CN104462755A - 基于可靠性模型的电子设备备件配置计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于可靠性模型的电子设备备件配置计算方法，包括：1)根据装备保障资源的情况和装备使用方要求，确定优化的备件保障概率的最低可接受值，根据装备的工作应力情况和物理结构确定备件配置计算的基本配置参数；2)分析装备完成任务时的所有的该型部件之间的相互关系，分析该型部件之间的可靠性逻辑关系，建立可靠性模型，按照可靠性模型相应的数学模型计算该型部件总的故障率；3)构建一个备件配置计算的迭代模型，得出该部件需配置的备件数量。本发明解决了备件配置的精确化问题，结合可靠性模型和可靠性预计数据，可以有效、精确地配置备件数量。

Description

基于可靠性模型的电子设备备件配置计算方法

技术领域

本发明涉及一种电子设备的备件配置计算方法。备件费用在整个装备全寿命周期费用中占有很大的比例，因而，合理规划、配置备件一直是精确化保障研究的热点，而备件规划设计的核心问题就是备件的需求数量的计算。

背景技术

对装备中的某型部件进行现场配置与否以及确定配置的数量多少，称为备品备件的配置方法。备件保障概率，即在规定保障时间内，装备中某部件发生故障需要更换该备件时不缺件的概率。随着备件保障概率的增高，现场维修不缺件的概率也就增高，也有效地满足了现场维修的需求，但随着备件保障概率的提高，对保障资源的要求也提高，要求配置更多地备件，相应的携带、运输成本也随之提高，装备的机动性能相应降低。

确定某项部件的备件数量所涉及的主要因素有该部件的可靠性、装备上使用该部件的数量、备件可用概率、该该部件对任务成败的关键性和该部件的费用成本。

电子设备的可靠性服从指数分布，现有的备件数量计算模型将装备部件的故障率和数量进行简单的相乘，没有考虑装备中部件的可靠性模型。可靠性模型为串联系统的装备，可以有效地通过此计算模型计算出的备件数量，而可靠性模型为并联系统、表决系统和储备系统的经此计算的备件数量就大于实际的需求量，从而造成基层级备件的配置压力。

通过以上分析，可以看出，现有的备件配置计算模型难以解决备件配置的精确化问题，造成了一定程度的备件过剩，浪费了保障资源。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明解决了备件配置的精确化问题，可以有效、精简地配置备件数量，减少可靠性模型为并联系统、表决系统和储备系统的备件计算问题。

根据本发明提供的一种基于可靠性模型的电子设备备件配置计算方法，包括如下步骤：

步骤1：根据装备保障资源的情况和装备使用方要求信息，确定优化的备件保障概率的最低可接受值，根据装备的工作应力情况和物理结构确定备件配置计算的基本配置参数；其中，本领域技术人员可以根据实际需要设定所述最低可接受值。

步骤2：分析装备完成任务时的所有的某型部件之间的相互关系，分析该型部件之间的可靠性逻辑关系，建立可靠性模型，按照可靠性模型相应的数学模型计算该型部件总的故障率；

步骤3：构建一个备件配置计算的迭代模型，得出该型部件需配置的备件数量。

优选地，所述可靠性模型包括可靠性框图和相应的数学模型，可靠性模型的类型包括串联系统、并联系统以及表决系统中的任一种或任多种。

优选地，所述的可靠性数学模型，具体如下：

可靠性模型为串联系统(如图1)，则n个需备件的部件的总失效率λ_n计算如式(1)：

λ_n＝n·λ_i    式(1)

可靠性模型为并联系统(如图2)，则n个需备件的部件的总失效率λ_n计算如式(2)：

${\mathrm{\λ}}_n={\mathrm{\λ}}_i\left(\frac{1}{1+\frac{1}{2}+...+\frac{1}{n}}\right)$     式(2)

