CN115879719A - 一种基于遍历划分的并行故障定位优化方法和系统 - Google Patents

一种基于遍历划分的并行故障定位优化方法和系统 Download PDF

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阮旻智
钱超
罗忠
胡俊波
王俊龙
李华
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Abstract

本发明公开了一种基于遍历划分的并行故障定位优化方法和系统，属于并行故障定位领域。本发明通过遍历生成各维修人员负责检查单元数量的所有可能组合，针对每种组合，遍历总次序生成包含各人员检查单元编号和次序的所有可能并行故障定位方案，累计各人的故障排查平均时间得到方案的平均故障排查时间，输出最小的平均故障定位时间对应的组合和并行故障定位方案，实现全局最优和平均排查时间最少，在当单元数量、人员数量不太大时，优化过程快速。

Description

一种基于遍历划分的并行故障定位优化方法和系统
技术领域
本发明属于并行故障定位领域，更具体地，涉及一种基于遍历划分的并行故障定位优化方法和系统。
背景技术
随着装备/系统的功能越来越强大、性能越来越先进，装备/系统也变得越来越复杂。当复杂装备/系统出现某个故障现象时，其背后可能的故障原因众多，查找故障单元的工作量极为庞大。维修人员是一种重要的维修资源，为了能在规定时间内尽快找到故障件以便开展后续修理工作，需要配置一定数量的维修人员。
当由多名维修人员开展故障定位时，将面临多个问题：每个人负责的单元如何划分？这些单元的检查次序如何确定？在一般来说，每人负责的单元不同、检查次序不同，消耗的时间也不相同。当前，这两个问题主要依靠维修人员的个人经验来回答，提供的故障定位方案质量往往也参差不齐，难以可靠地获得耗时少的故障定位方案。
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基于遍历划分的并行故障定位优化方法和系统，旨在解决如何获得全局最优的各人检查顺序的问题。
为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种基于遍历划分的并行故障定位优化方法，该方法包括：
S1.获取并行故障定位的总次序，遍历生成各维修人员负责检查单元数量的所有可能组合；
S2.针对各维修人员负责检查单元数量的每种组合，遍历总次序生成包含各人员检查单元编号和次序的所有可能并行故障定位方案，计算各并行故障定位方案对应的平均故障定位时间；
S3.比较所有组合中各种并行故障定位方案的平均故障定位时间，输出最小的平均故障定位时间对应的组合和并行故障定位方案。
优选地，计算各并行故障定位方案对应的平均故障定位时间，具体如下：
(1)初始化人员编号im＝1，逐一计算每人的故障定位耗时tx：
1.1)若im＝1，初始化基准i0＝0，否则，初始化基准
Figure BDA0003994736840000021
ntj表示人员j负责检查的单元数量；
1.2)初始化单元数量id＝1，检查耗时txim＝0；
1.3)初始化检查序号k＝cptid+i0，tkid＝dk，
Figure BDA0003994736840000022
cpt表示当前并行故障定位方案，tdk表示基于总次序的单元k的检查时间，vk表示基于总次序的单元k的排查权重系数；
1.4)更新id＝id+1，若id≤ntim，进入1.3)，否则，进入1.5)；
1.5)更新im＝im+1，若im≤m，m表示人员数量，进入1.1)，否则，进入(2)；
(2)计算各并行故障定位方案对应的平均故障定位时间
Figure BDA0003994736840000023
优选地，该方法还包括：S4.维修人员数量从小到大，输出最靠近期望故障排查时间要求的维修人员数量。
优选地，该方法还包括：S4.维修人员数量从小到大，输出不超过期望用人成本要求、且时间最短的人数。
优选地，该方法还包括：S4.维修人员数量从小到大，输出时间最短的人数。
优选地，所述单元的类型相同或者不同，所述类型包括：电子单元、机械单元或者机电单元。
为实现上述目的，第二方面，本发明提供了一种基于遍历划分的并行故障定位优化系统，包括：处理器和存储器；所述存储器，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：
