CN116644919A - 一种机械类表决部件的备件需求量计算方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种机械类表决部件的备件需求量计算方法及系统，属于备件需求量的计算领域，方法包括：步骤一：根据机械件单元寿命服从正态分布，结合当前总备件数量，获取降额使用的备件保障概率和满额功率下的备件保障概率；步骤二：将降额使用的备件保障概率与满额功率下的备件保障概率相加作为总备件保障概率，判断总备件保障概率是否达到备件保障概率指标，若达到，将当前总备件数量作为备件需求量；否则增加当前总备件数量，转至步骤一。本发明可以快速、精确地得到备件需求量的预测值。

Description

一种机械类表决部件的备件需求量计算方法及系统
技术领域
本发明属于备件需求量的计算领域，更具体地，涉及一种机械类表决部件的备件需求量计算方法及系统。
背景技术
表决部件k/n(G)是指该部件由n个同型单元组成，当部件开始工作后，这n个单元一起开始工作，随着部件中故障单元的逐渐增多，部件的输出性能会下降(此时部件相当于降额使用)，但是只要部件中完好单元的数量不小于k时，则该部件仍视为正常工作。一旦部件中的完好单元数量下降到小于k时，则认为此时该部件已不能满足工作要求，视为部件出现故障而停止工作。
机械类表决部件由n个同型机械件单元组成，常见的机械件单元有汇流环、齿轮箱和减速器等，单元寿命服从正态分布。若随机变量服从正态分布N(μ,σ)，μ为均值，σ为根方差，其概率密度函数为在任务期间，当某个单元发生故障时，立刻开展换件维修，维修耗时不计。
备件是一种重要的维修资源，是维修工作得以开展的物资基础。备件需求量是备件保障概率不低于指标要求的最少备件数量。现有针对表决部件计算备件需求量，常用的有串联部件法和近似法。前者把表决部件视为串联部件，备件需求量结果会大于实际需求。后者用某种标准分布类型，对表决部件的整体寿命分布进行近似描述。但是该方法会因近似带来误差。
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械类表决部件的备件需求量计算方法及系统，旨在解决现有表决部件计算备件需求量的方法获取的备件需求量准确性较差的问题。
为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种机械类表决部件的备件需求量计算方法，包括以下步骤：
步骤一：根据机械件单元寿命服从正态分布，结合当前总备件数量s，通过建立总备件数量与降额使用的备件保障概率之间的关系以及总备件数量与满额功率下的备件概率之间关系，获取降额使用的备件保障概率和满额功率下的备件保障概率；其中，当前总备件数量的初始值为0；
步骤二：将降额使用的备件保障概率与满额功率下的备件保障概率相加作为总备件保障概率，判断总备件保障概率是否达到备件保障概率指标，若达到，将当前总备件数量作为备件需求量；否则增加当前总备件数量，转至步骤一；
其中，降额使用的备件保障概率的计算方法为：基于机械类表决部件任务完成已经消耗完所有备件，且能够工作的机械件单元数量不低于能够接受的工作机械件单元数量最小值的情况，假设第一个机械件单元消耗了最后一个备件，且机械类表决部件完成任务时第一个机械件单元处于故障状态，通过将第一个机械件单元消耗最后一个备件的概率数组g、n-j-1个机械件单元处于故障状态的概率f以及j个机械件单元处于工作状态的概率w进行n-1次卷积，结合机械件总数n以及能够工作的机械件单元数量为j的机械件单元组合，计算降额使用的备件保障概率；
满额功率下的备件保障概率的计算方法为：基于机械类表决部件任务完成时，所有机械件单元均正常工作状态下的情况，对机械件单元消耗r个备件处于正常工作状态下的概率数组进行卷积运算，将处于正常工作状态下前1+s个综合机械件单元消耗备件的概率之和作为满额功率下的备件保障概率。
进一步优选地，降额使用的备件保障概率的计算方法，包括以下步骤：
S100：初始化机械类表决部件任务完成时能够工作的机械件单元数量j，令j＝k；其中，k为能够接受的工作机械件单元数量最小值；总备件数量s的初始值为0；
S101：基于总备件数量，假设第一个机械件单元消耗了最后一个备件，且机械类表决部件任务完成时第一个机械件单元处于故障状态，根据机械件单元寿命服从正态分布，计算第一个机械件单元消耗最后一个备件的概率数组g、其他机械件处于故障状态的概率数组f以及其他机械件处于工作状态的概率数组w；
S102：令概率数组pj＝g，in＝1；其中，pj为卷积结果数组；in为迭代次数；pj＝g表征卷积运算的初始数组为第一个机械件单元消耗最后一个备件的概率数组g；
S103：更新pj＝pj*w，其中，*是卷积计算符号；pj＝pj*w表征第一个机械件单元消耗最后一个备件的概率数组g与其他机械件处于工作状态的概率数组w进行卷积运算；
S104：更新in＝in+1，若in≤j，则执行S103，否则，令in＝1，执行S105；
S105：更新pj＝pj*f；其中，pj＝pj*f表征第一个机械件单元消耗最后一个备件的概率数组g、其他机械件处于工作状态的概率数组w和其他机械件处于故障状态的概率数组f进行卷积运算；
S106：更新in＝in+1，若in≤n-j-1，则执行S105，否则输出y(x)＝pj1+s；其中，pj1+s为卷积结果中的第1+s个元素；
