Reliability-Based Joint Optimization of Self-Healing Resource and Maintenance Policy for Systems in a Multisource Shock Environment

接头(建筑物) 稳健性(进化) 计算机科学 资源(消歧) 可靠性(半导体) 桥(图论) 不完美的 故障率 风险分析(工程) 适应性 资源管理(计算) 维修工程 系统工程 钥匙(锁) 资源消耗 可靠性工程 运筹学 功能(生物学) 灵活性(工程) 资源配置 随机优化 自然资源 可靠性理论 灵敏度(控制系统) 缩小 随机规划 能源消耗 维护措施 预防性维护
作者
Xiangyu Qin,Bei Wu,Ada Che
出处
期刊:IEEE Transactions on Engineering Management [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:73: 798-817
标识
DOI:10.1109/tem.2025.3635874
摘要

The integration of self-healing resources into systems presents a promising strategy for mitigating operational failure risks. However, the practical application of such systems is critically constrained by the absence of quantifiable management tools for precise performance evaluation and cost effective decision-making. To bridge this gap, we develop a reliability-based management framework tailored for systems with limited self-healing resources that are subject to both natural degradation and multi-source shocks. Unlike prior work, our study explicitly models the stochastic consumption of healing resources and the distinction between self-repairable and irreparable shocks. A closed-form reliability function is derived, with its validity confirmed through a dedicated simulation algorithm to ensure analytical rigor. Building on this foundation, we formulate a joint optimization model to simultaneously determine the optimal quantity of healing resources and the frequency of imperfect maintenance actions, with the objective of minimizing the average long-run cost rate under a availability constraint. A case study on self-healing lithium-ion batteries demonstrates that reliability improvements exhibit diminishing marginal returns as healing resources increase, offering a key managerial insight for resource planning. Extensive sensitivity analyses further confirm the robustness of the proposed methods and furnish engineering managers with actionable strategies to maintain a cost-availability balance amid cost fluctuations.
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