本发明公开了一种基于遍历划分的并行故障定位优化方法和系统，通过遍历生成各维修人员负责检查单元数量的所有可能组合，针对每种组合，遍历总次序生成包含各人员检查单元编号和次序的所有可能并行故障定位方案，累计各人的故障排查平均时间得到方案的平均故障排查时间，输出最小的平均故障定位时间对应的组合和并行故障定位方案，实现全局最优和平均排查时间最少，在当单元数量、人员数量不太大时，优化过程快速。
附图说明
图1为本发明提供的一种基于遍历划分的并行故障定位优化方法流程图。
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。
图1为本发明提供的一种基于遍历划分的并行故障定位优化方法流程图。如图1所示，该方法包括：
步骤S1.获取并行故障定位的总次序，遍历生成各维修人员负责检查单元数量的所有可能组合。
获取并行故障定位的总次序的方法不局限，可以是人为指定，或者是总次序优化方法，优选地，基于等效检查时间确定的总次序优化方法，或者，基于综合值确定的总次序优化方法。在本发明中，得到总次序后，将各单元分配到各维修人员，各维修人员并行开始检查。在本发明中，把故障定位时依次检查的单元编号组成的数组称为检查次序(简称次序)，把负责检查的单元及其检查次序称为故障定位方案(简称方案)。
优选地，所述单元的类型相同或者不同，所述类型包括：电子单元、机械单元或者机电单元。
本发明约定：(1)某装备由多个单元组成，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、对每个单元进行(正常与否的)状态检查所消耗的时间、即将执行任务的时间。(5)每个维修人员都具备检查所有单元的能力，但每人一次只能检查一个单元。(6)所有维修人员同时开始检查；维修人员在完成某个单元检查后若其状态正常则在其负责检查的范围内，按照检查次序继续检查下一个单元；当某人员检查出故障单元时停止检查，后续转入对故障件的修理阶段。
本发明以电子设备为例，相关变量约定如下：维修人员数量记为m；单元数量记为n；单元i的寿命服从指数分布Exp(ui)；对单元i的状态检查所消耗的时间记为tci；任务时间记为Tw。这些变量皆为已知量。
步骤S2.针对各维修人员负责检查单元数量的每种组合，遍历总次序生成包含各人员检查单元编号和次序的所有可能并行故障定位方案，计算各并行故障定位方案对应的平均故障定位时间。
优选地，计算各并行故障定位方案对应的平均故障定位时间，具体如下：
(1)初始化人员编号im＝1，逐一计算每人的故障定位耗时tx：
1.1)若im＝1，初始化基准i0＝0，否则，初始化基准
Figure BDA0003994736840000051
ntj表示人员j负责检查的单元数量；
1.2)初始化单元数量id＝1，检查耗时txim＝0；
1.3)初始化检查序号k＝cptid+i0，tkid＝dk，
Figure BDA0003994736840000052
cpt表示当前并行故障定位方案，tdk表示基于总次序的单元k的检查时间，vk表示基于总次序的单元k的排查权重系数；
1.4)更新id＝id+1，若id≤ntim，进入1.3)，否则，进入1.5)；
1.5)更新im＝im+1，若im≤m，m表示人员数量，进入1.1)，否则，进入(2)；
(2)计算各并行故障定位方案对应的平均故障定位时间
Figure BDA0003994736840000053
步骤S3.比较所有组合中各种并行故障定位方案的平均故障定位时间，输出最小的平均故障定位时间对应的组合和并行故障定位方案。
优选地，该方法还包括：S4.维修人员数量从小到大，输出最靠近期望故障排查时间要求的维修人员数量。
优选地，该方法还包括：S4.维修人员数量从小到大，输出不超过期望用人成本要求、且时间最短的人数。
优选地，该方法还包括：S4.维修人员数量从小到大，输出时间最短的人数。
本发明提供了一种基于遍历划分的并行故障定位优化系统，包括：处理器和存储器；所述存储器，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
本实施例中的部件由8个电子类单元组成，电子类单元的寿命服从指数分布Exp()的单元，参数u的物理含义是寿命均值。指数分布的密度函数为
Figure BDA0003994736840000061
任务时间为100小时，相关信息如表1。采用上述方法，计算由3名维修人员完成故障定位的平均时间。
