CN116955910B - 一种机械串联部件的保障任务成功率计算方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种机械串联部件的保障任务成功率计算方法和系统，属于备件保障领域。本发明抓住机械串联部件由n个相同类型机械单元组成这一特点，分别计算各备件消耗数量对应的概率，再将和值作为机械串联部件级别的保障任务成功率，由于计算时综合维修耗时和备件数量两方面的影响，提高计算准确率，对设备维修工艺的改进和设备的安全使用，有着重要意义。

Description

一种机械串联部件的保障任务成功率计算方法和系统
技术领域
本发明属于备件保障领域，更具体地，涉及一种机械串联部件的保障任务成功率计算方法和系统。
背景技术
所谓“任务成功”，是指在任务期间哪怕出现故障，但只要能及时修复故障，使得设备能在任务终点保持可工作状态，则视为本次任务成功。如何在已知备件数量等前提下，准确估计保障任务成功的概率，对于设备维修工艺的改进和设备的安全使用，有着重要意义。
但目前方法均未考虑维修耗时，即默认维修耗时为零。但实际上，相比这种场景耗时很少的，更多的场景其维修耗时较大，例如，民航飞机的许多维修/保养项目，其耗时是比较长的。
机械串联部件是由多个同类机械零件组成具有特定功能的部件，广泛存在于各类设备中。例如，汽车中支撑传动轴的多个轴承，这些轴承经装配后成为一体，共同保证传动轴可靠工作，这些轴承可视为一个机械串联部件。在备件保障工作中，存在需要评估设备中关键部件的备件保障成功的情况。亟需一种准确评估维修耗时和备件数量综合影响下的机械串联部件保障任务成功率方法。
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串联部件的保障任务成功率计算方法和系统，旨在解决现有方法面对大维修耗时场景时计算准确率低的问题。
为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种机械串联部件的保障任务成功率计算方法，所述机械串联部件由n个相同类型机械单元组成，所述机械单元的寿命服从相同的正态分布，该方法包括：
(1)初始化备件消耗数量i＝0；
(2)分情形计算备件消耗数量i对应的概率pi：
当i＝0时，
当i>0时，
(3)更新i＝i+1，判断i是否不超过s，若是，进入步骤(2)，否则，进入步骤(4)；
(4)计算机械串联部件的保障任务成功率并输出；
其中，s为机械单元的备件数量，a,b分别为机械单元的寿命均值和根方差，c,d是维修耗时均值和根方差，T为任务时间，g(x)为保障任务成功条件下工作时间x时部件消耗i个备件的概率。
优选地，g(x)的计算过程如下：
①初始化单元编号j＝1，计算概率数组pd，其计算内含变量x；
其中，pd1+k为任务期内单元j消耗各备件数量k的概率；
②若j＝1，则中间数组pj初始化为pd，否则，中间数组pj更新为pj*pd，*是卷积计算符；
③更新j＝j+1，若j≤n，则进入②，否则，将中间数组pj中的元素pj1+i赋值给g(x)。
优选地，该方法还包括：
(5)计算不同备件数量下机械串联部件的保障任务成功率，与期望任务成功率比对，从而确定最佳备件数量。
优选地，该方法还包括：
(5)计算不同种类机械单元下机械串联部件的保障任务成功率，与期望任务成功率比对，从而确定最佳备件种类。
为实现上述目的，第二方面，本发明提供了一种机械串联部件的保障任务成功率计算系统，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，第三方面，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：
本发明提供一种机械串联部件的保障任务成功率计算方法和系统，抓住机械串联部件由n个相同类型机械单元组成这一特点，分别计算各备件消耗数量对应的概率，再将和值作为机械串联部件级别的保障任务成功率，由于计算时综合维修耗时和备件数量两方面的影响，提高了计算准确率，对设备维修工艺的改进和设备的安全使用，有着重要意义。
附图说明
图1是本发明提供的一种机械串联部件的保障任务成功率计算方法流程图。
图2是本发明提供的三种方法在不同备件数量下的任务成功率对比。
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，本发明提供了一种机械串联部件的保障任务成功率计算方法，所述机械串联部件由n个相同类型机械单元组成，所述机械单元的寿命服从相同的正态分布，该方法包括：
(1)初始化备件消耗数量i＝0。
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。一般来说，备件数量越多，越能以更高的概率支持装备成功完成任务。
本发明的机械串联部件是指由多个同类机械单元组成的组件，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。机械单元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，本发明中机械单元寿命和维修耗时都视为随机变量。
(2)分情形计算备件消耗数量i对应的概率pi：
当i＝0时，
当i>0时，
其中，a,b分别为机械单元的寿命均值和根方差，c,d是维修耗时均值和根方差，T为任务时间，g(x)为保障任务成功条件下工作时间x时部件消耗i个备件的概率。
优选地，g(x)的计算过程如下：
①初始化单元编号j＝1，计算概率数组pd，其计算内含变量x；
其中，pd中元素是任务期内单元j消耗各备件数量k的概率，pd1+k
为任务期内单元j消耗各备件数量k的概率。
②若j＝1，则中间数组pj初始化为pd，否则，中间数组pj更新为pj*pd，*是卷积计算符；
pj保存每次的卷积计算结果，pj中各元素是任务期间部件消耗各备件数量的概率，pj中各元素的值也和x相关。
③更新j＝j+1，若j≤n，则进入②，否则，将中间数组pj中的元素pj1+i赋值给g(x)。
g(x)＝pj1+i。
(3)更新i＝i+1，判断i是否不超过s，s为机械单元的备件数量，若是，进入步骤(2)，否则，进入步骤(4)。
(4)计算机械串联部件的保障任务成功率并输出；
优选地，该方法还包括：
(5)计算不同备件数量下机械串联部件的保障任务成功率，与期望任务成功率比对，从而确定最佳备件数量。
优选地，该方法还包括：
(5)计算不同种类机械单元下机械串联部件的保障任务成功率，与期望任务成功率比对，从而确定最佳备件种类。
实施例1
某机械串联部件由4个同型机械单元组成，机械单元寿命服从正态分布N(80,28)，任务时间为100h，配有5个备件，修复故障的时间服从正态分布N(10,3)，计算此时保障任务的成功率。
初始化备件消耗数量i＝0。多次执行(2)-(3)，对应的概率pi，计算结果如表1所示。令成功率输出成功率Ps。
表1
实施例2
某机械串联部件由4个同型机械单元组成，机械单元寿命服从正态分布N(80,28)，任务时间为100h，修复故障的时间服从正态分布N(10,3)。
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，计算了备件数量1～10的保障任务成功率，结果见图2和表2。可以看出，由于维修耗时占用了任务期间的工作时间，设备的实际工作时间减少，故障发生的概率也会随之减少，因此在下图曲线的前半部，相同备件数量情况下，考虑了维修耗时的任务成功率会高于忽略维修耗时的结果。当备件数量足够多后，能否及时完成维修成为影响任务保障成功与否的主要因素，会出现任务成功率明显小于1的情况，这与忽略维修耗时情况中“随着备件数量的增加任务成功率可随之无限接近1”现象有着显著区别。本发明的评估方法能更真实地反映出备件数量和维修耗时共同对保障任务的综合影响。
表2
除了用于评估保障任务成功率外，由于本发明方法能准确量化维修耗时的影响，因此可用于设备维修工艺改进等工作，可在确定维修耗时指标方面给出具体的量化数值建议。
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 (6)

