CN116822843A - 一种针对电子串联部件的备件需求量计算方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种针对电子串联部件的备件需求量计算方法及系统，包括：基于电子串联部件的各电子单元的寿命服从的第一指数分布，各电子单元的维修耗时服从的第二指数分布，以及电子串联部件的任务时间，计算当前备件数量对应的维修及时完成概率和维修未及时完成概率；基于当前备件数量对应的维修及时完成概率与维修未及时完成概率之和，更新备件保障概率；如果备件保障概率小于预设的备件保障概率指标，则基于加一后的当前备件数量更新当前备件数量，返回执行上述步骤，直至备件保障概率大于等于备件保障概率指标，则输出备件保障概率，并将当前备件数量作为备件需求量，从而实现了电子串联部件的备件需求量计算，提高了备件需求量的计算准确性。

Description

一种针对电子串联部件的备件需求量计算方法及系统
技术领域
本发明属于电子部件备件保障技术领域，更具体地，涉及一种针对电子串联部件的备件需求量计算方法及系统。
背景技术
备件保障概率是故障发生时有备件的概率，备件需求量是其对应的备件保障概率不低于指标要求的最少备件数量，备件需求量的计算有利于科学合理地解决备件配置问题。
现有方法在计算备件需求量时，一般都将使用备件的维修耗时默认忽略不计，然而有相当多的现实场景例如民航飞机的维修场景中，使用备件的维修耗时较大。在此种情况下，如果仍忽略维修耗时，会导致较大的备件需求量计算误差，带来备件的库存量过大、库存资金和空间周转缓慢等一系列问题。
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针对电子串联部件的备件需求量计算方法及系统，旨在解决现有方法的备件需求量计算误差较大的问题。
为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种针对电子串联部件的备件需求量计算方法，包括：
S110，基于电子串联部件的各电子单元的寿命服从的第一指数分布，各电子单元的维修耗时服从的第二指数分布，以及电子串联部件的任务时间，计算当前备件数量对应的维修及时完成概率和维修未及时完成概率；
S120基于所述当前备件数量对应的维修及时完成概率与维修未及时完成概率之和，更新备件保障概率；
S130，如果所述备件保障概率小于预设的备件保障概率指标，则基于加一后的当前备件数量更新当前备件数量，返回执行S110和S120，直至备件保障概率大于等于所述备件保障概率指标，则输出备件保障概率，并将当前备件数量作为备件需求量。
进一步地，S110具体包括：
如果所述当前备件数量i为0，则所述维修及时完成概率所述维修未及时完成概率Pfi＝0；
如果所述当前备件数量i大于0，则所述维修及时完成概率所述维修未及时完成概率
其中，T为任务时间，a为所述第一指数分布的均值，b为所述第二指数分布的均值，n为电子单元的数量，Γ(·)为伽玛函数，g(x)为维修及时完成条件下任务时间内消耗i个备件的概率，h(y)为维修未及时完成条件下任务时间内消耗i个备件的概率。
进一步地，所述g(x)具体基于如下步骤计算得到：
计算维修及时完成条件下，任一电子单元的备件消耗数量的概率分布数组pa：
其中，pa[k]为pa中的第k+1个元素，k为所述任一电子单元的备件消耗数量；
基于所述pa进行n-1次卷积运算，得到第一概率数组pj；
将所述第一概率数组pj中第i+1个元素确定为所述g(x)。
进一步地，所述h(y)具体基于如下步骤计算得到：
计算维修未及时完成条件下，任一电子单元的备件消耗数量的概率分布数组pd：
其中，pd[]为pd中的第k+1个元素，为所述任一电子单元的备件消耗数量；
设每次故障仅消耗1个备件，则故障发生次数等于k，计算故障必然发生条件下，任一电子单元的故障发生次数的概率分布数组pg：