S107：计算其中，p为能够工作的机械件单元数量j对应的概率；y(x)为能够工作的机械件单元数量为j的概率密度函数；T为机械类表决部件的任务时间；x为工作时间变量；
S108：更新Ps＝Ps+n×nj×p；更新j＝j+1，若j≤n，则执行步骤S100，否则输出Ps；其中，Ps初始值为0；Ps为当能够工作的机械件单元数量j时对应的降额备件保障概率；nj是能够工作的机械件单元数量为j的机械件单元组合。
进一步优选地，满额功率下的备件保障概率的计算方法，包括以下步骤：
根据机械件服从正态分布，计算各个机械件单元消耗各备件数量下处于正常工作状态下的概率数组pd；
将所有的机械件单元消耗各备件数量下处于正常工作状态的概率数组pd进行卷积运算，将处于正常工作状态下前1+s个综合机械件单元消耗备件的概率之和作为满额功率下的备件保障概率；
或者
S200：根据机械件服从正态分布，计算第i个机械件单元消耗各备件数量下处于正常工作状态下的概率数组pd；其中,i的初始值为1；
S201：将计算出的第i个机械件单元消耗r个备件处于正常工作状态下的概率数组与综合前i-1个机械件单元消耗l个备件处于正常工作状态下的概率数组进行卷积，获取综合前i个机械件单元消耗l个备件处于正常工作状态下的概率数组；
S202：将下一个机械件单元更新为当前第i个机械件单元，若i的编号大于机械件总数，则将处于正常工作状态下前1+s个综合机械件单元消耗备件的概率之和作为满额功率下的备件保障概率；否则，转至S200。
第二方面，一种机械类表决部件的备件需求量计算系统，包括：
子备件保障概率的计算模块，用于根据机械件单元寿命服从正态分布，结合当前总备件数量s，建立总备件数量与降额使用的备件保障概率之间的关系以及总备件数量与满额功率下的备件概率之间关系，获取降额使用的备件保障概率和满额功率下的备件保障概率；其中，当前总备件数量的初始值为0；
总备件保障概率判定模块，用于将降额使用的备件保障概率与满额功率下的备件保障概率相加作为总备件保障概率，判断总备件保障概率是否达到备件保障概率指标；
数据输出模块，用于当备件保障概率达到备件保障概率指标，将当前总备件数量作为备件需求量；否则，增加当前总备件数量，驱动子备件保障概率的计算模块执行；
其中，子备件保障概率的计算模块包括降额使用的备件保障概率计算单元和满额功率下的备件保障概率计算单元；
降额使用的备件保障概率计算单元用于基于机械类表决部件任务完成已经消耗完所有备件，且能够工作的机械件单元数量不低于能够接受的工作机械件单元数量最小值的情况，假设第一个机械件单元消耗了最后一个备件，且机械类表决部件完成任务时第一个机械件单元处于故障状态，通过将第一个机械件单元消耗最后一个备件的概率数组g、n-j-1个机械件单元处于故障状态的概率f以及j个机械件单元处于工作状态的概率w进行n-1次卷积，结合机械件总数n以及能够工作的机械件单元数量为j的机械件单元组合，计算降额使用的备件保障概率；
满额功率下的备件保障概率计算单元用于基于机械类表决部件任务完成时，所有机械件单元均正常工作状态下的情况，对机械件单元消耗r个备件处于正常工作状态下的概率数组进行卷积运算，将处于正常工作状态下前1+s个综合机械件单元消耗备件的概率之和作为满额功率下的备件保障概率。
进一步优选地，降额使用的备件保障概率计算单元的具体执行过程为：
S100：初始化机械类表决部件任务完成时能够工作的机械件单元数量j，令j＝k；其中，k为能够接受的工作机械件单元数量最小值；总备件数量s的初始值为0；
S101：基于总备件数量，假设第一个机械件单元消耗了最后一个备件，且机械类表决部件任务完成时第一个机械件单元处于故障状态，根据机械件单元寿命服从正态分布，计算第一个机械件单元消耗最后一个备件的概率数组g、其他机械件处于故障状态的概率数组f以及其他机械件处于工作状态的概率数组w；
S102：令概率数组pj＝g，in＝1；其中，pj为卷积结果数组；in为迭代次数；
S103：更新pj＝pj*w，其中，*是卷积计算符号；
S104：更新in＝in+1，若in≤j，则执行S103，否则，令in＝1，执行S105；
S105：更新pj＝pj*f；
S106：更新in＝in+1，若in≤n-j-1，则执行S105，否则输出y(x)＝pj1+s；其中，pj1+s为卷积结果中的第1+s个元素；
S107：计算其中，p为能够工作的机械件单元数量j对应的概率；y(x)为能够工作的机械件单元数量为j的概率密度函数；T为机械类表决部件的任务时间；x为工作时间变量；
S108：更新Ps＝Ps+n×nj×p；更新j＝j+1，若j≤n，则执行步骤S100，否则输出Ps；其中，Ps初始值为0；Ps为当能够工作的机械件单元数量j时对应的降额备件保障概率；nj是能够工作的机械件单元数量为j的机械件单元组合。
进一步优选地，所述满额功率下的备件保障概率计算单元包括：各机械件单元消耗备件的概率数组计算元和卷积运算器；
各机械单元消耗备件的概率数组计算元用于根据机械件服从正态分布，计算各个机械件单元消耗各备件数量下处于正常工作状态下的概率数组pd；
卷积运算器用于将所有的机械件单元消耗各备件数量下处于正常工作状态的概率数组pd进行卷积运算，将处于正常工作状态下前1+s个综合机械件单元消耗备件的概率之和作为满额功率下的备件保障概率。
进一步优选地，第一个机械件单元消耗r个备件，且消耗最后一个备件的概率g1+r为：
