CN111898834B - 一种雷达备件优化方法、系统、介质及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种雷达备件优化方法、系统、介质及设备。方法包括：采集雷达装备数据，雷达装备数据包括装机数k、失效率λ和周转期内累计工作时间t；当装机数k小于第一预设值时，将雷达装备数据代入服从二项式分布公式的雷达备件数量计算公式，获得雷达待备件零部件的备件数量。本发明实施例在装机数小于预设值时，将雷达装备数据代入服从二项式分布公式的雷达备件数量计算公式直接获得雷达待备件零部件的备件数量，克服了现有备件方式无法直接给出备件数量的解析表达式的缺点，节省了雷达备件方案编制的人力和时间，为合理确定备件品种和数量，保证雷达装备具有较高的可用度，最大限度提高武器系统战备完好性等奠定基础。

Description

一种雷达备件优化方法、系统、介质及设备
技术领域
本发明涉及雷达技术领域，尤其涉及一种雷达备件优化方法、系统、介质及设备。
背景技术
备件是实施雷达系统综合保障的物质基础，是形成武器装备保障能力、保持装备作战能力的重要条件。在当前雷达系统日益复杂、备件价格急剧攀升的大背景下，备件供应工作直接影响着雷达系统的使用可用度、任务成功性以及全寿命周期费用，其重要性已经日渐凸显。
然而，目前雷达系统备件的使用情况并不乐观，一方面很多在役武器装备因缺乏备件而影响了战斗力，另一方面基层级和中继级的维修单位备件使用率又不足50％，“用不足、存不需”的现象依然严重。在当前的综合保障体制下，换件维修还是基层作战单位的主要维修方式，因此，备件优化问题已成为部队和工业部门研究人员开展雷达系统保障工作的重点方向。
现有技术中，根据寿命件备件需求量模型计算备件数量，但该计算模型无法直接获得备件数量，需要试探性向模型中输入备件数量，判断模型是否满足预设条件，当模型满足预设条件时，则向模型中输入的备件数量为所需的备件数量。上述方式无法直接获得备件数量，计算过程耗时长、效率低，无法快速准确地确定备件品种和数量，无法保证雷达装备的可用度及武器系统的战备完好性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的问题，提供一种雷达备件优化方法、系统、介质及设备。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种雷达备件优化方法，包括：
采集雷达装备数据，所述雷达装备数据包括装机数k、失效率λ和周转期内累计工作时间t；
当所述装机数k小于第一预设值时，将所述雷达装备数据代入服从二项式分布公式的雷达备件数量计算公式，获得雷达待备件零部件的备件数量。
为解决上述技术问题，本发明实施例还提供一种雷达备件优化系统，包括：
数据采集模块，用于采集雷达装备数据，所述雷达装备数据包括装机数k、失效率λ和周转期内累计工作时间t；
备件数量计算模块，用于当所述装机数k小于第一预设值时，将所述雷达装备数据代入服从二项式分布公式的雷达备件数量计算公式，获得雷达待备件零部件的备件数量。
为解决上述技术问题，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，包括指令，当所述指令在计算机上运行时，使所述计算机执行上述技术方案所述的雷达备件优化方法。
为解决上述技术问题，本发明实施例还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上的并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述技术方案所述的雷达备件优化方法。
本发明的有益效果是：本发明实施例提供一种便捷的雷达备件优化方案，在装机数小于预设值的条件下，将雷达装备数据代入服从二项式分布公式的雷达备件数量计算公式，获得雷达待备件零部件的备件数量。通过服从二项式分布公式的雷达备件数量计算公式直接获得雷达待备件零部件的备件数量，克服了现有备件方式无法直接给出备件数量的解析表达式的缺点，进而节省了雷达备件方案编制的人力和时间，为合理确定备件品种和数量，保证雷达装备具有较高的可用度，最大限度提高武器系统战备完好性等奠定基础。
本发明附加的方面及其优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明实践了解到。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的雷达备件优化方法的示意性流程图；
图2为本发明另一实施例提供的雷达备件优化方法的示意性流程图；
图3为本发明实施例提供的冗余系统模型的可靠性框图；
