CN116843231B - 一种考虑维修耗时的机械设备使用可用度量化方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种考虑维修耗时的机械设备使用可用度量化方法和系统，属于备件保障效果量化领域。本发明按照备件消耗总量的不同取值情形，计算消耗备件总数量为r条件下的及时完成维修的平均时间、未及时完成维修的平均时间和保障失败的平均时间，每个平均时间的计算中同时考虑维修消耗时间、寿命和备件数量，最后综合所有平均时间，计算机械设备的使用可用度，从而解决使用可用度计算误差较大的问题。
Description
技术领域
本发明属于备件保障效果量化领域，更具体地，涉及一种考虑维修耗时的机械设备使用可用度量化方法和系统。
背景技术
备件是一种重要的维修资源，是维修工作能得以开展的物资基础。使用可用度是一种重要的评估备件保障效果的指标。
在现实中有相当多的场景其维修耗时较大。例如，飞机的使用可用度反映了在一定时期内的可飞行时间比例，准确估计民航飞机的全年使用可用度，是制定合理飞行计划的前提。
然而现有在以使用可用度评估备件保障效果时，一般都约定使用备件的维修耗时可忽略不计，会带来较大的使用可用度计算误差。
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考虑维修耗时的机械设备使用可用度量化方法和系统，旨在解决使用可用度计算误差较大的问题。
为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种考虑维修耗时的机械设备使用可用度量化方法，所述机械设备由多个不同类型的机械单元组成，所述多个不同类型的机械单元的寿命均服从正态分布，且正态分布参数不同，该方法包括：
步骤1：计算机械设备各机械单元的备件总数量sn；
步骤2：初始化备件消耗总量r＝0，计算Tf0＝0；
步骤3：更新备件消耗总量r＝1，若r≤sn，计算 先计算再计算/>进入步骤4，否则，进入步骤5；
步骤4：更新r＝r+1，若r≤sn，计算 先计算/>再计算/>否则，进入步骤5；
步骤5：分别计算消耗的备件总数量r从0至sn时对应的
步骤6：计算考虑维修耗时的机械设备的使用可用度
其中，Tsr为消耗备件总数量为r条件下的及时完成维修的平均时间，Tfr为消耗备件总数量为r条件下的未及时完成维修的平均时间，tfr为备件消耗总数为r条件下的保障失败的平均时间，T为任务时间，n为机械设备的机械单元数量，ai，bi为机械单元i的寿命均值和根方差，积分变量x为寿命变量，c，d为机械单元的维修耗时均值和根方差，积分变量y为维修耗时变量，q(y)为及时完成维修条件下维修耗时y时设备共消耗r个备件的概率，Tfti为未及时完成维修条件下故障单元i的平均时间，积分变量t为时间变量，Dj(x)为共消耗1个备件条件下寿命x时单元j发生故障的概率，h(x)为未及时完成维修条件下设备寿命x时共消耗r个备件的概率，tfti为保障失败单元i的平均时间。
优选地，q(y)计算方式如下：
(Q.1)初始化单元编号i＝1；
(Q.2)计算概率数组pd，其计算过程含变量y：
其中，pd1+k为单元i在及时完成维修条件下消耗备件数量k的概率，si为单元i的备件数量；
(Q.3)若i＝1，初始化中间数组pj＝pd，否则，更新pj＝pj*pd，*为卷积计算符号；
(Q.4)更新i＝i+1，若i≤n，进入(Q.2)，否则，确定q(y)＝pj1+r。
优选地，Dj(x)计算方式如下：
优选地，h(x)计算方式如下：
(H.1)初始化单元编号j＝1；
(H.2)计算概率数组pd，其计算过程含变量x：
若j＝i，
否则
其中，pd1+k为单元j在未及时完成维修条件下消耗k个备件的概率，sj为单元j的备件数量；
(H.3)若j＝1，初始化中间数组pj＝pd，否则，更新pj＝pj*pd，*为卷积计算符号；
(H.4)更新j＝j+1，若j≤n，进入(H.2)，否则，确定h(x)＝pjr。
优选地，tfti计算方式如下：
其中，Fj(x)为保障失败条件下消耗0个备件时各单元j发生故障的概率，V(x)为保障失败条件下寿命x时设备共消耗r个备件的概率，si为单元i的备件数量。
优选地，Fj(x)的计算方式如下：
优选地，V(x)的计算步骤如下：
(V.1)初始化单元编号j＝1；
(V.2)计算概率数组pd，其计算过程含变量x：
若j＝i，
否则，
其中，pd1+k为单元j在保障失败条件下消耗备件数量k的概率，sj为单元j的备件数量；
(V.3)若j＝1，初始化中间数组pj＝pd，否则，更新pj＝pj*pd，*为卷积计算符号；
(V.4)更新j＝j+1，若j≤n，进入(V.2)，否则，确定V(x)＝pj1+r-si。
为实现上述目的，第二方面，本发明提供了一种考虑维修耗时的机械设备使用可用度量化系统，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。