其中，0≤r≤s，不同r取值，获取不同的g1+r，所有的r对应的g1+r构成第一个机械件单元消耗最后一个备件的概率数组g；机械件单元寿命服从正态分布N(a，b)；x为第一个机械件单元工作时间变量；
当其他机械件单元消耗r个备件时，其他机械件处于故障状态的概率f1+r为：
其中，不同r取值，获取不同的f1+r，所有的r对应的f1+r构成其他机械件处于故障状态的概率数组f；t为时间变量；y为其他机械件单元的工作时间；T为任务时间；
当其他机械件单元消耗r个备件时，机械件处于工作状态的概率w1+r为：
其中，不同r取值，获取不同的w1+r，所有的r对应的w1+r构成其他机械件处于工作状态的概率数组w。
进一步优选地，第i个机械件单元消耗r个备件下处于正常工作状态下的概率为：
0≤r≤s；机械件单元寿命服从正态分布N(a，b)；t为时间变量；T为任务时间。
第三方面，本申请提供一种机械设备，包括：至少一个存储器，用于存储程序；至少一个处理器，用于执行存储器存储的程序，当存储器存储的程序被执行时，处理器用于执行第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式所描述的方法。
第四方面，本申请提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，当计算机程序在处理器上运行时，使得处理器执行第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式所描述的方法。
第五方面，本申请提供一种计算机程序产品，当计算机程序产品在处理器上运行时，使得处理器执行第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式所描述的方法。
可以理解的是，上述第二方面至第五方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。
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械类表决部件的备件需求量计算方法，其中，针对机械类表决部件任务完成时存在的降额使用和满额功率运行两种情况，分别根据机械件单元寿命服从正态分布，结合当前总备件数量s，建立总备件数量与降额使用的备件保障概率之间的关系以及总备件数量与满额功率下的备件概率之间关系，获取降额使用的备件保障概率和满额功率下的备件保障概率；采用迭代当前总备件数量的方式，使得最终的总备件保障概率满足备件保障概率指标，进而获取备件需求量。与仿真方法作对比可知，本发明可以快速、精确地得到备件需求量的预测值。
附图说明
图1是本发明实施例提供的机械类表决部件的备件需求量预测方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的计算降额使用的备件保障概率的流程图；
图3是本发明实施例提供的计算满额功率下的备件保障概率的流程图；
图4是本发明实施例提供的仿真方法与本发明提供的备件需求量预测方法的备件需求量的结果对比图。
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。
本文中术语“和/或”，是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。本文中符号“/”表示关联对象是或者的关系，例如A/B表示A或者B。
本文中的说明书和权利要求书中的术语“第一”和“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述对象的特定顺序。例如，第一响应消息和第二响应消息等是用于区别不同的响应消息，而不是用于描述响应消息的特定顺序。
在本申请实施例中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
在本申请实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指两个或者两个以上，例如，多个处理单元是指两个或者两个以上的处理单元等；多个元件是指两个或者两个以上的元件等。
首先，对本申请实施例中涉及的技术术语进行介绍。
k/n(G)表决部件由n个同型号机械件单元组成，工作期间能够工作的单元数量不低于k，该表决部件视为正常工作，反之该表决部件视为发生故障，不能继续工作；
所有n个单元均能正常工作是满功率工作情况，仅有k个机械件单元能工作是一种能够接受的、最低限度的降额使用工作情况；
机械件的寿命服从正态分布，即N(μ,σ)，μ为均值，σ为根方差，其概率密度函数为
在本发明中表决部件中任一机械件单元发生故障立刻换件维修，维修耗时不计；
备件需求量是备件保障概率不低于备件保障概率阈值要求的最少备件数量；
为了通过换件维修使得表决部件在任务完成时处于正常工作状态，最佳状态为保障表决部件满额使用的工作状态，直至任务终点；最差状态为任务期间已经消耗完所有备件，在表决部件任务结束时，能够工作单元数量不低于能够工作单元数量最小值k；
在本发明中机械类表决部件的任务时间为T,备件保障概率指标为P，机械类k/n表决部件由n个同型机械件单元组成，能够接受的最少工作单元数量为k；机械件单元寿命服从正态分布N(a，b)。
接下来，对本申请实施例中提供的技术方案进行介绍。
如图1所示，本发明提供了一种机械类表决部件的备件需求量计算方法，包括以下步骤：
