مهندسی سیستم و بهره‌وری

مهندسی سیستم و بهره‌وری

وابستگی خطاهای پیش‌بینی عمر مفید باقی‌مانده و ریسک انتهایی در نگهداری پیش‌بینانه چنددارایی: یک تحلیل پویایی سیستم

نوع مقاله : پژوهشی

نویسنده
گروه مدیریت، دانشکده علوم انسانی، مجتمع آموزش عالی گناباد، گناباد، ایران
چکیده
در سامانه‌های چنددارایی، دقت پیش‌بینی عمر مفید باقی‌مانده لزوماً به عملکرد مطلوب سامانه منجر نمی‌شود؛ زیرا وابستگی میان خطاهای پیش‌بینی می‌تواند بدون افزایش حجم کل تقاضا، فعال‌سازی‌های نگهداری را در زمان متمرکز کند. این پژوهش با پویایی سیستم، اثر وابستگی بین‌دارایی خطاهای پیش‌بینی را بر ریسک انتهایی منابع مشترک نگهداری بررسی می‌کند. در مدل پایه، ۱۲۰ دارایی طی ۲۸۰ چرخه و در پنج سطح وابستگی صفر تا 8/0 شبیه‌سازی شدند و مجموع تقاضای نگهداری پیش‌بینانه در همه سناریوها ۱۲۰ باقی ماند. با افزایش وابستگی، چرخه‌های دارای ورود از ۹۶ به ۳۵ کاهش و بیشینه ورود در یک چرخه از ۴ به ۱۵ افزایش یافت. با وجود کاهش 9/3 درصدی میانگین صف پیش‌بینانه، صدک ۹۵ صف 1/46 درصد و بیشینه فشار بر ظرفیت 7/147 درصد افزایش یافت. استواری نتیجه در برابر شکل‌های جایگزین تأخیر، عدم‌قطعیت ظرفیت تعمیر و میانگین زمان تعمیر، فعال‌شدن خرابی حین انتظار، اندازه سامانه از ۳۰ تا ۱۰۰۰ دارایی، کوپولای t با وابستگی دنباله‌ای، ناهمگنی دارایی‌ها، محدودیت صریح قطعات یدکی و نگاشت مستقل ظرفیت تولید آزمون شد. اثر وابستگی بر ازدحام انتهایی در اغلب این شرایط پایدار ماند، هرچند شدت آن وابسته به شرایط ساختاری و عملیاتی بود؛ در سامانه‌های بسیار کوچک و گلوگاه شدید قطعات، اثر افزایشی ضعیف‌تر شد و ظرفیت مازاد تولید توانست بخشی از پیامد پایین‌دستی را جذب کند. نتایج، تمرکز زمانی تقاضا را به‌عنوان سازوکار ریسک سیستمی معرفی می‌کند و نشان می‌دهد ارزیابی نگهداری پیش‌بینانه باید در کنار دقت حاشیه‌ای، وابستگی خطاها، شاخص‌های انتهایی صف و تاب‌آوری منابع را نیز بسنجد.

تازه های تحقیق

  • وابستگی خطاهای RUL، فعال‌سازی‌های نگهداری را در زمان متمرکز می‌کند.
  • ازدحام انتهایی در آزمون‌های استواری ساختاری پایدار می‌ماند.
  • گلوگاه‌های شدید و ظرفیت مازاد تولید، مرزهای اثر را مشخص می‌کنند.

کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Remaining Useful Life Prediction-Error Dependence and Tail Risk in Multi-Asset Predictive Maintenance: A System Dynamics Analysis

نویسنده English

Mohammad Ebrahimi
Department of Management, Faculty of Humanities, University of Gonabad, Gonabad, Iran
چکیده English

In multi-asset systems, adequate remaining useful life (RUL) prediction accuracy does not necessarily translate into satisfactory system-level performance because dependence among prediction errors can cluster maintenance activations without increasing total demand. This study uses system dynamics to isolate the effect of cross-asset RUL error dependence on tail risk in shared maintenance resources. A 120-asset baseline system is simulated for 280 cycles under five dependence levels , with total predictive-maintenance demand fixed at 120 activations. In the baseline, increasing dependence reduces active arrival cycles from 96 to 35 and increases maximum arrivals per cycle from 4 to 15. Mean predictive queue length falls by 3.9%, whereas its 95th percentile rises by 46.1% and peak capacity pressure by 147.7%. The robustness program tests alternative delay forms, repair-capacity/MTTR variation, with failures while waiting, system sizes from 30 to 1,000 assets, Student-t copulas with tail dependence, asset heterogeneity, explicit spare-parts constraints, and an independent production-capacity mapping. Across these tests, dependence-driven tail congestion remains broadly persistent, although its magnitude is condition-dependent: very small systems and severe spare-parts bottlenecks attenuate the incremental effect, while adequate production reserve can absorb downstream output loss. The results identify temporal concentration as a system-level risk mechanism and show that prognostic evaluation should complement marginal accuracy with cross-asset dependence, tail-oriented queue metrics, and resource-resilience measures.