为实现上述目的，第三面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，当所述计算机程序在处理器上运行时，使得所述处理器执行第一方面所述的方法。
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：
本发明提供一种考虑维修耗时的机械设备使用可用度量化方法和系统，按照备件消耗总量的不同取值情形，计算消耗备件总数量为r条件下的及时完成维修的平均时间、未及时完成维修的平均时间和保障失败的平均时间，每个平均时间的计算中同时考虑维修消耗时间、寿命和备件数量，最后综合所有平均时间，计算机械设备的使用可用度，从而解决使用可用度计算误差较大的问题。
附图说明
图1是本发明提供的一种考虑维修耗时的机械设备使用可用度量化方法流程图；
图2是本发明提供的三种方法的使用可用度结果对比。
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。
如图1所示，本发明提供了一种考虑维修耗时的机械设备使用可用度量化方法，该方法包括：
步骤1：计算机械设备各机械单元的备件总数量sn。
所述机械设备由多个不同类型的机械单元组成，所述多个不同类型的机械单元的寿命均服从正态分布，且正态分布参数不同。当其中一个单元出现故障时视同该设备出现故障，通过更换故障单元的方式完成对该设备的维修。
本发明约定变量指代含义如下：Tsr为消耗备件总数量为r条件下的及时完成维修的平均时间，Tfr为消耗备件总数量为r条件下的未及时完成维修的平均时间，tfr为备件消耗总数为r条件下的保障失败的平均时间，T为任务时间，n为机械设备的机械单元数量，ai，bi为机械单元i的寿命均值和根方差，积分变量x为寿命变量，c，d为机械单元的维修耗时均值和根方差，积分变量y为维修耗时变量，q(y)为及时完成维修条件下维修耗时y时设备共消耗r个备件的概率，Tfti为未及时完成维修条件下故障单元i的平均时间，积分变量t为时间变量，Dj(x)为共消耗1个备件条件下寿命x时单元j发生故障的概率，h(x)为未及时完成维修条件下设备寿命x时共消耗r个备件的概率，tfti为保障失败单元i的平均时间。
机械件的寿命一般服从正态分布，如：汇流环、齿轮箱、减速器等。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x为随机变量，本发明中机械件寿命和维修耗时都视为随机变量。
步骤2：初始化备件消耗总量r＝0，计算
步骤3：更新备件消耗总量r＝1，若r≤sn，计算 先计算再计算/>进入步骤4，否则，进入步骤5。
优选地，q(y)计算方式如下：
(Q.1)初始化单元编号i＝1；
(Q.2)计算概率数组pd，其计算过程含变量y：
其中，pd1+k为单元i在及时完成维修条件下消耗备件数量k的概率，si为单元i的备件数量；
(Q.3)若i＝1，初始化中间数组pj＝pd，否则，更新pj＝pj*pd，*为卷积计算符号；
(Q.4)更新i＝i+1，若i≤n，进入(Q.2)，否则，确定q(y)＝pj1+r。
优选地，Dj(x)计算方式如下：
步骤4：更新r＝r+1，若r≤sn，计算 先计算/>再计算/>否则，进入步骤5。
优选地，h(x)计算方式如下：
(H.1)初始化单元编号j＝1；
(H.2)计算概率数组pd，其计算过程含变量x：
若j＝i，
否则
其中，pd1+k为单元j在未及时完成维修条件下消耗k个备件的概率，sj为单元j的备件数量；
(H.3)若j＝1，初始化中间数组pj＝pd，否则，更新pj＝pj*pd，*为卷积计算符号；
(H.4)更新j＝j+1，若j≤n，进入(H.2)，否则，确定h(x)＝pjr。
步骤5：分别计算消耗的备件总数量r从0至sn时对应的
优选地，tfti计算方式如下：
其中，Fj(x)为保障失败条件下消耗0个备件时各单元j发生故障的概率，V(x)为保障失败条件下寿命x时设备共消耗r个备件的概率，si为单元i的备件数量。
优选地，Fj(x)的计算方式如下：
优选地，V(x)的计算步骤如下：
(V.1)初始化单元编号j＝1；
(V.2)计算概率数组pd，其计算过程含变量x：
若j＝i，
否则，
其中，pd1+k为单元j在保障失败条件下消耗备件数量k的概率，sj为单元j的备件数量；
(V.3)若j＝1，初始化中间数组pj＝pd，否则，更新pj＝pj*pd，*为卷积计算符号；
(V.4)更新j＝j+1，若j≤n，进入(V.2)，否则，确定
步骤6：计算考虑维修耗时的机械设备的使用可用度
实施例一
某机械设备由6个不同型机械单元组成，各机械单元寿命服从正态分布N(133，32)、N(170，48)、N(198，69)、N(104，39)、N(144，46)、N(101，26)，任务时间为200h，修复故障的时间服从正态分布N(10，3)，各单元的备件数量分别为0、1、1、2、0、1，计算此时该设备的使用可用度。
(1)令备件总数量消耗的备件总数量r＝0；
多次执行(2)～(4)遍历计算及时完成维修的平均时间Tsr、未及时完成维修的平均时间Tfr，计算结果如表1；