步骤一：如图2所示，基于任务完成已经消耗完所有备件，在表决部件任务结束时，能够工作的机械件单元数量不低于能够接受的工作单元数量最小值k的情况，根据机械件单元寿命服从正态分布，计算降额使用的备件保障概率；更为具体地步骤为：
步骤1.1：将总备件数量s＝0，机械类表决部件任务完成时，能够工作的机械件单元数量记为j，其中，j≥k，j的初始值为k；
步骤1.2：假设第一个机械件单元消耗了最后一个备件，且机械类表决部件任务完成时第一个机械件单元处于故障状态，根据机械件单元寿命服从正态分布，计算第一个机械件单元消耗最后一个备件的概率数组g、其他机械件处于故障状态的概率数组f以及其他机械件处于工作状态的概率数组w；
对于第一个机械件单元消耗r个备件，且消耗最后一个备件的概率g1+r为：
其中，0≤r≤s，不同r取值，获取不同的g1+r，所有的r对应的g1+r构成第一个机械件单元消耗最后一个备件的概率数组g；
对应地，当其他机械件单元消耗r个备件时，其他机械件处于故障状态的概率f1+r为：
其中，0≤r≤s，不同r取值，获取不同的f1+r，所有的r对应的f1+r构成其他机械件处于故障状态的概率数组f；
对应地，当其他机械件单元消耗r个备件时，其他机械件处于工作状态的概率w1+r为：
其中，0≤r≤s，不同r取值，获取不同的w1+r，所有的r对应的w1+r构成其他机械件处于工作状态的概率数组w；
步骤1.3：将g、n-j-1个机械件单元处于故障状态的概率f以及j个机械件单元处于工作状态的概率w进行n-1次卷积，计算综合所有机械件消耗所有备件后，将卷积结果中的第1+s个元素作为能够工作单元数量为j的概率密度函数；
更为具体地计算方法如下：
a.令概率数组pj＝g，in＝1；其中，pj为综合第in个机械件消耗所有备件的概率数组；in为迭代次数；
b.更新pj＝pj*w，*是卷积计算符号；
c.更新in＝in+1，若in≤j，则执行b，否则in＝1，执行d；
d.更新pj＝pj*f，*是卷积计算符号；
e.更新in＝in+1，若in≤n-j-1，则执行d，否则输出y(x)＝pj1+s；
步骤1.4：将能够工作单元数量为j的概率密度函数在任务时间上进行积分，计算能够工作的机械件单元数量j对应的概率p；
其中，
步骤1.5：将机械件总数n、能够工作的机械件单元数量j对应的概率p、能够工作的机械件单元数量为j的机械件单元组合nj相乘，获取当能够工作的机械件单元数量j时对应的降额备件保障概率；
令j＝j+1，判断j是否小于等于机械件总数量n，若是，则转至步骤1.2,否则，将能够工作的电子件单元数量j大于等于能够接受的最小工作单元数量k的降额备件保障概率作为降额备件保障概率；
计算方式表达为：
更新Ps＝Ps+n×nj×p，由于第一个机械件单元处于故障状态，nj为从n-1个机械件单元中取出j个机械件单元处于工作状态的组合数量，更新j＝j+1，若j≤n，则执行步骤1.2，否则执行步骤二；
步骤二：如图3所示，基于表决部件任务结束时，所有的机械件单元均处于工作状态的情况，根据机械件单元寿命服从正态分布，计算满额功率下的备件保障概率；更为具体地包括以下步骤：
步骤2.1：根据机械件服从正态分布，计算各个机械件单元消耗各备件数量下处于正常工作状态下的概率数组pd；
其中，第i个机械件单元消耗r个备件下处于正常工作状态下的概率为：
步骤2.2：将所有的机械件单元消耗各备件数量下处于正常工作状态下的概率数组pd进行卷积运算，将处于正常工作状态下前1+s个综合机械件单元消耗备件的概率之和作为满额功率下的备件保障概率；
或者
步骤2.1：根据机械件服从正态分布，计算第i个机械件单元消耗各备件数量下处于正常工作状态下的概率数组pd；i的初始值为1；
其中，第i个机械件单元消耗r个备件下处于正常工作状态下的概率为：
步骤2.2：将计算出的第i个机械件单元消耗r个备件处于正常工作状态下的概率数组与综合前i-1个机械件单元消耗l个备件处于正常工作状态下的概率数组进行卷积，获取综合前i个机械件单元消耗l个备件处于正常工作状态下的概率数组；更为具体地数学表达为：
aa：令pj＝pd，i＝1；
bb：更新pj＝pj*pd，*是卷积计算符号；
步骤2.3：将下一个机械件单元更新为当前第i个机械件单元，若i的编号大于机械件总数，则将处于正常工作状态下前1+s个综合机械件单元消耗备件的概率之和作为满额功率下的备件保障概率；否则，转至步骤2.1；
具体的数学表达式为：
cc：更新i＝i+1，若i≤n，则执行bb，否则，将处于正常工作状态下前1+s个综合机械件单元消耗备件的概率之和作为满额功率下的备件保障概率，即
步骤三：将降额使用的备件保障概率与满额功率下的备件保障概率相加作为总备件保障概率，若总备件保障概率未达到备件保障概率指标，则将总备件数量加1，转至步骤1,；否则，输出备件需求量s和总备件保障概率。
更为具体地数学表达为：
令总备件保障概率Ps＝Ps+pt，若Ps<P，则更新s＝s+1，执行步骤一，否则停止计算，输出备件需求量s和及其对应的的总备件保障概率Ps。
第二方面，一种机械类表决部件的备件需求量计算系统，包括：
子备件保障概率的计算模块，用于根据机械件单元寿命服从正态分布，结合当前总备件数量s，建立总备件数量与降额使用的备件保障概率之间的关系以及总备件数量与满额功率下的备件概率之间关系，获取降额使用的备件保障概率和满额功率下的备件保障概率；其中，当前总备件数量的初始值为0；
