CN116934154A - 一种维修耗时服从正态分布的机电件使用可用度评估方法 - Google Patents

一种维修耗时服从正态分布的机电件使用可用度评估方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种维修耗时服从正态分布的机电件使用可用度评估方法，包括：获取机电件维修耗时的正态分布参数；基于伽玛函数得到机电件伽玛分布下的寿命参数；当消耗的备件数量为0时，基于威布尔寿命分布参数计算维修及时完成时的第一工作时间，并设定此时维修未及时完成时的第二工作时间为0；当消耗的备件数量≥1时，基于伽玛分布下的寿命参数、维修耗时正态分布参数及伽玛函数计算第一和第二工作时间；基于备件总数量、伽玛分布下的寿命参数、维修耗时正态分布参数及伽玛函数计算机电件消耗完所有备件后保障失败的第三工作时间；基于消耗不同备件数量对应的第一、第二工作时间，及第三工作时间和任务时间计算当前备件数量下的使用可用度。

Description

一种维修耗时服从正态分布的机电件使用可用度评估方法
技术领域
本发明属于使用可用度评估领域，更具体地，涉及一种维修耗时服从正态分布的机电件使用可用度评估方法。
背景技术
当前针对机电件的使用可用度计算方法忽略了机电件故障时的维修耗时，因此仅适用于维修耗时较少的场景。
但是目前大量机电件的维修耗时不可忽略不计，例如飞机故障时，维修耗时可能会占用几天甚至几个月的时间，再例如空气涡轮发动机故障时，更换备件需要庞大的人力和时间支持，并需要进行多次调试，因此维修时间也无法忽略。在相应的维修耗时不可忽略的场景下，现有的机电件使用可用度评估方法计算出来的使用可用度将会出现虚高的情况，无法反应机电件实际可工作的程度，将会带来不必要的麻烦。
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维修耗时服从正态分布的机电件使用可用度评估方法，旨在解决在维修耗时不可忽略的场景下，现有的机电件使用可用度评估方法计算出来的使用可用度将会出现虚高的情况，无法反应机电件实际可工作的程度，将会带来不必要麻烦的问题。
为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种维修耗时服从正态分布的机电件使用可用度评估方法，包括以下步骤：
获取机电件维修耗时的正态分布参数；
基于伽玛函数将机电件的威布尔寿命分布参数转化为伽玛分布下的寿命参数；
当机电件消耗的备件数量为0时，基于威布尔寿命分布参数计算机电件维修及时完成时的第一工作时间，并设定此时机电件维修未及时完成时的第二工作时间为0；
当机电件消耗的备件数量大于等于1时，基于伽玛分布下的寿命参数、维修耗时正态分布参数及伽玛函数计算机电件的第一工作时间和第二工作时间；
基于机电件的备件总数量、伽玛分布下的寿命参数、维修耗时正态分布参数及伽玛函数计算机电件消耗完所有备件后保障失败的第三工作时间；
基于机电件消耗不同备件数量对应的第一工作时间和第二工作时间，以及机电件的第三工作时间和机电件的任务时间计算机电件在当前备件数量下的使用可用度。
可选地，所述伽玛分布下的寿命参数为：
式中Γ()为伽玛函数，a和b分别为伽玛分布下的形状参数和尺度参数，u和v分别为威布尔分布下的尺度参数和形状参数。
可选地，设i为机电件消耗的备件数量，维修耗时服从正态分布N(c,d)，c是维修耗时均值，d是维修耗时根方差，第一工作时间为Tsi、第二工作时间为Tfi，则：
若i＝0，令Tfi＝0；
若i＝1，令
若i>1，令
上式中，t是时间变量，x是寿命变量，y是维修耗时变量，i表示备件数量，T为机电件的任务时间。
可选地，设第三工作时间为Tc，则：
式中，s为机电件的备件总数量。
可选地，所述使用可用度
第二方面，本申请提供一种电子设备，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选地实现方式所描述的方法。
第三方面，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选地实现方式所描述的方法。
第四方面，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选地实现方式所描述的方法。
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：
本发明提供一种维修耗时服从正态分布的机电件使用可用度评估方法，将机电件维修耗时设定为正态分布参数，并基于伽玛函数将机电件的威布尔寿命分布参数转化为伽玛分布下的寿命参数，以此评估机电件的使用可用度。由于本发明并未忽略维修耗时，经试验对比发现本发明评估的机电件使用可用度与仿真方法贴合度很高，能够反应机电件的际可工作的程度。
附图说明
图1是本发明实施例提供的维修耗时服从正态分布的机电件使用可用度评估方法流程图；
图2是本发明实施例提供的三种方法计算出的备件数量1～6的使用可用度结果图。
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。本发明中符号“/”表示关联对象是或者的关系，例如A/B表示A或者B。
本发明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。
接下来，对本申请实施例中提供的技术方案进行介绍。
图1是本发明实施例提供的维修耗时服从正态分布的机电件使用可用度评估方法流程图，如图1所示，包括以下步骤：
S101，获取机电件维修耗时的正态分布参数；
S102，基于伽玛函数将机电件的威布尔寿命分布参数转化为伽玛分布下的寿命参数；
S103，当机电件消耗的备件数量为0时，基于威布尔寿命分布参数计算机电件维修及时完成时的第一工作时间，并设定此时机电件维修未及时完成时的第二工作时间为0；
S104，当机电件消耗的备件数量大于等于1时，基于伽玛分布下的寿命参数、维修耗时正态分布参数及伽玛函数计算机电件的第一工作时间和第二工作时间；
S105，基于机电件的备件总数量、伽玛分布下的寿命参数、维修耗时正态分布参数及伽玛函数计算机电件消耗完所有备件后保障失败的第三工作时间；
S106，基于机电件消耗不同备件数量对应的第一工作时间和第二工作时间，以及机电件的第三工作时间和机电件的任务时间计算机电件在当前备件数量下的使用可用度。
具体地，使用可用度是设备的实际累积工作时间与任务时间的比例值，反映了任务期内设备可工作的程度，是一种重要的评估备件保障效果的指标。目前业内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。一方面，现实中确实存在着维修耗时很少的场景，另一方面通过忽略维修耗时，可以简化复杂的相关计算问题，能够在理论上更容易给出使用可用度结果(此时的理论结果相当于使用可用度的上限值)。不过，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。民航飞机的许多维修项目耗时较多，如果此时仍然忽略维修耗时，会带来较大的使用可用度计算误差。
需要说明的是，机电件的寿命一般服从威布尔分布，如：滚珠轴承、继电器、开关、断路器、磁控管、电位计、陀螺、电动机、航空发电机、蓄电池、液压泵、空气涡轮发动机、齿轮、活门、材料疲劳件等。若随机变量服从威布尔分布W(u,v)，u为尺度参数，v为形状参数，其概率密度函数为
其中，本发明中已知任务时间T，某机电件的寿命服从威布尔分布W(u,v)，备件数量s，该件故障后对其进行换件修理，维修耗时服从正态分布N(c,d)，c是维修耗时均值，d是维修耗时根方差。
作为示例地，本发明提供了一种准确评估维修耗时和备件数量综合影响下的使用可用度方法，具体步骤如下：
(1)初始化，令备件消耗数量i＝0，参数参数式中Γ()为伽玛函数，/>
(2)计算维修及时完成的Tsi、维修未及时完成的工作时间Tfi。
若i＝0，令Tfi＝0；
若i＝1，令
若i>1，令
(3)更新i＝i+1，若i≤s，则执行(2)，否则执行(4)；
(4)计算保障失败工作时间
(5)令使用可用度输出Pa。
为方便读者理解，本发明提供一个更具体的算例：某机电件寿命服从正态分布W(80,2.2)，任务时间为300h，配有2个备件，修复故障的时间服从正态分布N(5,2)，计算该机电件的使用可用度。
上述算例求解如下：(1)初始化，令备件消耗数量i＝0，参数参数/> 式中Γ()为伽玛函数，/>
多次执行(2)～(3)计算维修及时完成的Tsi、维修未及时完成的工
作时间Tfi，计算结果如表1。
表1
i Ts Tf
0 0.000 0.000
1 1.502 0.002
2 27.682 0.309
(4)计算保障失败工作时间Tc＝179.322；
(5)令使用可用度输出Pa。
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数量1～6的使用可用度，结果见图2、表2。
表2三种方法的使用可用度结果
备件数量 业内方法 仿真法 本发明方法
1 0.472 0.471 0.472
2 0.699 0.700 0.696
3 0.878 0.857 0.859
4 0.969 0.924 0.926
5 0.995 0.938 0.939
6 1.000 0.940 0.940
图2、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。
基于上述实施例中的方法，本申请实施例提供了一种电子设备。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 (8)