图4为本发明实施例提供的并联系统模型的可靠性框图；
图5为本发明实施例提供的雷达备件优化系统结构框图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
本发明实施例提供一种雷达备件优化方法。如图1和2所示，该方法包括：
S110，采集雷达装备数据，所述雷达装备数据包括装机数k、失效率λ和周转期内累计工作时间t；
S120，当所述装机数k小于第一预设值时，将所述雷达装备数据代入服从二项式分布公式的雷达备件数量计算公式，获得雷达待备件零部件的备件数量。
具体地，所述服从二项式分布公式的雷达备件数量计算公式如下：
其中，s为雷达待备件零部件的备件数量，代表向上取整，n代表可靠度大于或等于p0时所需的所述雷达待备件零部件的总数量，p0为所述待备件零部件的预设保障概率阈值，如p0取99％，k代表装机数，λ为失效率和t为周转期内累计工作时间。
本发明实施例提供一种便捷的雷达备件优化方法，在装机数小于预设值的条件下，将雷达装备数据代入服从二项式分布公式的雷达备件数量计算公式，获得雷达待备件零部件的备件数量。通过服从二项式分布公式的雷达备件数量计算公式直接获得雷达待备件零部件的备件数量，克服了现有备件方式无法直接给出备件数量的解析表达式的缺点，进而节省了雷达备件方案编制的人力和时间，为合理确定备件品种和数量，保证雷达装备具有较高的可用度，最大限度提高武器系统战备完好性等奠定基础。本方法适应性强、结果准确合理，适用于雷达备件个数的计算和视情维修方案的设计。
如图2，所述第一预设值取值可以为20个。且当所述装机数k大于或等于第一预设值时，将所述雷达装备数据代入服从泊松分布公式的备件保障概率计算公式，获得雷达待备件零部件的备件数量。
具体地所述服从泊松分布公式的备件保障概率计算公式如下：
其中，P为备件保障概率，s为雷达待备件零部件的备件数量，k代表装机数，λ为失效率和t为周转期内累计工作时间，p0为所述待备件零部件的预设保障概率阈值。该实施例中，P0取值可以为99％。
如图2所示，当计算出雷达待备件零部件的备件数量s后，还包括根据所述雷达待备件零部件的备件数量检验满足率是否大于或等于第二预设值。所述第二预设值取值为95％。
即根据求出的备件数量s，计算备件满足检验P≥95％是否成立。
本发明实施例根据以下方法确定不同条件下雷达备件数量计算公式。
首先，进行任务可靠性建模。
这里考虑的问题为k/n冗余结构。此结构要求n个完全相同且相互独立的单元中至少有k个单元正常工作，系统才能正常工作。显然k≤n。k/n冗余结构属于工作贮备模型，它是大幅度提升任务可靠度的决定性手段。对于冗余系统(也称表决系统)模型，可靠性框图如图3所示。
不妨设R为每个单元的可靠度，首先考虑如下两种特殊情形：(1)若k＝1，则这n个单元实际上是并联连接的，此时系统的可靠度为Rs＝1-(1-R)n；(2)若k＝n，则这n个单元实际上是串联连接的，此时系统的可靠度为Rs＝Rn。
一般情形下，设每个单元都相互独立且可靠度均为R，则系统的可靠度可以通过二项分布定理获得，即：
上式中第一项Rn是n个单元都正常工作的概率；第二项是某一个单元故障，而其余n-1个单元正常工作的概率；…；第k+1项/>是某k个单元正常工作，而其余n-k个单元故障的概率。
由于指数分布在可靠性理论中应用最为广泛，并且根据装备的故障数据可以很容易地检验出雷达产品的寿命分布是否为指数分布，因此下面将以指数分布为例推导备件计算公式。
若产品的故障分布律服从指数分布，且设每个单元的故障率为λi＝λ，i＝1,2,…,n，即单元可靠度由Ri(t)＝e-λt给出，从而系统的可靠度Rs(t)可以表示为：
于是k/n冗余系统的平均严重故障间隔时间MTBCF可以表示为：
其次，根据不同装机数推导备件计算公式。
首先考虑装机数为1时的情形。即在k/n冗余系统中取k＝1，此时冗余结构为并联系统模型。当组成系统的所有单元故障时系统才故障的系统称为并联系统，显然并联系统属于工作储备模型。对于并联系统模型，可靠性框图如图4所示。
设Rs(t)是系统的可靠度，Ri(t)是单元的可靠度，并且λi＝λ，i＝1,2,…,n。当不考虑维修时(包括系统不能维修或不维修)，显然有，
显然，并联系统是一个冗余系统，它的可靠度高于每一个单元的可靠度，就好似有许多钢丝编成的钢丝绳的可靠度，钢丝绳的寿命由具有寿命最长，强度最大的钢丝决定。
若要使得并联系统在某一段时间内出现故障的概率小于q0，如q0取值为1％，则任务可靠性大于或等于1-q0，另p0＝1-q0，可得，
Rs(t)＝1-(1-e-λt)n≥p0；
即要求所需总数量n满足如下公式：