总备件保障概率判定模块，用于将降额使用的备件保障概率与满额功率下的备件保障概率相加作为总备件保障概率，判断总备件保障概率是否达到备件保障概率指标；
数据输出模块，用于当备件保障概率达到备件保障概率指标，将当前总备件数量作为备件需求量；否则，增加当前总备件数量，驱动子备件保障概率的计算模块执行；
其中，子备件保障概率的计算模块包括降额使用的备件保障概率计算单元和满额功率下的备件保障概率计算单元；
降额使用的备件保障概率计算单元用于基于机械类表决部件任务完成已经消耗完所有备件，且能够工作的机械件单元数量不低于能够接受的工作机械件单元数量最小值的情况，假设第一个机械件单元消耗了最后一个备件，且机械类表决部件完成任务时第一个机械件单元处于故障状态，通过将第一个机械件单元消耗最后一个备件的概率数组g、n-j-1个机械件单元处于故障状态的概率f以及j个机械件单元处于工作状态的概率w进行n-1次卷积，结合机械件总数n以及能够工作的机械件单元数量为j的机械件单元组合，计算降额使用的备件保障概率；
满额功率下的备件保障概率计算单元用于基于机械类表决部件任务完成时，所有机械件单元均正常工作状态下的情况，对机械件单元消耗r个备件处于正常工作状态下的概率数组进行卷积运算，将处于正常工作状态下前1+s个综合机械件单元消耗备件的概率之和作为满额功率下的备件保障概率。
进一步优选地，降额使用的备件保障概率计算单元的具体执行过程为：
S100：初始化机械类表决部件任务完成时能够工作的机械件单元数量j，令j＝k；其中，k为能够接受的工作机械件单元数量最小值；总备件数量s的初始值为0；
S101：基于总备件数量，假设第一个机械件单元消耗了最后一个备件，且机械类表决部件任务完成时第一个机械件单元处于故障状态，根据机械件单元寿命服从正态分布，计算第一个机械件单元消耗最后一个备件的概率数组g、其他机械件处于故障状态的概率数组f以及其他机械件处于工作状态的概率数组w；
S102：令概率数组pj＝g，in＝1；其中，pj为卷积结果数组；in为迭代次数；
S103：更新pj＝pj*w，其中，*是卷积计算符号；
S104：更新in＝in+1，若in≤j，则执行S103，否则，令in＝1，执行S105；
S105：更新pj＝pj*f；
S106：更新in＝in+1，若in≤n-j-1，则执行S105，否则输出y(x)＝pj1+s；其中，pj1+s为卷积结果中的第1+s个元素；
S107：计算其中，p为能够工作的机械件单元数量j对应的概率；y(x)为能够工作的机械件单元数量为j的概率密度函数；T为机械类表决部件的任务时间；x为工作时间变量；
S108：更新Ps＝Ps+n×nj×p；更新j＝j+1，若j≤n，则执行步骤S100，否则输出Ps；其中，Ps初始值为0；Ps为当能够工作的机械件单元数量j时对应的降额备件保障概率；nj是能够工作的机械件单元数量为j的机械件单元组合。
进一步优选地，所述满额功率下的备件保障概率计算单元包括：各机械件单元消耗备件的概率数组计算元和卷积运算器；
各机械单元消耗备件的概率数组计算元用于根据机械件服从正态分布，计算各个机械件单元消耗各备件数量下处于正常工作状态下的概率数组pd；
卷积运算器用于将所有的机械件单元消耗各备件数量下处于正常工作状态的概率数组pd进行卷积运算，将处于正常工作状态下前1+s个综合机械件单元消耗备件的概率之和作为满额功率下的备件保障概率。
进一步优选地，第一个机械件单元消耗r个备件，且消耗最后一个备件的概率g1+r为：
其中，0≤r≤s，不同r取值，获取不同的g1+r，所有的r对应的g1+r构成第一个机械件单元消耗最后一个备件的概率数组g；机械件单元寿命服从正态分布N(a，b)；x为第一个机械件单元的工作时间变量；
当其他机械件单元消耗r个备件时，其他机械件处于故障状态的概率f1+r为：
其中，不同r取值，获取不同的f1+r，所有的r对应的f1+r构成其他机械件处于故障状态的概率数组f；t为时间变量；y为其他机械件单元的工作时间；T为任务时间；
当其他机械件单元消耗r个备件时，其他机械件处于工作状态的概率w1+r为：
其中，不同r取值，获取不同的w1+r，所有的r对应的w1+r构成其他机械件处于工作状态的概率数组w。
进一步优选地，第i个机械件单元消耗r个备件下处于正常工作状态下的概率为：
0≤r≤s；机械件单元寿命服从正态分布N(a，b)；t为时间变量；T为任务时间。
实施例
本实施例中机械类表决部件由5个机械单元组成，最少能够接受的工作单元数量为3，机械单元寿命服从正态分布N(100,38),任务时间为200h，备件保障概率指标为0.9。计算机械类表决部件的备件需求量。
对备件数量初始化为0，机械类表决部件任务完成时，能够工作的机械单元数量记为j，j的初始值为3；
假设第一个机械件单元消耗了最后一个备件，且机械类表决部件任务完成时第一个机械件单元处于故障状态，根据机械件单元寿命服从正态分布，计算第一个机械件单元消耗最后一个备件的概率数组g、其他机械件处于故障状态的概率数组f以及其他机械件处于工作状态的概率数组w；
继续执行以下步骤：
a.令概率数组pj＝g，in＝1；其中，pj为综合第in个机械件消耗所有备件的概率数组；in为迭代次数；
b.更新pj＝pj*w，*是卷积计算符号；
c.更新in＝in+1，若in≤j，则执行b，否则in＝1，执行d；
d.更新pj＝pj*f，*是卷积计算符号；
e.更新in＝in+1，若in≤n-j-1，则执行d，否则输出y(x)＝pj1+s；
f.