可靠性模型为表决系统(如图3)，n个需备件的部件的总失效率λ_n计算如式(3)：

${\mathrm{\λ}}_n={\mathrm{\λ}}_i\frac{1}{\underset{x=r}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{x}}$     式(3)；

其中，r表示正常的部件数不小于阈值r时，1≤r≤n,设备不发生故障，λ_i为单个部件的故障率。

优选地，所述备件配置计算的迭代模型，包括：

步骤3.1：备件配置计算的迭代数学模型

其中，λ_i为装备中需备件的单个部件的故障率，n为需备件的部件在装备中的总数量，λ_n为n个需备件的部件的总失效率，t为装备将在现场运行的总工作时间，P为备件保障概率，即在规定保障时间内，需要该备件时不缺件的概率，j表示迭代算子，s表示最优的备件配置数量；

步骤3.2：将迭代算子j代入迭代数学模型自动运算，迭代算子j从0开始逐一增加，当运算结果超过给定的备件保障概率P时，迭代终止，产生最优的备件配置数量s。

优选地，λ_nt小于5。

本发明不属于智力活动规则，而是一种为了解决技术问题而采用技术手段并获得技术效果的技术方案，与现有技术相比，本发明具有如下的改进：

1、本发明采用的技术手段，包括确定最优化的备件保障概率、可靠性数学建模、应力分析法预计故障率、配置计算的迭代计算等。

2、本发明解决的技术问题，包括有效结合可靠性理论、方法进行备品备件的配置计算方法。备品备件配置计算方法一直是综合保障设计的重要问题之一。在某些装备中，曾出现备件过剩现象，需要庞大的运输、储存、保养等保障资源，且备件利用率不高，浪费了人力、物力、财力。而在有些装备中，又出现备件不足的现象，造成了维修的延误。现有工程研制中，或依经验单纯按比例配置备件数量，或简单按照故障率数据进行分析计算，而忽略了可靠性建模分析。并且，本发明通过技术手段提高了备件信息管理的计算读写开销，例如，由于科学化配置备件数量信息，因此避免了硬盘的频繁读写等等。

3、本发明得到的技术效果，包括有效地解决了备件科学配置的问题。经项目实践，通过本发明的配置计算方法的备件，可有效、合理地配置备件，同时合理、有效地避免了维修延误的问题。并且本发明解决了基层级备件配置的精确化问题，结合可靠性模型和可靠性预计数据，可以有效、精简地配置备件数量，使得对数据的处理更为精确。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是串联系统的可靠性框图。

图2是并联系统的可靠性框图。

图3是表决系统的可靠性框图。

图4某型设备中96块电路板的可靠性框图。

图5为本发明的方法流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

备件费用在整个装备全寿命周期费用中占有很大的比例，因而，合理规划、配置备件一直是精确化保障研究的热点，而备件规划设计的核心问题就是备件的需求数量的计算。本发明解决了基层级备件配置的精确化问题，结合可靠性模型和可靠性预计数据，可以有效、精简地配置备件数量。

本发明具体的技术方案是一种基于可靠性模型的电子设备备件配置计算方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)根据装备保障资源的情况和装备使用方要求，确定优化的备件保障概率的最低可接受值，根据装备的工作应力情况和物理结构确定备件配置计算的基本配置参数。运用应力分析法确定装备中需备件的单个部件的故障率λ_i，统计需备件的部件在装备中的总数量n，计算该装备将在现场运行的总工作时间t，备件保障概率P，即在规定保障时间内，需要该备件时不缺件的概率。

2)分析装备完成任务时的所有的该型部件之间的相互关系，分析该型部件之间的可靠性逻辑关系，建立可靠性模型，按照可靠性模型相应的数学模型计算该型部件总的故障率。

3)构建一个备件配置计算的迭代模型将迭代算子j代入数学模型自动运算，迭代算子j从0开始逐一增加，当运算结果超过给定的备件保障概率P时，迭代终止，产生最优的备件配置数量s。