多次执行(5)，遍历计算保障失败的平均时间tfr，计算结果如表1：
表1
| r | Ts | Tf | tf |
| 0 | 0.00 | 0.00 | 15.46 |
| 1 | 0.00 | 0.00 | 28.48 |
| 2 | 0.42 | 0.01 | 40.01 |
| 3 | 2.21 | 0.32 | 20.77 |
| 4 | 1.65 | 0.62 | 4.04 |
| 5 | 0.19 | 0.14 | 0.20 |
(6)令使用可用度输出Pa。
实施例二
某机械设备由6个不同型机械单元组成，各机械单元寿命服从正态分布N(133,32)、N(170,48)、N(198,69)、N(104,39)、N(144,46)、N(101,26)，任务时间为200h，修复故障的时间服从正态分布N(10,3)，计算该设备的使用可用度。
分别采用忽略维修耗时的目前业内方法、考虑维修耗时的本发明评估方法和仿真方法，计算了上述算例备件总数量从1～15的一系列备件方案的使用可用度。图2和表2表明本发明的评估结果和仿真结果极为吻合。从图2也可以看出，当维修耗时较大时，忽略维修耗时影响的目前业内方法会导致使用可用度评估结果“虚高”，带来的误差不可小视。
表2
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 (3)
1.一种考虑维修耗时的机械设备使用可用度量化方法，其特征在于，所述机械设备由多个不同类型的机械单元组成，所述多个不同类型的机械单元的寿命均服从正态分布，且正态分布参数不同，其特征在于，该方法包括：
步骤1：计算机械设备各机械单元的备件总数量sn；
步骤2：初始化备件消耗总量r＝0，计算
步骤3：更新备件消耗总量r＝1，若r≤sn，计算 先计算/>再计算/>进入步骤4，否则，进入步骤5；
步骤4：更新r＝r+1，若r≤sn，计算 先计算/>再计算/>否则，进入步骤5；
步骤5：分别计算消耗的备件总数量r从0至sn时对应的
步骤6：计算考虑维修耗时的机械设备的使用可用度
其中，Tsr为消耗备件总数量为r条件下的及时完成维修的平均时间，Tfr为消耗备件总数量为r条件下的未及时完成维修的平均时间，tfr为备件消耗总数为r条件下的保障失败的平均时间，T为任务时间，n为机械设备的机械单元数量，ai，bi为机械单元i的寿命均值和根方差，积分变量x为寿命变量，c，d为机械单元的维修耗时均值和根方差，积分变量y为维修耗时变量，q(y)为及时完成维修条件下维修耗时y时设备共消耗r个备件的概率，Tfti为未及时完成维修条件下故障单元i的平均时间，积分变量t为时间变量，Dj(x)为共消耗1个备件条件下寿命x时单元j发生故障的概率，h(x)为未及时完成维修条件下设备寿命x时共消耗r个备件的概率，tfti为保障失败单元i的平均时间；
q(y)计算方式如下：
(Q.1)初始化单元编号i＝1；
(Q.2)计算概率数组pd，其计算过程含变量y：
其中，pd1+k为单元i在及时完成维修条件下消耗备件数量k的概率，si为单元i的备件数量；
(Q.3)若i＝1，初始化中间数组pj＝pd，否则，更新pj＝pj*pd，*为卷积计算符号；
(Q.4)更新i＝i+1，若i≤n，进入(Q.2)，否则，确定q(y)＝pj1+r；
Dj(x)计算方式如下：
h(x)计算方式如下：
(H.1)初始化单元编号j＝1；
(H.2)计算概率数组pd，其计算过程含变量x：
若j＝i，
否则，
其中，pd1+k为单元j在未及时完成维修条件下消耗k个备件的概率，sj为单元j的备件数量；
(H.3)若j＝1，初始化中间数组pj＝pd，否则，更新pj＝pj*pd，*为卷积计算符号；
(H.4)更新j＝j+1，若j≤n，进入(H.2)，否则，确定h(x)＝pjr；
tfti计算方式如下：
其中，Fj(x)为保障失败条件下消耗0个备件时各单元j发生故障的概率，V(x)为保障失败条件下寿命x时设备共消耗r个备件的概率，si为单元i的备件数量；
Fj(x)的计算方式如下：
V(x)的计算步骤如下：
(V.1)初始化单元编号j＝1；
(V.2)计算概率数组pd，其计算过程含变量x：
若j＝i，
否则，0≤k≤sj；
其中，pd1+k为单元j在保障失败条件下消耗备件数量k的概率，sj为单元j的备件数量；
(V.3)若j＝1，初始化中间数组pj＝pd，否则，更新pj＝pj*pd，*为卷积计算符号；
(V.4)更新j＝j+1，若j≤n，进入(V.2)，否则，确定
2.一种考虑维修耗时的机械设备使用可用度量化系统，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所述的方法被执行。
3.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，当所述计算机程序在处理器上运行时，使得所述处理器执行权利要求1所述的方法。
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