè)學(xué)習(xí)樣本：，. ，與其對(duì)應(yīng)的輸出樣本為：，. 學(xué)習(xí)的目的是用網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際輸出，. 與目標(biāo)矢量，. 之間的誤差來修改其權(quán)值，使與期望的盡可能的接近，即使網(wǎng)絡(luò)輸出層的誤差平方和最小。它通過連續(xù)不斷的相對(duì)于誤差函數(shù)斜率下降方向上，計(jì)算網(wǎng)絡(luò)權(quán)和偏差的變化而逼近目標(biāo)。每一次權(quán)值和偏差的變化都與網(wǎng)絡(luò)誤差成正比，并以反向傳播的方式傳輸?shù)矫恳粚?。設(shè)輸入為P，輸入神經(jīng)元有r個(gè)，隱含層內(nèi)有s1個(gè)神經(jīng)元，激活函數(shù)為f1，輸出層內(nèi)有s2個(gè)神經(jīng)元，對(duì)應(yīng)的激活函數(shù)

21、為f2， 輸出為A，目標(biāo)矢量為T，其步驟如下：（1） 隱含層中第i個(gè)神經(jīng)元的輸出： （2） 隱含層中第k個(gè)神經(jīng)元的輸出： （3）定義誤差函數(shù)為： （4）用梯度法求輸出層的權(quán)值變化對(duì)從第i個(gè)輸入到第k個(gè)輸出的權(quán)值變化為：其中 同理可得：（5）利用梯度法求隱含層權(quán)值變化對(duì)從第j個(gè)輸入到第i個(gè)輸出的權(quán)值為：其中： 2.4.1全壽命費(fèi)用預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)（1全壽命費(fèi)用分解結(jié)構(gòu)的構(gòu)成因素全壽命費(fèi)用可認(rèn)為是設(shè)備從其概念系統(tǒng)方案的形成到設(shè)備退役為止，這一壽命剖面的各個(gè)事件內(nèi)所消耗的總費(fèi)用，即設(shè)備在開發(fā)、試驗(yàn)、 裝備、使用、維護(hù)一直到最后廢棄或退役等過程中各項(xiàng)費(fèi)用總和。為了便于對(duì)全壽命費(fèi)用進(jìn)行估算和組織管理

22、。通常按設(shè)備類別和系統(tǒng)分析原理進(jìn)行費(fèi)用分解。在提出設(shè)備在其壽命周期內(nèi)的費(fèi)用分解結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)準(zhǔn)確的估算或預(yù)測(cè)出在全壽命階段設(shè)備的全壽命費(fèi)用，并同時(shí)對(duì)各項(xiàng)費(fèi)用做出合理評(píng)價(jià)。根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，通常構(gòu)成全壽命費(fèi)用分解結(jié)構(gòu)有以下幾個(gè)方面：（1）研究與研制費(fèi)研究與研制費(fèi)是指設(shè)備的全部技術(shù)研究、型號(hào)設(shè)計(jì)、樣機(jī)和原型機(jī)制造、各種試驗(yàn)和鑒定的費(fèi)用。研究和研制費(fèi)基本上是固定的且是一次性支付的，與最終該型設(shè)備的生產(chǎn)量無關(guān)。（2）最初投資費(fèi)用最初投資費(fèi)用是最初工廠裝備一套設(shè)備所花的全部費(fèi)用，主要包括設(shè)備的采購(gòu)費(fèi)，包括生產(chǎn)費(fèi)、運(yùn)輸費(fèi)等、設(shè)施建筑費(fèi)、人員訓(xùn)練費(fèi)及首批備件的采購(gòu)費(fèi)。 最初投資費(fèi)用也是一次性支付的。（3）使用保障

23、費(fèi)用使用保障費(fèi)用是一個(gè)設(shè)備在裝備之后，使用過程中所需的全部費(fèi)用。這些費(fèi)用包括能源費(fèi)用、使用費(fèi)用、維護(hù)修理費(fèi)用等。使用保障費(fèi)用通常要高于研究與研制費(fèi)用和最初投資費(fèi)用。 （4）退役費(fèi)用退役費(fèi)用是設(shè)備退役或報(bào)廢時(shí)，加以處理所用的費(fèi)用。與前 3類相比，退役費(fèi)用的數(shù)額很小。（2全壽命費(fèi)用預(yù)測(cè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型設(shè)計(jì)現(xiàn)在的問題已經(jīng)不是設(shè)備的研究與研制費(fèi)、最初投資費(fèi)、使用保障費(fèi)和退役費(fèi)等分別加以管理，而是把這幾個(gè)環(huán)節(jié)結(jié)合起來作為全壽命費(fèi)用進(jìn)行綜合管理。為了給設(shè)備的全壽命分析提供一個(gè)參考依據(jù)，可以運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模型設(shè)計(jì)方法，對(duì)整個(gè)設(shè)備的全系統(tǒng)、全壽命費(fèi)用進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)，得出其預(yù)測(cè)模型。（1）輸入輸出層的設(shè)計(jì)對(duì)于設(shè)備的全