1.一种机械串联部件的保障任务成功率计算方法，其特征在于，所述机械串联部件由n个相同类型机械单元组成，所述机械单元的寿命服从相同的正态分布，该方法包括：
(1)初始化备件消耗数量i＝0；
(2)分情形计算备件消耗数量i对应的概率pi：
当i＝0时，
当i>0时，
(3)更新i＝i+1，判断i是否不超过s，若是，进入步骤(2)，否则，进入步骤(4)；
(4)计算机械串联部件的保障任务成功率并输出；
其中，s为机械单元的备件数量，a,b分别为机械单元的寿命均值和根方差，c,d是维修耗时均值和根方差，T为任务时间，g(x)为保障任务成功条件下工作时间x时部件消耗i个备件的概率。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，g(x)的计算过程如下：
①初始化单元编号j＝1，计算概率数组pd，其计算内含变量x；
其中，pd1+k为任务期内单元j消耗各备件数量k的概率；
②若j＝1，则中间数组pj初始化为pd，否则，中间数组pj更新为pj*pd，*是卷积计算符；
③更新j＝j+1，若j≤n，则进入②，否则，将中间数组pj中的元素pj1+i赋值给g(x)。
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：
(5)计算不同备件数量下机械串联部件的保障任务成功率，与期望任务成功率比对，从而确定最佳备件数量。
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：
(5)计算不同种类机械单元下机械串联部件的保障任务成功率，与期望任务成功率比对，从而确定最佳备件种类。
5.一种机械串联部件的保障任务成功率计算系统，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4任一项所述的方法被执行。
6.一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至4任一项所述的方法。
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