结果如表1所示；
表1
j 3 4
p 3.768E-08 3.230E-10
g.更新Ps＝Ps+n×nj×p＝7.55E-07；
h.计算任务结束时所有单元都能够工作的概率pt＝1.39E-12；
i.令总备件保障概率Ps＝Ps+pt＝7.55E-07，因Ps<P，更新s＝s+1；多次执行a～i后，当s＝7时，Ps＝0.8933，当s＝8时，Ps＝0.9697，满足不低于0.9的指标要求；停止计算，输出备件需求量s＝8以及对应的备件保障概率Ps。
本实施例中，采用仿真方法模拟各种备件数量对应的备件保障概率结果，如图4所示，将仿真方法和本发明的备件需求量计算方法进行比较，其中，图1公开了备件数量为0～8的2种总备件保障概率结果。图4表明本发明提供的备件需求量计算方法和仿真方法的总备件保障概率极为吻合，本发明提供的机械类表决部件的备件需求量计算方法具有实用性且求算的备件需求量的结果准确。
应当理解的是，上述装置用于执行上述实施例中的方法，装置中相应的程序模块，其实现原理和技术效果与上述方法中的描述类似，该装置的工作过程可参考上述方法中的对应过程，此处不再赘述。
基于上述实施例中的方法，本申请实施例提供了一种机械设备。该设备可以包括：至少一个用于存储程序的存储器和至少一个用于执行存储器存储的程序的处理器。其中，当存储器存储的程序被执行时，处理器用于执行上述实施例中所描述的方法。
基于上述实施例中的方法，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，当计算机程序在处理器上运行时，使得处理器执行上述实施例中的方法。
基于上述实施例中的方法，本申请实施例提供了一种计算机程序产品，当计算机程序产品在处理器上运行时，使得处理器执行上述实施例中的方法。
可以理解的是，本申请的实施例中的处理器可以是中央处理单元(centralprocessing unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digitalsignalprocessor，DSP)、专用集成电路(application specific integrated circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(field programmable gate array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、晶体管逻辑器件，硬件部件或者其任意组合。通用处理器可以是微处理器，也可以是任何常规的处理器。
本申请的实施例中的方法步骤可以通过硬件的方式来实现，也可以由处理器执行软件指令的方式来实现。软件指令可以由相应的软件模块组成，软件模块可以被存放于随机存取存储器(random access memory，RAM)、闪存、只读存储器(read-only memory，ROM)、可编程只读存储器(programmable rom，PROM)、可擦除可编程只读存储器(erasable PROM，EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(electrically EPROM，EEPROM)、寄存器、硬盘、移动硬盘、CD-ROM或者本领域熟知的任何其它形式的存储介质中。一种示例性的存储介质耦合至处理器，从而使处理器能够从该存储介质读取信息，且可向该存储介质写入信息。当然，存储介质也可以是处理器的组成部分。处理器和存储介质可以位于ASIC中。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者通过所述计算机可读存储介质进行传输。所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘(solid state disk，SSD))等。
可以理解的是，在本申请的实施例中涉及的各种数字编号仅为描述方便进行的区分，并不用来限制本申请的实施例的范围。
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 (10)

1.一种机械类表决部件的备件需求量计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：根据机械件单元寿命服从正态分布，结合当前总备件数量s，建立总备件数量与降额使用的备件保障概率之间的关系以及总备件数量与满额功率下的备件概率之间关系，获取降额使用的备件保障概率和满额功率下的备件保障概率；其中，当前总备件数量的初始值为0；
步骤二：将降额使用的备件保障概率与满额功率下的备件保障概率相加作为总备件保障概率，判断总备件保障概率是否达到备件保障概率指标，若达到，将当前总备件数量作为备件需求量；否则增加当前总备件数量，转至步骤一；