考虑装机数为2时的情形。即在k/n冗余系统中取k＝2，此时由任务可靠性可得，
即要求所需总数量n满足如下公式：
考虑装机数为k时的情形。此时由任务可靠性可得，
即要求所需总数量n满足：
最后考虑装机数k特别大时，例如k≥20的情形。由上面的推导可以看出，配套数为1时的备件公式(1)是精确计算结果，而配套数多于1个时的备件公式(2)和(3)为近似计算结果。特别地，若装机数k特别大(尤其是k≥20的情形)，则公式(3)由于省略了很多项将导致误差非常大。此时，不妨直接用备件满足率公式求出备件数s，或者采用如下公式求出所需总数n的近似值。
对于LRU产品的装机数为k的一般情形，都可以采用公式(3)或(4)得到该LRU产品在给定时间段满足故障概率要求的所需总数量。据此，由LRU清单可以计算出相应产品在故障概率小于1％情形下的备件数量。
接着，求出备件数量并检验满足率。
根据随机过程理论，当失效时间服从指数分布时失效数将服从泊松分布。因此备件满足率按照GJB4355-2002附录C.4.1中寿命件备件需求量模型计算，即，
在上式中，p为备件保障概率，即在规定保障时间内某零部件一旦出现故障就立即可以用备件来更换的概率；s为装备中该零部件根据任务可靠性建模计算出的备件数量；k为该零部件在装备过程中的装机数；λ为失效率；t为周转期内累计工作时间。
根据前述步骤推导出的公式，再次检验备件满足率，从而验证该模型算法的有效性。备件满足率将按(5)式进行计算，其中备件数量s为所需总数量n经处理后的结果( 表示向上取整)。检验表明，如果按照前述步骤推导出的计算公式进行备件，那么几乎所有产品的备件满足率均大于95％，即该装备在规定保障时间内不发生故障的概率大于95％，从而保证了装备的正常作战值班要求。
备件满足率公式无法给出备件数量s的显示表达，而泊松分布跟二项分布极为近似，在一定条件下两者基本等同，因此本发明提出用二项分布求备件个数。该方法可以直接给出备件数量s的解析表达式。
根据前述确定雷达备件的优化方法和步骤，以某型雷达装备的两个LRU产品为例进行说明。
对于某型雷达装备的单刀四掷开关，装机数为1，单件失效率为λ＝5.7×10-6h-1，考虑工作时间t＝8760h(1年)，若要使得其出现故障的概率小于1％，则要求所需总数量不少于1.5239个，即备件数量s＝1。这是因为k＝1，运用公式计算得出n≥1.5239，从而事实上，如果该单刀四掷开关工作一年，若不另外备件，则由备件满足率公式得出保障概率p＝0.9513；若有一个备件，则备件满足率为p＝0.9988，即不发生故障的概率为99.88％，从而达到了使用要求。
对于该型雷达装备的波控运算插件，装机数为24，单件失效率为λ＝6.8×10-6h-1，仍然考虑工作时间t＝8760h(1年)，若要使得其出现故障的概率小于1％，则要求备件数量s＝5。这是因为k＝24，直接运用备件满足率公式，如果该波控运算插件工作一年，若不另外备件，则保障概率p＝0.2394；若有一个备件，则保障概率p＝0.5816；若有两个备件，则保障概率p＝0.8263；若有三个备件，则保障概率p＝0.9429；若有四个备件，则保障概率p＝0.9845；若有五个备件，则备件满足率为p＝0.9965，即不发生故障的概率为99.65％，从而达到了使用要求。
同理可以确定该型雷达装备连续工作一年的备件品种和数量，这对于保证装备具有较高的可用度，最大限度提高战备完好性等具有重要意义。
上文结合图1至图4，详细描述了根据本发明实施例提供的雷达备件优化方法。下面结合图5，详细描述本发明实施例提供的雷达备件优化系统。
如图5所示，本发明实施例还提供一种雷达备件优化系统，包括：数据采集模块和备件数量计算模块。
数据采集模块用于采集雷达装备数据，所述雷达装备数据包括装机数k、失效率λ和周转期内累计工作时间t；备件数量计算模块用于当所述装机数k小于第一预设值时，将所述雷达装备数据代入服从二项式分布公式的雷达备件数量计算公式，获得雷达待备件零部件的备件数量。
具体地，所述服从二项式分布公式的雷达备件数量计算公式如下：
其中，s为雷达待备件零部件的备件数量，代表向上取整，n代表可靠度大于或等于p0时所需的所述雷达待备件零部件的总数量，p0为所述待备件零部件的预设保障概率阈值，k代表装机数，λ为失效率和t为周转期内累计工作时间。
本发明实施例提供一种便捷的雷达备件优化系统，在装机数小于预设值的条件下，将雷达装备数据代入服从二项式分布公式的雷达备件数量计算公式，获得雷达待备件零部件的备件数量。通过服从二项式分布公式的雷达备件数量计算公式直接获得雷达待备件零部件的备件数量，克服了现有备件方式无法直接给出备件数量的解析表达式的缺点，进而节省了雷达备件方案编制的人力和时间，为合理确定备件品种和数量，保证雷达装备具有较高的可用度，最大限度提高武器系统战备完好性等奠定基础。