其中，pg[-1]为pg中的第k个元素；
基于所述pd和所述pg进行n-1次卷积运算，得到第二概率数组pr；
将所述第二概率数组pr中第i个元素确定为所述h(y)。
第二方面，本发明提供了一种针对电子串联部件的备件需求量计算系统，包括：
维修相关概率计算模块，用于基于电子串联部件的各电子单元的寿命服从的第一指数分布，各电子单元的维修耗时服从的第二指数分布，以及电子串联部件的任务时间，计算当前备件数量对应的维修及时完成概率和维修未及时完成概率；
备件保障概率计算模块，用于基于所述当前备件数量对应的维修及时完成概率与维修未及时完成概率之和，更新备件保障概率；
备件需求量输出模块，用于如果所述备件保障概率小于预设的备件保障概率指标，则基于加一后的当前备件数量更新当前备件数量，重新调用维修相关概率计算模块和备件保障概率计算模块，直至备件保障概率大于等于所述备件保障概率指标，则输出备件保障概率，并将当前备件数量作为备件需求量。
进一步地，所述备件保障概率计算模块具体用于：
如果所述当前备件数量i为0，则所述维修及时完成概率所述维修未及时完成概率Pfi＝0；
如果所述当前备件数量i大于0，则所述维修及时完成概率所述维修未及时完成概率
其中，T为任务时间，a为所述第一指数分布的均值，b为所述第二指数分布的均值，n为电子单元的数量，Γ(·)为伽玛函数，g(x)为维修及时完成条件下任务时间内消耗i个备件的概率，h(y)为维修未及时完成条件下任务时间内消耗i个备件的概率。
进一步地，所述备件保障概率计算模块具体基于如下步骤计算g(x)：
计算维修及时完成条件下，任一电子单元的备件消耗数量的概率分布数组pa：
其中，pa[k]为pa中的第k+1个元素，k为所述任一电子单元的备件消耗数量；
基于所述pa进行n-1次卷积运算，得到第一概率数组pj；
将所述第一概率数组pj中第i+1个元素确定为所述g(x)。
进一步地，所述备件保障概率计算模块具体基于如下步骤计算h(y)：
计算维修未及时完成条件下，任一电子单元的备件消耗数量的概率分布数组pd：
其中，pd[]为pd中的第k+1个元素，为所述任一电子单元的备件消耗数量；
设每次故障仅消耗1个备件，则故障发生次数等于k，计算故障必然发生条件下，任一电子单元的故障发生次数的概率分布数组pg：
其中，pg[-1]为pg中的第k个元素；
基于所述pd和所述pg进行n-1次卷积运算，得到第二概率数组pr；
将所述第二概率数组pr中第i个元素确定为所述h(y)。
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：
本发明提供一种针对电子串联部件的备件需求量计算方法及系统，通过逐一增加当前备件数量，遍历每一种可能的当前备件数量的情况，基于电子串联部件的各电子单元的寿命分布、维修耗时分布及任务时间，计算每一种情况下的维修及时完成概率和维修未及时完成概率，由此不断更新备件保障概率，直至更新的备件保障概率大于或等于预先设置的备件保障概率指标，根据此时的当前备件数量即可确定出备件需求量，从而考虑了维修耗时，提高了备件需求量的计算准确性，有效避免了备件需求量不合理导致备件的库存量过大、库存资金和空间周转缓慢等问题。
附图说明
图1是本发明提供的针对电子串联部件的备件需求量计算方法的流程示意图；
图2是本发明提供的方法与现有方法和仿真方法的备件保障概率结果对比图；
图3是本发明提供的针对电子串联部件的备件需求量计算系统的架构图。
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。
本发明提供一种针对电子串联部件的备件需求量计算方法，图1是本发明提供的针对电子串联部件的备件需求量计算方法的流程示意图，如图1所示，该方法包括：
S110，基于电子串联部件的各电子单元的寿命服从的第一指数分布，各电子单元的维修耗时服从的第二指数分布，以及电子串联部件的任务时间，计算当前备件数量i的维修及时完成概率和维修未及时完成概率；