其中，降额使用的备件保障概率的计算方法为：基于机械类表决部件任务完成已经消耗完所有备件，且能够工作的机械件单元数量不低于能够接受的工作机械件单元数量最小值的情况，假设第一个机械件单元消耗了最后一个备件，且机械类表决部件完成任务时第一个机械件单元处于故障状态，通过将第一个机械件单元消耗最后一个备件的概率数组g、n-j-1个机械件单元处于故障状态的概率f以及j个机械件单元处于工作状态的概率w进行n-1次卷积，结合机械件总数n以及能够工作的机械件单元数量为j的机械件单元组合，计算降额使用的备件保障概率；
满额功率下的备件保障概率的计算方法为：基于机械类表决部件任务完成时，所有机械件单元均正常工作状态下的情况，对机械件单元消耗r个备件处于正常工作状态下的概率数组进行卷积运算，将处于正常工作状态下前1+s个综合机械件单元消耗备件的概率之和作为满额功率下的备件保障概率。
2.根据权利要求1所述的备件需求量计算方法，其特征在于，所述降额使用的备件保障概率的计算方法，具体包括以下步骤：
S100：初始化机械类表决部件任务完成时能够工作的机械件单元数量j，令j＝k；其中，k为能够接受的工作机械件单元数量最小值；总备件数量s的初始值为0；
S101：基于总备件数量，假设第一个机械件单元消耗了最后一个备件，且机械类表决部件任务完成时第一个机械件单元处于故障状态，根据机械件单元寿命服从正态分布，计算第一个机械件单元消耗最后一个备件的概率数组g、其他机械件处于故障状态的概率数组f以及其他机械件处于工作状态的概率数组w；
S102：令概率数组pj＝g，in＝1；其中，pj为卷积结果数组；in为迭代次数；
S103：更新pj＝pj*w，其中，*是卷积计算符号；
S104：更新in＝in+1，若in≤j，则执行S103，否则，令in＝1，执行S105；
S105：更新pj＝pj*f；
S106：更新in＝in+1，若in≤n-j-1，则执行S105，否则输出y(x)＝pj1+s；其中，pj1+s为卷积结果中的第1+s个元素；
S107：计算其中，p为能够工作的机械件单元数量j对应的概率；y(x)为能够工作机械件单元数量为j的概率密度函数；T为机械类表决部件的任务时间；x为工作时间变量；
S108：更新Ps＝Ps+n×nj×p；更新j＝j+1，若j≤n，则执行步骤S100，否则输出Ps；其中，Ps初始值为0；Ps为当能够工作的机械件单元数量j时对应的降额备件保障概率；nj是能够工作的机械件单元数量为j的机械件单元组合。
3.根据权利要求1或2所述的备件需求量计算方法，其特征在于，所述满额功率下的备件保障概率的计算方法，包括以下步骤：
根据机械件服从正态分布，计算各个机械件单元消耗各备件数量下处于正常工作状态下的概率数组pd；
将所有的机械件单元消耗各备件数量下处于正常工作状态的概率数组pd进行卷积运算，将处于正常工作状态下前1+s个综合机械件单元消耗备件的概率之和作为满额功率下的备件保障概率；
或者
S200：根据机械件服从正态分布，计算第i个机械件单元消耗各备件数量下处于正常工作状态下的概率数组pd；其中,i的初始值为1；
S201：将计算出的第i个机械件单元消耗r个备件处于正常工作状态下的概率数组与综合前i-1个机械件单元消耗l个备件处于正常工作状态下的概率数组进行卷积，获取综合前i个机械件单元消耗l个备件处于正常工作状态下的概率数组；
S202：将下一个机械件单元更新为当前第i个机械件单元，若i的编号大于机械件总数，则将处于正常工作状态下前1+s个综合机械件单元消耗备件的概率之和作为满额功率下的备件保障概率；否则，转至S200。
4.根据权利要求2所述的备件需求量计算方法，其特征在于，第一个机械件单元消耗r个备件，且消耗最后一个备件的概率g1+r为：
其中，0≤r≤s，不同r取值，获取不同的g1+r，所有的r对应的g1+r构成第一个机械件单元消耗最后一个备件的概率数组g；机械件单元寿命服从正态分布N(a，b)；x为第一个机械件单元工作时间变量；
当其他机械件单元消耗r个备件时，其他机械件处于故障状态的概率f1+r为：
其中，不同r取值，获取不同的f1+r，所有的r对应的f1+r构成其他机械件处于故障状态的概率数组f；t为时间变量；y为其他机械件单元的工作时间；T为任务时间；
当其他机械件单元消耗r个备件时，其他机械件处于工作状态的概率w1+r为：
其中，不同r取值，获取不同的w1+r，所有的r对应的w1+r构成其他机械件处于工作状态的概率数组w。
5.根据权利要求3所述的备件需求量计算方法，其特征在于，第i个机械件单元消耗r个备件下处于正常工作状态下的概率为：
0≤r≤s；机械件单元寿命服从正态分布N(a，b)；t为时间变量；T为任务时间。
6.一种机械类表决部件的备件需求量计算系统，其特征在于，包括：