所述第一预设值取值可以为20个。所述备件数量计算模块还用于当所述装机数k大于或等于第一预设值时，将所述雷达装备数据代入服从泊松分布公式的备件保障概率计算公式，获得雷达待备件零部件的备件数量。
具体地所述服从泊松分布公式的备件保障概率计算公式如下：
其中，P为备件保障概率，s为雷达待备件零部件的备件数量，k代表装机数，λ为失效率和t为周转期内累计工作时间，p0为所述待备件零部件的预设保障概率阈值。
可选地，在一个实施例中，雷达备件优化系统还包括检验模块，所述检验模块用于当计算出雷达待备件零部件的备件数量s后，根据所述雷达待备件零部件的备件数量检验满足率是否大于或等于第二预设值。所述第二预设值取值可以为95％。
即根据求出的备件数量s，计算备件满足率检验P≥95％是否成立。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，包括指令，当所述指令在计算机上运行时，使所述计算机执行上述实施例提供所述的雷达备件优化方法。
本发明实施例还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上的并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述实施例提供的所述的雷达备件优化方法。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种雷达备件优化方法，其特征在于，包括：
采集雷达装备数据，所述雷达装备数据包括装机数k、失效率λ和周转期内累计工作时间t；
当所述装机数k小于第一预设值时，将所述雷达装备数据代入服从二项式分布公式的雷达备件数量计算公式，获得雷达待备件零部件的备件数量；
所述服从二项式分布公式的雷达备件数量计算公式如下：
其中，s为雷达待备件零部件的备件数量，代表向上取整，n代表可靠度大于或等于p0时所需的所述雷达待备件零部件的总数量，p0为所述待备件零部件的预设保障概率阈值，k代表装机数，λ为失效率和t为周转期内累计工作时间。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述装机数k大于或等于第一预设值时，将所述雷达装备数据代入服从泊松分布公式的备件保障概率计算公式，获得雷达待备件零部件的备件数量。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述服从泊松分布公式的备件保障概率计算公式如下：
其中，P为备件保障概率，s为雷达待备件零部件的备件数量，k代表装机数，λ为失效率和t为周转期内累计工作时间，p0为所述待备件零部件的预设保障概率阈值。
4.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述第一预设值取值为20个。
5.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，还包括根据所述雷达待备件零部件的备件数量检验满足率是否大于或等于第二预设值。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第二预设值取值95％，且所述第二预设值小于所述待备件零部件的预设保障概率阈值p0。
7.一种雷达备件优化系统，其特征在于，包括：
数据采集模块，用于采集雷达装备数据，所述雷达装备数据包括装机数k、失效率λ和周转期内累计工作时间t；
备件数量计算模块，用于当所述装机数k小于第一预设值时，将所述雷达装备数据代入服从二项式分布公式的雷达备件数量计算公式，获得雷达待备件零部件的备件数量；
所述服从二项式分布公式的雷达备件数量计算公式如下：
其中，s为雷达待备件零部件的备件数量，代表向上取整，n代表可靠度大于或等于p0时所需的所述雷达待备件零部件的总数量，p0为所述待备件零部件的预设保障概率阈值，k代表装机数，λ为失效率和t为周转期内累计工作时间。
8.一种计算机可读存储介质，包括指令，其特征在于，当所述指令在计算机上运行时，使所述计算机执行根据权利要求1-6任一项所述的雷达备件优化方法。
9.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上的并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-6任一项所述的雷达备件优化方法。
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