表1各单元的相关信息
Figure BDA0003994736840000062
1)遍历计算各单元发生故障的概率Pf，结果见表2。
1.1)令i＝1。
1.2)积分计算Pfi，令
Figure BDA0003994736840000063
当k＝i时，
Figure BDA0003994736840000064
当k≠i时，
Figure BDA0003994736840000065
1.3)令i＝i+1，若i≤n，则执行1.2)，否则，执行2)。
2)遍历计算各单元的修理权重系数w，结果见表2。
2.1)令i＝1。
2.2)
Figure BDA0003994736840000066
2.3)令i＝i+1，若i≤n，则执行2.2)，否则，执行3)。
表2
Figure BDA0003994736840000067
/>
Figure BDA0003994736840000071
3)确定基本检查次序zInd，结果见表3。
3.1)初始化数组A，令其中保存从1～n的单元编号，nA为数组A的当前元素数量，令编号i＝1。
3.2)当nA≥2时，执行3.2.1)，否则，执行3.3)。
3.2.1)令临时单元编号k＝A1，检查次序数组zIndi＝k，中间变量a＝tck，w＝ek，令b＝2。
3.2.2)令临时单元编号k＝Aj，中间变量c＝tck，d＝wk。
3.2.3)若ad>bc成立，则更新zIndi＝k，a＝c，b＝d，然后执行3.2.4)。否则，直接执行3.2.4)。
3.2.4)令j＝j+1，若j≤bA，则执行3.2.2)，否则，执行3.2.5)。
3.2.5)将zIndi从A中删除，令nA＝nA-1，令i＝i+1，执行3.2)。
3.3)令zIndi＝A1，数组zInd中保存的是各单元编号。
4)重整单元编号及相关变量td、v结果见表3。
4.1)令i＝1。
4.2)令k＝zIndi，tdi＝tck，vi＝wk。
4.3)令i＝i+1，若i≤n，则执行4.2)，否则，执行5)。
表3
Figure BDA0003994736840000081
5)遍历产生各维修人员负责检查的单元数量组合，结果保存在矩阵mDy中。矩阵mDy中见表4。
矩阵mDy中的第i行向量保存的第i种组合结果，矩阵中的元素mDyij是第i种组合结果中人员j负责检查的单元数量。
例如：共有8个单元，2名维修人员，则
Figure BDA0003994736840000082
因人员独立，因此情况[17]和[7 1]视为同一种情况，表示第1名人员负责检查1个单元，第2名人员负责检查7个单元。
表4
Figure BDA0003994736840000083
6)根据各人员负责检查的单元数量，遍历产生包含各人员检查的单元编号及次序信息的方案，并计算方案的平均故障定位时间，最终结果保存在矩阵xct中。矩阵xct结果见表5，列出了每名维修人员负责检查的单元编号及其次序。
6.1)令矩阵mDy行号j＝1。
6.2)令数组nt＝mDy(j，:)，即数组nt为mDy第j行向量。
6.3)根据nt，遍历产生方案(含各人员负责检查的单元及其次序信息)，结果保存在矩阵cPlan中。矩阵cPlan有n列，每个行向量依次保存个人负责的、且以升序方式的重组单元编号。矩阵cPlan的行向量数量记为nc。
6.4)遍历计算cPlan中每行向量所代表的方案的平均故障定位时间。令ic＝1。
6.5)cpt等于cPlan中的第ic行向量，针对当前方案cpt，逐一计算每人的故障定位耗时tx。令人员编号im＝1。
6.5.1)若im＝1，则令基准i0＝0，否则，令
Figure BDA0003994736840000091
6.5.2)令id＝1，txim＝0。
6.5.3)令k＝cptid+i0，tkid＝tdk，
Figure BDA0003994736840000092
6.5.4)令id＝id+1，若id≤ntim，则执行6.5.3)，否则，执行6.5.5)。
6.5.5)令im＝im+1，若im≤m，则执行6.5.1)，否则，执行6.6)。
6.6)保存该方案结果到矩阵cTx中的第ic行，令
Figure BDA0003994736840000093
然后令ic＝ic+1，若ic≤nc，则执行6.5)，否则，执行6.7)。
6.7)从cTx的第1列中找到最小值，其序号记为ix，则cTx中的第ix行向量为nt对应的耗时最少方案，将其保存在矩阵xct的第j行中。
