CN115270078B - 一种机电设备平均修复时间的计算方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机电设备平均修复时间的计算方法和系统,属于机电设备故障指标量化领域。包括:在任务时间内,结合各机电件的累计工作时间,对其寿命服从的韦布尔分布密度函数积分计算,得到任务时间内各机电件发生故障的概率;按照检查次序,根据任务时间内各机电件发生故障的概率,计算任务时间内各机电件的修理权重系数;按照检查次序,根据任务时间内各机电件的修理权重系数,计算任务时间内各机电件的状态检查权重系数;按照检查次序,加权求和各机电件的状态检查消耗时间和修理各失效机电件消耗时间,得到机电设备的平均修复时间。本发明实现一般意义上的MTTR指标的量化和计算,可用于产品的维修性设计、优化制定产品的维修方案等。
Description
技术领域
本发明属于机电设备故障指标量化领域,更具体地,涉及一种机电设备平均修复时间的计算方法和系统。
背景技术
当产品出现某种故障现象后,首先对多个可能引起该故障现象的零部件逐一进行检查,直至找到失效的零部件,然后对该失效件采取更换备件等修理方式完成修复。当故障现象和故障原因为一对多的关系时,因故障件的不确定性,导致每次完成修复的时间不相同。平均修复时间(mean time to repair,MTTR)是一种衡量产品维修性的重要指标。
对于海军舰船装备而言,舰员级修理是一种在海上执行任务期间、装备发生故障后在装备现场进行的修理,也是一种在修理设施、修理工具、修理人员数量和水平等方面都极为有限的修理。舰员级MTTR指标对战时恢复装备作战能力至关重要。生产方采取各种措施来满足舰员级MTTR指标,例如,采用自动测试技术帮助舰员快速找到故障原因,广泛采用模块化思路来设计产品,使得舰员能快速拆除故障件、更换备件从而修复装备。目前,在落实MTTR指标时,大多采用“针对双方约定好的某具体故障进行MTTR指标考核”的方式。
然而,上述方法存在以下缺陷和不足:仅通过“实现”部分或有代表性故障的平均修复时间来“体现”装备的整体MTTR性能,但是,代表性元器件的选择存在极大主观性,在选择不准确的前提下,最终得到的MTTR与实际情况不符,准确率较低。
发明内容
针对现有技术的缺陷,本发明的目的在于提供一种机电设备平均修复时间的计算方法和系统,旨在解决现有MTTR与实际情况不符,准确率较低的问题。
为实现上述目的,第一方面,本发明提供了一种机电设备平均修复时间的计算方法,所述机电设备包括多个机电件,所述机电件的寿命均服从于韦布尔分布,整个任务时间内任意时刻最多一个机电件发生故障,故障排查时各机电件的状态检查的次序独立不相关,该方法包括:
S1.获取各机电件的寿命服从的韦布尔分布密度函数、状态检查消耗时间和累计工作时间,获取修理各失效机电件的消耗时间和故障发生后对所有机电件的检查次序,并将机电设备的一段工作时期作为任务时间;
S2.在任务时间内,结合各机电件的累计工作时间,对其寿命服从的韦布尔分布密度函数积分计算,得到任务时间内各机电件发生故障的概率;
S3.按照检查次序,根据任务时间内各机电件发生故障的概率,计算任务时间内各机电件的修理权重系数;
S4.按照检查次序,根据任务时间内各机电件的修理权重系数,计算任务时间内各机电件的状态检查权重系数;
S5.按照检查次序,加权求和各机电件的状态检查消耗时间和修理各失效机电件消耗时间,得到机电设备的平均修复时间。
优选地,步骤S2包括:
优选地,步骤S3包括:
优选地,步骤S4包括:
优选地,步骤S5包括:
S52.更新平均修复时间:
其中,表示机电件的数量,,表示故障发生后对所有机电件的检查次序,表示任务时间内检查序号对应的机电件的状态检查权重系数,表示编号为的机电件的状态检查消耗时间,表示任务时间内检查序号对应的机电件的修理权重系数,表示修理编号为的失效机电件的消耗时间。
优选地,该方法还包括:
S6.判断计算出的平均修复时间是否超过机电设备的期望MTTR,若超过,则更换至少一个机电件,重新进入计算,直至满足期望MTTR,否则,输出满足设计需求的组件组合。
为实现上述目的,第二方面,本发明提供了一种机电设备平均修复时间的计算系统,包括:包括处理器和存储器;所述处理器用于存储计算机执行指令;所述处理器用于执行所述计算机执行指令,使得第一方面所述的方法被执行。
总体而言,通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比,具有以下有益效果:
本发明提供了一种机电设备平均修复时间的计算方法和系统,按照检查次序确定任务时间内各机电件的修理权重系数和状态检查权重系数,加权求和得到机电设备的平均修复时间,实现一般意义上的MTTR指标的量化和计算,可用于产品的维修性设计、优化制定产品的维修方案等。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种机电设备平均修复时间的计算方法流程图。
图2为本发明实施例提供的分别采用仿真法和本发明方法得到的平均修复时间结果。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
本发明涉及的机电设备包括多个机电件,所述机电件的寿命均服从于韦布尔分布,整个任务时间内任意时刻最多一个机电件发生故障,故障排查时各机电件的状态检查的次序独立不相关。图1为本发明实施例提供的一种机电设备平均修复时间的计算方法流程图。如图1所示,该方法包括:
步骤S1.获取各机电件的寿命服从的韦布尔分布密度函数、状态检查消耗时间和累计工作时间,获取修理各失效机电件的消耗时间和故障发生后对所有机电件的检查次序,并将机电设备的一段工作时期作为任务时间。
在工程上,一般采用韦布尔分布来描述机电件的寿命分布规律,解释因老化、磨损而导致故障的统计规律,例如:滚珠轴承、继电器、开关、断路器、某些电容器、电子管、磁控管、电位计、陀螺、电动机、航空发动机、蓄电池、液压泵、空气涡轮发动机等。韦布尔类单元指其寿命服从韦布尔分布,其密度函数,其中,称为尺度参数,称为形状参数。
本发明约定:
(1)某装备由多个机电类单元组成,为便于描述,以时间来描述各单元的寿命。
(2)在任意时刻,至多有1个单元发生故障。当某单元发生故障时会影响装备的正常工作,装备会出现某些故障现象,此时需要进行开展修理工作。
(3)在进行故障确认时,对这些单元进行状态检查的次序是独立不相关的,即:不存在“必须先检查单元A、然后再检查单元B”这类对检查次序有特定要求的情况。
(4)已知各单元的寿命分布规律且分布参数已知、对每个单元进行(正常与否的)状态检查所消耗的时间、各单元的累积已工作时间、修理各失效单元的时间、即将执行任务的时间和某故障现象发生后对所有相关单元的检查次序。
本发明的相关变量约定如下:单元数量记为;检查次序记为,数组中保存的是待检查的单元编号;单元的寿命服从韦布尔分布;单元的累积已工作时间记为;对单元的状态检查所消耗的时间记为;修理失效单元的时间记为;任务时间记为。
步骤S2.在任务时间内,结合各机电件的累计工作时间,对其寿命服从的韦布尔分布密度函数积分计算,得到任务时间内各机电件发生故障的概率。
优选地,步骤S2包括:
步骤S3.按照检查次序,根据任务时间内各机电件发生故障的概率,计算任务时间内各机电件的修理权重系数。
优选地,步骤S3包括:
步骤S4.按照检查次序,根据任务时间内各机电件的修理权重系数,计算任务时间内各机电件的状态检查权重系数。
优选地,步骤S4包括:
步骤S5.按照检查次序,加权求和各机电件的状态检查消耗时间和修理各失效机电件消耗时间,得到机电设备的平均修复时间。
优选地,步骤S5包括:
S52.更新平均修复时间:
其中,表示机电件的数量,,表示故障发生后对所有机电件的检查次序,表示任务时间内检查序号对应的机电件的状态检查权重系数,表示编号为的机电件的状态检查消耗时间,表示任务时间内检查序号对应的机电件的修理权重系数,表示修理编号为的失效机电件的消耗时间。
优选地,该方法还包括:
步骤S6.判断计算出的平均修复时间是否超过机电设备的期望MTTR,若超过,则更换至少一个机电件,重新进入计算,直至满足期望MTTR,否则,输出满足设计需求的组件组合。
本发明提供了一种机电设备平均修复时间的计算系统,包括:包括处理器和存储器;所述处理器用于存储计算机执行指令;所述处理器用于执行所述计算机执行指令,使得上述方法被执行。
实施例:已知某部件由8个机电类单元组成,各单元的相关信息如表1所示,任务时间为100小时,该部件发生故障后的单元编号检查次序为:3、4、7、6、8、5、2、1。采用上述方法,计算修复该部件故障的平均修复时间。
表1 各单元的相关信息
可建立仿真模型验证上述方法的正确性,仿真模型简述如下:
在大量多次模拟后,可统计得到平均修复时间。
采用以上实施例相关参数,以10组随机数来模拟各单元的累积已工作时间的10种情况,表2和图2为本发明实施例提供的分别采用仿真法和本发明方法得到的平均修复时间结果。由图2可知,二者的结果极为吻合。
表2 仿真验证结果
大量仿真验证结果表明:本发明方法能同时综合考虑装备的可靠性(各单元的寿命分布规律)、装备的健康状态(累积已工作时间)、装备基本组成单元的维修性(各单元的状态检查时间和修理时间)和任务时间等因素的影响,能在一般意义上准确量化装备的MTTR性能。一般来说,MTTR都是面对装备的顶层指标,在装备设计阶段,设计方需要把MTTR进一步向下分解成部件、零部件的单元检查时间、修理时间等指标,利用本发明方法,能准确计算产品各维修性设计方案的性能,从而在设计的源头阶段保证装备的维修性。在装备使用阶段,根据装备的累积已工作时间情况,可利用本发明方法估计完成修理的时间,这对维修管理工作等都极具实际意义。
本领域的技术人员容易理解,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,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、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种机电设备平均修复时间的计算方法,其特征在于,所述机电设备包括多个机电件,所述机电件的寿命均服从于韦布尔分布,整个任务时间内任意时刻最多一个机电件发生故障,故障排查时各机电件的状态检查的次序独立不相关,该方法包括:
S1.获取各机电件的寿命服从的韦布尔分布密度函数、状态检查消耗时间和累计工作时间,获取修理各失效机电件的消耗时间和故障发生后对所有机电件的检查次序,并将机电设备的一段工作时期作为任务时间;
S2.在任务时间内,结合各机电件的累计工作时间,对其寿命服从的韦布尔分布密度函数积分计算,得到任务时间内各机电件发生故障的概率;
S3.按照检查次序,根据任务时间内各机电件发生故障的概率,计算任务时间内各机电件的修理权重系数;
S4.按照检查次序,根据任务时间内各机电件的修理权重系数,计算任务时间内各机电件的状态检查权重系数;
S5.按照检查次序,加权求和各机电件的状态检查消耗时间和修理各失效机电件消耗时间,得到机电设备的平均修复时间。
6.如权利要求1所述的方法,其特征在于,该方法还包括:
S6.判断计算出的平均修复时间是否超过机电设备的期望MTTR,若超过,则更换至少一个机电件,重新进入计算,直至满足期望MTTR,否则,输出满足设计需求的组件组合。
7.一种机电设备平均修复时间的计算系统,其特征在于,包括:包括处理器和存储器;
所述处理器用于存储计算机执行指令;
所述处理器用于执行所述计算机执行指令,使得权利要求1至6任一项所述的方法被执行。
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