子备件保障概率的计算模块，用于根据机械件单元寿命服从正态分布，结合当前总备件数量s，建立总备件数量与降额使用的备件保障概率之间的关系以及总备件数量与满额功率下的备件概率之间关系，获取降额使用的备件保障概率和满额功率下的备件保障概率；其中，当前总备件数量的初始值为0；
总备件保障概率判定模块，用于将降额使用的备件保障概率与满额功率下的备件保障概率相加作为总备件保障概率，判断总备件保障概率是否达到备件保障概率指标；
数据输出模块，用于当备件保障概率达到备件保障概率指标，将当前总备件数量作为备件需求量；否则，增加当前总备件数量，驱动子备件保障概率的计算模块执行；
其中，子备件保障概率的计算模块包括降额使用的备件保障概率计算单元和满额功率下的备件保障概率计算单元；
降额使用的备件保障概率计算单元用于基于机械类表决部件任务完成已经消耗完所有备件，且能够工作的机械件单元数量不低于能够接受的工作机械件单元数量最小值的情况，假设第一个机械件单元消耗了最后一个备件，且机械类表决部件完成任务时第一个机械件单元处于故障状态，通过将第一个机械件单元消耗最后一个备件的概率数组g、n-j-1个机械件单元处于故障状态的概率f以及j个机械件单元处于工作状态的概率w进行n-1次卷积，结合机械件总数n以及能够工作的机械件单元数量为j的机械件单元组合，计算降额使用的备件保障概率；
满额功率下的备件保障概率计算单元用于基于机械类表决部件任务完成时，所有机械件单元均正常工作状态下的情况，对机械件单元消耗r个备件处于正常工作状态下的概率数组进行卷积运算，将处于正常工作状态下前1+s个综合机械件单元消耗备件的概率之和作为满额功率下的备件保障概率。
7.根据权利要求6所述的备件需求量计算系统，其特征在于，降额使用的备件保障概率计算单元的具体执行过程为：
S100：初始化机械类表决部件任务完成时能够工作的机械件单元数量j，令j＝k；其中，k为能够接受的工作机械件单元数量最小值；总备件数量s的初始值为0；
S101：基于总备件数量，假设第一个机械件单元消耗了最后一个备件，且机械类表决部件任务完成时第一个机械件单元处于故障状态，根据机械件单元寿命服从正态分布，计算第一个机械件单元消耗最后一个备件的概率数组g、其他机械件处于故障状态的概率数组f以及其他机械件处于工作状态的概率数组w；
S102：令概率数组pj＝g，in＝1；其中，pj为卷积结果数组；in为迭代次数；
S103：更新pj＝pj*w，其中，*是卷积计算符号；
S104：更新in＝in+1，若in≤j，则执行S103，否则，令in＝1，执行S105；
S105：更新pj＝pj*f；
S106：更新in＝in+1，若in≤n-j-1，则执行S105，否则输出y(x)＝pj1+s；其中，pj1+s为卷积结果中的第1+s个元素；
S107：计算其中，p为能够工作的机械件单元数量j对应的概率；y(x)为能够工作的机械件单元数量为j的概率密度函数；T为机械类表决部件的任务时间；x为工作时间变量；
S108：更新Ps＝Ps+n×nj×p；更新j＝j+1，若j≤n，则执行步骤S100，否则输出Ps；其中，Ps初始值为0；Ps为当能够工作的机械件单元数量j时对应的降额备件保障概率；nj是能够工作的机械件单元数量为j的机械件单元组合。
8.根据权利要求6或7所述的备件需求量计算系统，其特征在于，所述满额功率下的备件保障概率计算单元包括：各机械件单元消耗备件的概率数组计算元和卷积运算器；
各机械单元消耗备件的概率数组计算元用于根据机械件服从正态分布，计算各个机械件单元消耗各备件数量下处于正常工作状态下的概率数组pd；
卷积运算器用于将所有的机械件单元消耗各备件数量下处于正常工作状态的概率数组pd进行卷积运算，将处于正常工作状态下前1+s个综合机械件单元消耗备件的概率之和作为满额功率下的备件保障概率。
9.根据权利要求7所述的备件需求量计算系统，其特征在于，第一个机械件单元消耗r个备件，且消耗最后一个备件的概率g1+r为：
其中，0≤r≤s，不同r取值，获取不同的g1+r，所有的r对应的g1+r构成第一个机械件单元消耗最后一个备件的概率数组g；机械件单元寿命服从正态分布N(a，b)；x为第一个机械件单元工作时间变量；
当其他机械件单元消耗r个备件时，机械件处于故障状态的概率f1+r为：
其中，不同r取值，获取不同的f1+r，所有的r对应的f1+r构成其他机械件处于故障状态的概率数组f；t为时间变量；y为其他机械件的工作时间变量；T为任务时间；
当其他机械件单元消耗r个备件时，机械件处于工作状态的概率w1+r为：
其中，不同r取值，获取不同的w1+r，所有的r对应的w1+r构成其他机械件处于工作状态的概率数组w。
10.根据权利要求8所述的备件需求量计算系统，其特征在于，第i个机械件单元消耗r个备件下处于正常工作状态下的概率为：
0≤r≤s；机械件单元寿命服从正态分布N(a，b)；t为时间变量；T为任务时间。
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