S120，基于当前备件数量i的维修及时完成概率与维修未及时完成概率之和，更新备件保障概率；
S130，如果备件保障概率小于预设的备件保障概率指标，则基于加一后的当前备件数量更新当前备件数量即i＝i+1，返回执行S110和S120，直至备件保障概率大于等于备件保障概率指标，则输出备件保障概率，并将当前备件数量i作为备件需求量。
此处，电子串联部件由多个同类型电子单元串联组成，电子单元例如印刷电路板插件、电子部件、电阻、电容、集成电路等。电子单元的寿命服从第一指数分布E(a)，a为寿命均值，寿命概率密度函数电子单元的维修耗时服从第二指数分布E(b)，b为维修耗时均值，即每次完成维修的平均耗时，维修耗时概率密度函数/>
进一步地，备件保障概率是故障发生时有备件可以用来维修故障的概率，在求得当前备件数量i的维修及时完成概率Psi和维修未及时完成概率Pfi之后，可以根据Psi与Pfi之和更新备件保障概率Pb，即让Pb＝Pb+Psi+Pfi。当前备件数量i的初始值可以是0，在迭代过程中可以逐渐加一。备件保障概率Pb的初始值也可以是0，对于任意一个当前备件数量i，更新的备件保障概率
本发明实施例提供的方法，通过逐一增加当前备件数量，遍历每一种可能的当前备件数量的情况，基于电子串联部件的各电子单元的寿命分布、维修耗时分布及任务时间，计算每一种情况下的维修及时完成概率和维修未及时完成概率，由此不断更新备件保障概率，直至更新的备件保障概率大于或等于预先设置的备件保障概率指标，根据此时的当前备件数量即可确定出备件需求量，从而考虑了维修耗时，提高了备件需求量的计算准确性，有效避免了备件需求量不合理导致备件的库存量过大、库存资金和空间周转缓慢等问题。
基于上述实施例，S110具体包括：
如果当前备件数量i为0，则维修及时完成概率维修未及时完成概率Pfi＝0；
如果当前备件数量i大于0，则维修及时完成概率维修未及时完成概率
其中，T为任务时间，a为第一指数分布的均值，b为第二指数分布的均值，n为电子单元的数量，Γ(·)为伽玛函数，g(x)为维修及时完成条件下任务时间内消耗i个备件的概率，h(y)为维修未及时完成条件下任务时间内消耗i个备件的概率。此处，伽玛函数具体为：
可以理解的是，在当前备件数量i为0的情况下，电子串联部件的n个电子单元实质上不涉及备件维修，在任务时间T内均保持工作，相当于特殊的维修耗时为0的维修及时完成情况，因此维修及时完成概率Psi仅根据第一指数分布的均值即寿命均值a、任务时间T及电子单元的数量n即可得到，维修未及时完成概率Pfi为0。
基于上述任一实施例，g(x)具体基于如下步骤计算得到：
计算维修及时完成条件下，任一电子单元的备件消耗数量的概率分布数组pa：
其中，pa[]为pa中的第k+1个元素，为该电子单元的备件消耗数量；
基于pa进行n-1次卷积运算，得到第一概率数组pj；
将第一概率数组pj中第i+1个元素确定为g(x)。
可以理解的是，k＝0,1,…,i，维修及时完成条件下任一电子单元的备件消耗数量的概率分布数组pa共包括i+1个元素，且由于电子串联部件所包括的n个电子单元为同类型电子单元，任务时间与寿命均值均一致，其对应的概率分布数组pa也相同，可以基于pa进行n-1次卷积运算pa*pa*…*pa，得到维修及时完成条件下对应的第一概率数组pj。
基于上述任一实施例，h(y)具体基于如下步骤计算得到：
计算维修未及时完成条件下，任一电子单元的备件消耗数量的概率分布数组pd：
其中，pd[]为pd中的第k+1个元素，为该电子单元的备件消耗数量；
设每次故障仅消耗1个备件，则故障发生次数等于k，计算故障必然发生条件下，任一电子单元的故障发生次数的概率分布数组pg：
其中，pg[-1]为pg中的第k个元素；
基于pd和pg进行n-1次卷积运算，得到第二概率数组pr；
将第二概率数组pr中第i个元素确定为h(y)。