1.一种维修耗时服从正态分布的机电件使用可用度评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取机电件维修耗时的正态分布参数；
基于伽玛函数将机电件的威布尔寿命分布参数转化为伽玛分布下的寿命参数；
当机电件消耗的备件数量为0时，基于威布尔寿命分布参数计算机电件维修及时完成时的第一工作时间，并设定此时机电件维修未及时完成时的第二工作时间为0；
当机电件消耗的备件数量大于等于1时，基于伽玛分布下的寿命参数、维修耗时正态分布参数及伽玛函数计算机电件的第一工作时间和第二工作时间；
基于机电件的备件总数量、伽玛分布下的寿命参数、维修耗时正态分布参数及伽玛函数计算机电件消耗完所有备件后保障失败的第三工作时间；
基于机电件消耗不同备件数量对应的第一工作时间和第二工作时间，以及机电件的第三工作时间和机电件的任务时间计算机电件在当前备件数量下的使用可用度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述伽玛分布下的寿命参数为：
式中Γ()为伽玛函数，a和b分别为伽玛分布下的形状参数和尺度参数，u和v分别为威布尔分布下的尺度参数和形状参数。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，设i为机电件消耗的备件数量，维修耗时服从正态分布N(c,d)，c是维修耗时均值，d是维修耗时根方差，第一工作时间为Tsi、第二工作时间为Tfi，则：
若i＝0，令Tfi＝0；
若i＝1，令
若i>1，令
上式中，t是时间变量，x是寿命变量，y是维修耗时变量，i表示备件数量，T为机电件的任务时间。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，设第三工作时间为Tc，则：
式中，s为机电件的备件总数量。
5.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述使用可用度
6.一种电子设备，其特征在于，包括：
至少一个存储器，用于存储程序；
至少一个处理器，用于执行所述存储器存储的程序，当所述存储器存储的程序被执行时，所述处理器用于执行如权利要求1-5任一所述的方法。
7.一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，其特征在于，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如权利要求1-5任一所述的方法。
8.一种计算机程序产品，其特征在于，当所述计算机程序产品在处理器上运行时，使得所述处理器执行如权利要求1-5任一所述的方法。
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