24、壽命費(fèi)用而言，按照以上的 4個(gè)分解結(jié)構(gòu)就可以把其應(yīng)用到實(shí)際中， 但這并不是包括了全部費(fèi)用。在實(shí)際使用中，根據(jù)影響費(fèi)用因素的重要程度，可以分為采購(gòu)費(fèi)、使用費(fèi)、維修費(fèi)、后勤保障費(fèi)、培訓(xùn)費(fèi)、技術(shù)改進(jìn)費(fèi)和退役處理費(fèi)等，其中已包括了主要費(fèi)用因素。依據(jù)BP網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)特性不考慮各因素之間的相互影響關(guān)系，即各層次內(nèi)的神經(jīng)元之間沒有連接，可以選其作為輸入層，其輸入節(jié)點(diǎn)數(shù)為7。輸出層為全壽命費(fèi)用，則輸出層的節(jié)點(diǎn)數(shù)為1。（2）隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)及選取隱含層節(jié)點(diǎn)選取是一個(gè)復(fù)雜的問題，節(jié)點(diǎn)數(shù)太多會(huì)導(dǎo)致訓(xùn)練時(shí)間過長(zhǎng)，誤差可能達(dá)不到預(yù)期的要求。若節(jié)點(diǎn)數(shù)太少會(huì)導(dǎo)致容錯(cuò)性較差，不能識(shí)別新的樣本。所以隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來選取，一般

25、的選取方法如下：式中：為隱含層節(jié)點(diǎn)的數(shù)目；為輸入層節(jié)點(diǎn)數(shù)；為輸出層節(jié)點(diǎn)數(shù)；為1-10,的常數(shù)，根據(jù)上式權(quán)衡最優(yōu)可以確定隱含層的節(jié)點(diǎn)數(shù)為5。（3）初始權(quán)值的選取由于在設(shè)備全壽命費(fèi)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型設(shè)計(jì)中，費(fèi)用是呈非線性變化的，因而，初始權(quán)值的選取對(duì)于是否能達(dá)到所預(yù)計(jì)的全壽命費(fèi)用最小，是否能夠收斂以及訓(xùn)練時(shí)間的長(zhǎng)短等關(guān)系很大，那么在模型預(yù)測(cè)過程中，如果初始權(quán)值太大，使得加權(quán)之后的輸入和N落在了網(wǎng)絡(luò)模型的S型激活函數(shù)的飽和期中，從而會(huì)導(dǎo)致非常小。而在其后計(jì)算各個(gè)階段費(fèi)用的權(quán)值修正公式中，因?yàn)檎扔?，?dāng)時(shí)，則有，使得，從而使得調(diào)節(jié)過程幾乎停頓不前，不能如期完成對(duì)某類設(shè)備的全壽命費(fèi)用預(yù)測(cè)。所以，一般總是希望

26、經(jīng)過初始加權(quán)后的每個(gè)費(fèi)用神經(jīng)元的輸出值都應(yīng)為零，這樣才可以保證費(fèi)用神經(jīng)元都能夠在s型函數(shù)最大之處進(jìn)行調(diào)節(jié)。所以，一般取初始權(quán)值在(-1,1)之間的隨機(jī)數(shù)，對(duì)于在全壽命費(fèi)預(yù)測(cè)中的2層網(wǎng)絡(luò)，為了防止出現(xiàn)局部最小值，不收斂或訓(xùn)練時(shí)間過長(zhǎng)等情況，可以采用威得羅選定初始權(quán)值的策略，選擇權(quán)值的量級(jí)為，其中，為第1層神經(jīng)元的數(shù)目。利用此法可以在較少的訓(xùn)練次數(shù)下得到滿意的費(fèi)用結(jié)果。（4）目標(biāo)值的選取在設(shè)備的設(shè)計(jì)開始，就應(yīng)對(duì)其全壽命費(fèi)用進(jìn)行論證。根據(jù)支付費(fèi)用狀況，采用多元回歸法、參數(shù)費(fèi)用法、類推費(fèi)用法、外推費(fèi)用法、估算費(fèi)用法等來估算此設(shè)備的預(yù)期費(fèi)用，作為輸出的目標(biāo)值。設(shè)計(jì)者依據(jù)設(shè)備全壽命費(fèi)用目標(biāo)值來確定期望誤差