本具体实施例是利用本发明的结合可靠性模型的配件配置计算方法，针对某装舰装备的某部件——即某电路板在舰船航行90天(即2160h)，规定的保障概率为0.95时需配置的备件数量进行配置计算。已知该电路板在该型设备中共装备96块，其可靠性框图如图4所示，应用应力分析法得出该电路板的单板故障率为λ_i＝1.65×10^-5h^-1。

由图4可以看出其可靠性框图，为两个44/48的表决系统串联而成的一个混合模型。首先按照式(3)计算单个表决系统的故障率：

${\mathrm{\λ}}_i\frac{1}{\underset{x=44}{\overset{48}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{x}}=9.2{\mathrm{\λ}}_i$

然后按照式(1)计算两个串联之后的总失效率：

λ_n＝9.2λ_i+9.2λ_i＝18.4λ_i＝3.04×10^-4h^-1

将λ_n＝3.04×10^-4h^-1、t＝2160h代入迭代模型运算出j从0开始依次迭代到2时迭代终止，此时，满足规定的备件满足率的要求，则可得出结论，需配置2件该型电路板。也就是说，备2件该板即可满足航行90天备件满足率超过0.95的随机备件要求。相对于以往的按经验法和按经典算法，本发明可结合产品的可靠性模型，有效规划保障资源配置。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (5)

1.一种基于可靠性模型的电子设备备件配置计算方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：根据装备保障资源的情况和装备使用方要求信息，确定优化的备件保障概率的最低可接受值，根据装备的工作应力情况和物理结构确定备件配置计算的基本配置参数；

步骤2：分析装备完成任务时的所有的某型部件之间的相互关系，分析该型部件之间的可靠性逻辑关系，建立可靠性模型，按照可靠性模型相应的数学模型计算该型部件总的故障率；

步骤3：构建一个备件配置计算的迭代模型，得出该型部件需配置的备件数量。

2.根据权利要求1所述的基于可靠性模型的电子设备备件配置计算方法，其特征在于，所述可靠性模型的类型包括串联系统、并联系统以及表决系统中的任一种或任多种。

3.根据权利要求1所述的基于可靠性模型的电子设备备件配置计算方法，其特征在于，所述的可靠性模型，具体如下：

可靠性模型为串联系统，则n个需备件的部件的总失效率λ_n计算如式(1)：

λ_n＝n·λ_i              式(1)

可靠性模型为并联系统，则n个需备件的部件的总失效率λ_n计算如式(2)：

${\mathrm{\λ}}_n={\mathrm{\λ}}_i\left(\frac{1}{1+\frac{1}{2}+\·\·\·+\frac{1}{n}}\right)$          式(2)

可靠性模型为表决系统，n个需备件的部件的总失效率λ_n计算如式(3)：

${\mathrm{\λ}}_n={\mathrm{\λ}}_i\frac{1}{\underset{x=r}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{x}}$       式(3)；

其中，r表示正常工作的部件数不小于阈值r时，1≤r≤n,设备不发生故障，λ_i为单个部件的故障率。

4.根据权利要求1所述的基于可靠性模型的电子设备备件配置计算方法，其特征在于，所述备件配置计算的迭代模型，包括：

步骤3.1：备件配置计算的迭代数学模型

其中，λ_i为装备中需备件的单个部件的故障率，n为需备件的部件在装备中的总数量，λ_n为n个需备件的部件的总失效率，t为装备将在现场运行的总工作时间，P为备件保障概率，即在规定保障时间内，需要该备件时不缺件的概率，j表示迭代算子，s表示最优的备件配置数量；

步骤3.2：将迭代算子j代入迭代数学模型自动运算，迭代算子j从0开始逐一增加，当运算结果超过给定的备件保障概率P时，迭代终止，产生最优的备件配置数量s。

5.根据权利要求4所述的基于可靠性模型的电子设备备件配置计算方法，其特征在于，λ_nt小于5。