可以理解的是，维修未及时完成条件下任一电子单元的备件消耗数量的概率分布数组pd共包括i+1个元素，故障必然发生条件下，该电子单元的故障发生次数的概率分布数组pg共包括i个元素，它们有着共同的自变量k，可以进行离散卷积运算。进一步地，进行n-1次卷积运算，即得到维修未及时完成条件下对应的第二概率数组pr。
基于上述任一实施例，本发明的电子类部件是指由多个同类电子单元组成的组件，具体为电子串联部件。当其中一个单元出现故障时视同该部件出现故障，通过更换故障单元的方式完成对该部件的维修，以保障在任务期间部件能连续工作。电子件寿命一般服从指数分布，如：印刷电路板插件、电子部件、电阻、电容、集成电路等。随机变量服从指数分布E(μ)，μ是变量均值，其概率密度函数
本发明中已知任务时间T，备件保障概率指标P，某电子串联部件由n个电子单元组成，该类单元的寿命服从指数分布E(a)，a为寿命均值，维修耗时服从指数分布E(b)，b为维修耗时均值。
本发明提供了一种考虑维修耗时的电子串联部件的备件需求量计算方法，具体步骤如下：
(1)初始化，令当前备件数量i＝0，备件保障概率Pb＝0；
(2)计算维修及时完成概率Psi、维修未及时完成概率Pfi
当i＝0时，
当i>0时，
其中，g(x)为维修及时完成条件下任务时间内消耗i个备件的概率，计算步骤为：
(G.1)令j＝1，计算概率数组pa：
pa中元素是维修及时完成条件下，部件中第j个单元消耗k个备件的概率；
(G.2)如果j＝1，则令pj＝pa，否则pj＝pj*pa，*是卷积计算符号；
(G.3)更新j＝j+1，如果j≤n则执行(G.2)，否则执行(G.4)；
(G.4)令g(x)等于pj中第i+1个元素。
其中，h(y)为维修未及时完成条件下任务时间内消耗i个备件的概率，计算步骤为：
(H.1)令j＝1，计算概率数组pd，
pd中元素是维修未及时完成条件下，部件中第j个单元消耗k个备件的概率；
计算概率数组pg，
约定每次故障仅消耗1个备件，pg中元素是故障必然发生情况下k次故障的概率密度函数；
(H.2)如果j＝1，则令pr＝pg，否则pr＝pr*pd，*是卷积计算符号；
(H.3)更新j＝j+1，如果j≤n则执行(H.2)，否则令(y)等于pr中第i个元素。
(3)更新备件保障概率
(4)如果Pb<P，则更新i＝i+1，执行(2)，否则执行(4)；
(5)令备件需求量s＝i，Pb为其备件保障概率，输出s和Pb。
算例：某电子串联部件由5个同型电子单元组成，电子单元寿命服从指数分布E(80)，任务时间为150h，修复故障的时间即维修耗时服从指数分布E(10)，要求备件保障概率不低于0.9，即备件保障概率指标为0.9，计算此时的备件需求量。
计算步骤为：(1)初始化，令当前备件数量i＝0，备件保障概率Pb＝0；
多次执行上述步骤(2)～(4)，得到计算结果如表1。
表1
当前备件数量i Ps Pf Pb
0 0.0001 0.0000 0.0001
1 0.0017 0.0001 0.0020
2 0.0126 0.0023 0.0169
3 0.0456 0.0134 0.0759
4 0.0974 0.0402 0.2135
5 0.1362 0.0730 0.4227
6 0.1339 0.0887 0.6453
7 0.0974 0.0769 0.8196
8 0.0544 0.0500 0.9240
(5)备件需求量为8，其对应的备件保障概率为0.924，满足不低于0.9的指标要求。
本发明方法的关键在于计算备件数量对应的备件保障概率即备件满足率。分别采用忽略维修耗时理想情况下的现有方法、考虑维修耗时的本发明评估方法和考虑维修耗时的仿真方法，图2展示了上述算例备件数量0～20的3种备件保障概率结果。图2表明：本发明方法的评估结果与仿真结果极为吻合，很好地反映了“因维修耗时占用任务期间的工作时间，会降低备件需求，相同备件数量时备件保障概率应更大”这一实际情况。面对“备件保障概率不低于0.9”这一相同的指标要求，忽略维修耗时和考虑维修耗时的备件需求量分别为16、9。在面临维修耗时较大的实际情况时，采用本发明方法能更合理确定备件需求量，有效解决现有方法造成的备件准备过多问题。