27、值，以及依照精度的要求來選定最大循環(huán)次數(shù)。通過以上的分析可得網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1。在對(duì)此網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練的過程中，先要取一定數(shù)量的樣本，選定其初始權(quán)值進(jìn)行學(xué)習(xí)，然后其輸出層的結(jié)果即為全壽命費(fèi)用。在對(duì)全壽命費(fèi)用的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測(cè)模型中，要用各個(gè)費(fèi)用的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，可以得出最佳的效果，對(duì)于各個(gè)費(fèi)用和全壽命費(fèi)用之間不需要作出更多的假設(shè)，其分析過程可以從預(yù)測(cè)模型的自適應(yīng)學(xué)習(xí)中獲得，從而大大減少了人為的影響， 對(duì)全壽命費(fèi)用的預(yù)測(cè)會(huì)更高。2.5.灰色理論在設(shè)備全壽命費(fèi)用分析中的應(yīng)用灰色系統(tǒng)理論主要研究系統(tǒng)模型不明確、行為信息不完全、運(yùn)行機(jī)制不清楚系統(tǒng)的建模、預(yù)測(cè)、決策和控制，在研究系統(tǒng)時(shí)，該理論能夠抓住表征信息，

28、利用關(guān)聯(lián)分析、灰色聚類、灰數(shù)生成、灰色建模等信息加工手段，尋求系統(tǒng)內(nèi)在規(guī)律，用于預(yù)測(cè)系統(tǒng)未來的發(fā)展?fàn)顟B(tài)。2.5.1設(shè)備全壽命費(fèi)用預(yù)測(cè)指標(biāo)體系對(duì)設(shè)備費(fèi)用進(jìn)行預(yù)測(cè)必須對(duì)設(shè)備體系進(jìn)行分析，同時(shí)還需要對(duì)設(shè)備從生產(chǎn)到報(bào)廢中所涉及到的各個(gè)階段的費(fèi)用進(jìn)行分析即進(jìn)行所謂的全壽命費(fèi)用分析。（1設(shè)備全壽命費(fèi)用結(jié)構(gòu)設(shè)備全壽命費(fèi)用是設(shè)備在預(yù)定的壽命周期內(nèi)，由于設(shè)備的論證、研制、生產(chǎn)、使用、維修和保障直至報(bào)廢所所產(chǎn)生的費(fèi)用之和，包括直接和間接費(fèi)用、經(jīng)常性和一次性費(fèi)用及其他有關(guān)費(fèi)用。設(shè)備全壽命費(fèi)用構(gòu)成可以是多視角的，為了分析方便，根據(jù)再生產(chǎn)原理，從資金循環(huán)周期看，設(shè)備壽命周期全過程可劃分為預(yù)研、研制、試驗(yàn)、生產(chǎn)、部署、使用和退役處置等階段，概括為科研、采購(gòu)和維修三個(gè)階段，以此形成相應(yīng)的經(jīng)費(fèi)構(gòu)成。對(duì)設(shè)備全壽命費(fèi)用宏觀預(yù)測(cè)，實(shí)質(zhì)是按照從裝備需求到經(jīng)費(fèi)需求的思路，確定出設(shè)備全壽命費(fèi)用宏觀預(yù)測(cè)的指標(biāo)體系，以指標(biāo)體系為預(yù)測(cè)和分析的依據(jù)。（2 設(shè)備全壽命費(fèi)用預(yù)測(cè)指標(biāo)體系設(shè)備全壽命費(fèi)用預(yù)測(cè)，既包括費(fèi)用總量預(yù)測(cè)，又包括費(fèi)用結(jié)構(gòu)比例預(yù)測(cè)，而不同類別的費(fèi)用結(jié)構(gòu)又是一個(gè)相對(duì)的費(fèi)用總量。費(fèi)用總量和費(fèi)用結(jié)構(gòu)比例不是一成不變的，有影響其總量和結(jié)構(gòu)比例的因素，這些影響的變化，會(huì)使費(fèi)用總量和費(fèi)用結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。其中主要的因素是價(jià)格指數(shù)對(duì)價(jià)格的影響，引起設(shè)備費(fèi)用的變化。所以對(duì)