6.8)令j＝j+1，若j≤nm，执行6.2)，否则，执行7)。
表5
Figure BDA0003994736840000094
Figure BDA0003994736840000101
7)矩阵xct中保存的是每人负责各单元数量时的最少耗时方案，输出xct。在实际工作中，可在xct中选择耗时最少的方案5作为优先推荐的方案，由一名维修人员依次负责检查单元7、8，一名维修人员依次负责检查单元4、5、3，最后一名维修人员依次负责检查单元1、6、2。该方案的平均故障定位时间为22.1分钟。
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：
(1)产生n个随机数simTi，1≤i≤n，simTi服从单元i的寿命分布规律。
(2)在所有simTi中寻找最小数，对应的序号记为g，即：simTg≤simTi,1≤i≤n。
(3)若simTm<w成立，则本次仿真有效，根据序号g、方案中每人的检查次序，确定该故障件由哪位修理人员找到，可得到本次模拟的故障定位时间。
在大量多次模拟后，可统计得到平均故障定位时间。
在上述算例中，遍历产生所有的这些方案，其最小耗时、最大耗时仿真结果为：22.1min、36.1min。仿真结果与本发明方法的结果相符，优化效果显著。利用本发明方法，可有效减小平均故障定位时间，最大发挥维修人员的工作效率。
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)

1.一种基于遍历划分的并行故障定位优化方法，其特征在于，该方法包括：
S1.获取并行故障定位的总次序，遍历生成各维修人员负责检查单元数量的所有可能组合；
S2.针对各维修人员负责检查单元数量的每种组合，遍历总次序生成包含各人员检查单元编号和次序的所有可能并行故障定位方案，计算各并行故障定位方案对应的平均故障定位时间；
S3.比较所有组合中各种并行故障定位方案的平均故障定位时间，输出最小的平均故障定位时间对应的组合和并行故障定位方案。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，计算各并行故障定位方案对应的平均故障定位时间，具体如下：
(1)初始化人员编号im＝1，逐一计算每人的故障定位耗时tx：
1.1)若im＝1，初始化基准i0＝0，否则，初始化基准
Figure FDA0003994736830000011
ntj表示人员j负责检查的单元数量；
1.2)初始化单元数量id＝1，检查耗时txim＝0；
1.3)初始化检查序号k＝cptid+i0，tkid＝tdk，
Figure FDA0003994736830000012
cpt表示当前并行故障定位方案，tdk表示基于总次序的单元k的检查时间，vk表示基于总次序的单元k的排查权重系数；
1.4)更新id＝id+1，若id≤ntim，进入1.3)，否则，进入1.5)；
1.5)更新im＝im+1，若im≤m，m表示人员数量，进入1.1)，否则，进入(2)；
(2)计算各并行故障定位方案对应的平均故障定位时间
Figure FDA0003994736830000013
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，该方法还包括：S4.维修人员数量从小到大，输出最靠近期望故障排查时间要求的维修人员数量。
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，该方法还包括：S4.维修人员数量从小到大，输出不超过期望用人成本要求、且时间最短的人数。
5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，该方法还包括：S4.维修人员数量从小到大，输出时间最短的人数。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述单元的类型相同或者不同，所述类型包括：电子单元、机械单元或者机电单元。
7.一种基于遍历划分的并行故障定位优化系统，其特征在于，包括：处理器和存储器；
所述存储器，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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