基于上述任一实施例，本发明提供一种针对电子串联部件的备件需求量计算系统，图3是本发明提供的针对电子串联部件的备件需求量计算系统的架构图，如图3所示，该系统包括：
维修相关概率计算模块310，用于基于电子串联部件的各电子单元的寿命服从的第一指数分布，各电子单元的维修耗时服从的第二指数分布，以及电子串联部件的任务时间，计算当前备件数量对应的维修及时完成概率和维修未及时完成概率；
备件保障概率计算模块320，用于基于所述当前备件数量对应的维修及时完成概率与维修未及时完成概率之和，更新备件保障概率；
备件需求量输出模块330，用于如果所述备件保障概率小于预设的备件保障概率指标，则基于加一后的当前备件数量更新当前备件数量，重新调用维修相关概率计算模块和备件保障概率计算模块，直至备件保障概率大于等于所述备件保障概率指标，则输出备件保障概率，并将当前备件数量作为备件需求量。
本发明实施例提供的系统，通过逐一增加当前备件数量，遍历每一种可能的当前备件数量的情况，基于电子串联部件的各电子单元的寿命分布、维修耗时分布及任务时间，计算每一种情况下的维修及时完成概率和维修未及时完成概率，由此不断更新备件保障概率，直至更新的备件保障概率大于或等于预先设置的备件保障概率指标，根据此时的当前备件数量即可确定出备件需求量，从而考虑了维修耗时，提高了备件需求量的计算准确性，有效避免了备件需求量不合理导致备件的库存量过大、库存资金和空间周转缓慢等问题。
可以理解的是，上述各个模块的详细功能实现可参见前述方法实施例中的介绍，在此不做赘述。
另外，本发明实施例提供了另一种针对电子串联部件的备件需求量计算装置，其包括：存储器和处理器；
所述存储器，用于存储计算机程序；
所述处理器，用于当执行所述计算机程序时，实现上述实施例中的方法。
此外，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现上述实施例中的方法。
基于上述实施例中的方法，本发明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。
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 (8)

1.一种针对电子串联部件的备件需求量计算方法，其特征在于，包括：
S110，基于电子串联部件的各电子单元的寿命服从的第一指数分布，各电子单元的维修耗时服从的第二指数分布，以及电子串联部件的任务时间，计算当前备件数量对应的维修及时完成概率和维修未及时完成概率；
S120基于所述当前备件数量对应的维修及时完成概率与维修未及时完成概率之和，更新备件保障概率；
S130，如果所述备件保障概率小于预设的备件保障概率指标，则基于加一后的当前备件数量更新当前备件数量，返回执行S110和S120，直至备件保障概率大于等于所述备件保障概率指标，则输出备件保障概率，并将当前备件数量作为备件需求量。
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，S110具体包括：
如果所述当前备件数量i为0，则所述维修及时完成概率所述维修未及时完成概率Pfi＝0；
如果所述当前备件数量i大于0，则所述维修及时完成概率所述维修未及时完成概率
其中，T为任务时间，a为所述第一指数分布的均值，b为所述第二指数分布的均值，n为电子单元的数量，Γ(·)为伽玛函数，g(x)为维修及时完成条件下任务时间内消耗i个备件的概率，h(y)为维修未及时完成条件下任务时间内消耗i个备件的概率。
3.根据权利要求2所述的备件需求量计算方法，其特征在于，所述g(x)具体基于如下步骤计算得到：