کلیدواژه‌ها English

Predictive maintenance
Remaining useful life
Error dependence
System dynamics
Tail risk

Copyright © Mohammad Ebrahimi

 

License

This article is released under the Creative Commons Attribution (CC BY 4.0) license. Anyone is free to copy, share, translate, and adapt this article for any purpose, whether commercial or non-commercial, as long as proper citation is given to the authors and original publication.

Barlas, Y. (1996). Formal aspects of model validity and validation in system dynamics. System Dynamics Review, 12(3), 183–210. https://doi.org/10.1002/(SICI)1099-1727(199623)12:3<183::AID-SDR103>3.0.CO;2-4
Bommasani, R., Creel, K. A., Kumar, A., Jurafsky, D., & Liang, P. (2022). Picking on the same person: Does algorithmic monoculture lead to outcome homogenization? Advances in Neural Information Processing Systems, 35, 3663–3678. https://doi.org/10.52202/068431-0265
Chen, R., Zhang, C., Lu, Y., Wang, S., Du, S., & Zhang, Y. (2026). Bivariate-dependent remaining useful life prediction based on copulas and Tweedie exponential dispersion process. Reliability Engineering & System Safety, 274, 112422. https://doi.org/10.1016/j.ress.2026.112422
Crespo del Castillo, A., & Parlikad, A. K. (2024). Dynamic fleet management: Integrating predictive and preventive maintenance with operation workload balance to minimise cost. Reliability Engineering & System Safety, 249, 110243. https://doi.org/10.1016/j.ress.2024.110243
Crespo del Castillo, A., Marcos, J. A., & Parlikad, A. K. (2023). Dynamic fleet maintenance management model applied to rolling stock. Reliability Engineering & System Safety, 240, 109607. https://doi.org/10.1016/j.ress.2023.109607
de Pater, I., & Mitici, M. (2021). Predictive maintenance for multi-component systems of repairables with Remaining-Useful-Life prognostics and a limited stock of spare components. Reliability Engineering & System Safety, 214, 107761. https://doi.org/10.1016/j.ress.2021.107761
de Pater, I., & Mitici, M. (2027). Multi-stage stochastic programming for predictive maintenance scheduling with probabilistic Remaining Useful Life prognostics. Reliability Engineering & System Safety, 277, 113184. https://doi.org/10.1016/j.ress.2026.113184
Fang, G., & Pan, R. (2021). On multivariate copula modeling of dependent degradation processes. Computers & Industrial Engineering, 159, 107450. https://doi.org/10.1016/j.cie.2021.107450
Golestani, N., Arzaghi, E., Abbassi, R., Garaniya, V., & Meng, H. (2023). A system dynamics model of offshore wind farm degradation: Enabling operation and maintenance planning under foreseen asset management impacts. Applied Ocean Research, 138, 103685. https://doi.org/10.1016/j.apor.2023.103685
Hemmasian Etefagh, M. (2022). Modeling of machinery productivity management based on system dynamics approach. System Engineering and Productivity, 2(1). https://doi.org/10.22034/sep.2022.243407
Jardine, A. K. S., Lin, D., & Banjevic, D. (2006). A review on machinery diagnostics and prognostics implementing condition-based maintenance. Mechanical Systems and Signal Processing, 20(7), 1483–1510. https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2005.09.012
Ke, G., Meng, Q., Finley, T., Wang, T., Chen, W., Ma, W., Ye, Q., & Liu, T.-Y. (2017). LightGBM: A highly efficient gradient boosting decision tree. Advances in Neural Information Processing Systems, 30, 3146–3154.
Kleinberg, J., & Raghavan, M. (2021). Algorithmic monoculture and social welfare. Proceedings of the National Academy of Sciences, 118(22), e2018340118. https://doi.org/10.1073/pnas.2018340118
Landau, D., de Pater, I., Mitici, M., & Saurabh, N. (2026). Federated learning framework for collaborative remaining useful life prognostics: An aircraft engine case study. Future Generation Computer Systems, 174, 107945. https://doi.org/10.1016/j.future.2025.107945
Lee, J., & Mitici, M. (2023). Deep reinforcement learning for predictive aircraft maintenance using probabilistic Remaining-Useful-Life prognostics. Reliability Engineering & System Safety, 230, 108908. https://doi.org/10.1016/j.ress.2022.108908
Linnéusson, G., Ng, A. H. C., & Aslam, T. (2018). Towards strategic development of maintenance and its effects on production performance by using system dynamics in the automotive industry. International Journal of Production Economics, 200, 151–169. https://doi.org/10.1016/j.ijpe.2018.03.024
Marino, S., Hogue, I. B., Ray, C. J., & Kirschner, D. E. (2008). A methodology for performing global uncertainty and sensitivity analysis in systems biology. Journal of Theoretical Biology, 254(1), 178–196. https://doi.org/10.1016/j.jtbi.2008.04.011
McKay, M. D., Beckman, R. J., & Conover, W. J. (1979). A comparison of three methods for selecting values of input variables in the analysis of output from a computer code. Technometrics, 21(2), 239–245. https://doi.org/10.1080/00401706.1979.10489755
Nelsen, R. B. (2006). An introduction to copulas (2nd ed.). Springer. https://doi.org/10.1007/0-387-28678-0
Salehian, Z., & Jahan, A. (2022). Establishing a reliability-based maintenance methodology in a gas pressure reduction system. System Engineering and Productivity, 1(1), 121–136. https://doi.org/10.22034/sep.2022.243401
Saxena, A., Goebel, K., Simon, D., & Eklund, N. (2008). Damage propagation modeling for aircraft engine run-to-failure simulation. 2008 International Conference on Prognostics and Health Management, 1–9. https://doi.org/10.1109/PHM.2008.4711414
Shams, H., Hashemzadeh Khorasgani, G. R., Abbaspour Esfadan, G., Farsijani, H., & Shahmansouri, A. (2025). Presentation of a mathematical model to examine the economic advantages of maintenance strategies. System Engineering and Productivity, 5(2), 17–33. https://doi.org/10.22034/sep.2025.2051634.1264
Tamssaouet, F., Nguyen, K. T. P., Medjaher, K., & Orchard, M. E. (2023). System-level failure prognostics: Literature review and main challenges. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part O: Journal of Risk and Reliability, 237(3), 524–545. https://doi.org/10.1177/1748006X221118448
Tavakkoli-Moghaddam, H., Zegordi, S. H., & Amin-Nasseri, M. R. (2022). Online job shop scheduling and dynamic predictive maintenance by machine learning. Journal of Decisions and Operations Research, 7(3), 496–515. (In Persian). https://doi.org/10.22105/dmor.2022.310377.1504
Tseremoglou, I., Bieber, M. T., Verhagen, W. J. C., Santos, B. F., Freeman, F. C., & van Kessel, P. J. (2022). The impact of prognostic uncertainty on condition-based maintenance scheduling: An integrated approach. AIAA AVIATION 2022 Forum, AIAA 2022-3967. https://doi.org/10.2514/6.2022-3967
Yıldız, G. B., & Soylu, B. (2023). Integrating preventive and predictive maintenance policies with system dynamics: A decision table approach. Advanced Engineering Informatics, 56, 101952. https://doi.org/10.1016/j.aei.2023.101952
Zarei, M., & Keshavarzi, M. (2026). Analyzing barriers to the development of sustainable predictive maintenance in industrial equipment of petrochemical complexes using FDM-DEMATEL (A case study). System Engineering and Productivity, 6(4), 251–279. (In Persian). https://doi.org/10.22034/sep.2026.2090483.1504
Zeng, J., & Liang, Z. (2026). Predictive group maintenance using probabilistic prognostics and deep reinforcement learning. Computers & Industrial Engineering, 212, 111738. https://doi.org/10.1016/j.cie.2025.111738

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 07 آبان 1405

  • تاریخ دریافت 07 شهریور 1405
  • تاریخ بازنگری 24 مهر 1405
  • تاریخ پذیرش 07 آبان 1405
  • تاریخ اولین انتشار 07 آبان 1405
  • تاریخ انتشار 07 آبان 1405