计算维修及时完成条件下，任一电子单元的备件消耗数量的概率分布数组pa：
其中，pa[]为pa中的第k+1个元素，为所述任一电子单元的备件消耗数量；
基于所述pa进行n-1次卷积运算，得到第一概率数组pj；
将所述第一概率数组pj中第i+1个元素确定为所述g(x)。
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，所述h(y)具体基于如下步骤计算得到：
计算维修未及时完成条件下，任一电子单元的备件消耗数量的概率分布数组pd：
其中，pd[]为pd中的第k+1个元素，为所述任一电子单元的备件消耗数量；
设每次故障仅消耗1个备件，则故障发生次数等于k，计算故障必然发生条件下，任一电子单元的故障发生次数的概率分布数组pg：
其中，pg[-1]为pg中的第k个元素；
基于所述pd和所述pg进行n-1次卷积运算，得到第二概率数组pr；
将所述第二概率数组pr中第i个元素确定为所述h(y)。
5.一种针对电子串联部件的备件需求量计算系统，其特征在于，包括：
维修相关概率计算模块，用于基于电子串联部件的各电子单元的寿命服从的第一指数分布，各电子单元的维修耗时服从的第二指数分布，以及电子串联部件的任务时间，计算当前备件数量对应的维修及时完成概率和维修未及时完成概率；
备件保障概率计算模块，用于基于所述当前备件数量对应的维修及时完成概率与维修未及时完成概率之和，更新备件保障概率；
备件需求量输出模块，用于如果所述备件保障概率小于预设的备件保障概率指标，则基于加一后的当前备件数量更新当前备件数量，重新调用维修相关概率计算模块和备件保障概率计算模块，直至备件保障概率大于等于所述备件保障概率指标，则输出备件保障概率，并将当前备件数量作为备件需求量。
6.根据权利要求5所述的备件需求量计算系统，其特征在于，所述备件保障概率计算模块具体用于：
如果所述当前备件数量i为0，则所述维修及时完成概率所述维修未及时完成概率Pfi＝0；
如果所述当前备件数量i大于0，则所述维修及时完成概率所述维修未及时完成概率
其中，T为任务时间，a为所述第一指数分布的均值，b为所述第二指数分布的均值，n为电子单元的数量，Γ(·)为伽玛函数，g(x)为维修及时完成条件下任务时间内消耗i个备件的概率，h(y)为维修未及时完成条件下任务时间内消耗i个备件的概率。
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，所述备件保障概率计算模块具体基于如下步骤计算g(x)：
计算维修及时完成条件下，任一电子单元的备件消耗数量的概率分布数组pa：
其中，pa[]为pa中的第k+1个元素，为所述任一电子单元的备件消耗数量；
基于所述pa进行n-1次卷积运算，得到第一概率数组pj；
将所述第一概率数组ph中第i+1个元素确定为所述g(x)。
8.根据权利要求6所述的备件需求量计算系统，其特征在于，所述备件保障概率计算模块具体基于如下步骤计算h(y)：
计算维修未及时完成条件下，任一电子单元的备件消耗数量的概率分布数组pd：
其中，pd[]为pd中的第k+1个元素，为所述任一电子单元的备件消耗数量；
设每次故障仅消耗1个备件，则故障发生次数等于k，计算故障必然发生条件下，任一电子单元的故障发生次数的概率分布数组pg：
其中，pg[-1]为pg中的第k个元素；
基于所述pd和所述pg进行n-1次卷积运算，得到第二概率数组pr；
将所述第二概率数组pr中第i个元素确定为所述h(y)。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN117474248A (zh) * 2023-10-31 2024-01-30 西南大学 一种电子设备的维修资源的优化估算方法、装置、介质

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