CN116955914A - 一种机械单元备件保障任务成功率计算方法和系统 - Google Patents

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朱拥勇
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Abstract

本发明公开了一种机械单元备件保障任务成功率计算方法和系统，属于机械单元级别故障指标量化领域。包括：步骤1.获取任务时间、机械单元的寿命服从正态分布参数、备件数量、换件修理维修耗时服从正态分布参数；步骤2.根据机械单元的寿命服从正态分布参数和换件修理维修耗时服从正态分布参数，遍历积分计算任务时间内备件各消耗数量对应的概率，直至达到备件数量；步骤3.累加备件各消耗数量对应的概率，作为机械单元备件保障任务成功率。由于计算每种备件消耗数量对应概率时，同时考虑了寿命分布和维修耗时分布，因此，本发明最终得到的备件保障任务成功率，相较于现有方法的理想情况，误差更小，准确率更高。

Description

一种机械单元备件保障任务成功率计算方法和系统
技术领域
本发明属于机械单元级别故障指标量化领域，更具体地，涉及一种机械单元备件保障任务成功率计算方法和系统。
背景技术
机械设备是一些部件甚至本身可进行不同形式机械运动的设备，在军事装备中广泛存在，例如军用汽车、舰船等。当装备出现故障后，通过维修使装备恢复工作，从而能继续执行任务。把排除故障后装备继续工作直至任务结束，视为保障任务成功。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。在装备综合保障中，需要计算单元级的备件保障任务成功率。例如，在舰船执行海上任务期间，燃气轮机有可能突发故障，携行种类和数量合理的备件，是排除故障、保障任务成功完成的关键。
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。但是目前业内在以任务成功率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，可以把复杂的计算问题进行简化，能够在理论上更容易给出任务成功率结果，此时的理论结果相当于任务成功率的上限值。
然而，在现实中有相当多的场景其维修耗时较大。例如，民航飞机的许多维修/保养项目耗时较多，若以一年时间作为任务期，飞机在任务期间发生故障后，能否最终排除故障恢复飞行，取决于是否有备件和能否及时完成修理两方面的综合影响。如果仍然忽略维修耗时，较大的任务成功率计算误差将会误导下一步的飞行计划安排。
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单元备件保障任务成功率计算方法和系统，旨在解决现有方法计算误差大的问题。
为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种机械单元备件保障任务成功率计算方法，该方法考虑维修耗时，该方法包括：
步骤1.获取任务时间、机械单元的寿命服从正态分布参数、备件数量、换件修理维修耗时服从正态分布参数；
步骤2.根据机械单元的寿命服从正态分布参数和换件修理维修耗时服从正态分布参数，遍历积分计算任务时间内备件各消耗数量对应的概率，直至达到备件数量；
步骤3.累加备件各消耗数量对应的概率，作为机械单元备件保障任务成功率。
优选地，步骤2具体如下：
步骤2.1：初始化备件消耗数量i＝0；
步骤2.2：分不同情形，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服从正态分布的均值、根方差，T为任务时间；c,d分别为机械单元维修耗时服从正态分布的均值、根方差，y为前i次维修完成后的时间；
步骤2.3：更新i＝i+1，若i≤s，s为机械单元的备件数量，则进入步骤2.2，否则进入步骤3。
优选地，步骤3中，所述机械单元备件保障任务成功率的计算公式如下：
其中，s为机械单元的备件数量，pi为备件消耗数量i对应的概率。
优选地，该方法还包括：步骤4.计算不同种类机械单元下，机械单元备件保障任务成功率，与期望任务成功率进行比较，进而确定需要准备的备件种类。
优选地，该方法还包括：步骤4.计算不同机械单元数量下，机械单元备件保障任务成功率，与期望任务成功率进行比较，进而确定需要准备的备件数量。
为实现上述目的，第二方面，本发明提供了一种机械单元备件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单元备件保障任务成功率计算方法和系统，根据机械单元的寿命服从正态分布参数和换件修理维修耗时服从正态分布参数，遍历积分计算任务时间内备件各消耗数量对应的概率，直至达到备件数量；累加备件各消耗数量对应的概率，作为机械单元备件保障任务成功率。由于计算每种备件消耗数量对应概率时，同时考虑了寿命分布和维修耗时分布，因此，本发明最终得到的备件保障任务成功率，相较于现有方法的理想情况，误差更小，准确率更高。
附图说明
图1为本发明提供的一种机械单元备件保障任务成功率计算方法流程图。
图2为本发明实施例二提供的不同备件数量下忽略维修耗时的理想情况、本发明方法和仿真结果对比图。
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。
如图1所示，本发明提供了一种机械单元备件保障任务成功率计算方法，该方法考虑维修耗时，该方法包括：
步骤1.获取任务时间、机械单元的寿命服从正态分布参数、备件数量、换件修理维修耗时服从正态分布参数。
机械单元的寿命一般服从正态分布。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。
步骤2.根据机械单元的寿命服从正态分布参数和换件修理维修耗时服从正态分布参数，遍历积分计算任务时间内备件各消耗数量对应的概率，直至达到备件数量。
优选地，步骤2具体如下：
步骤2.1：初始化备件消耗数量i＝0；
步骤2.2：分不同情形，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服从正态分布的均值、根方差，T为任务时间；c,d分别为机械单元维修耗时服从正态分布的均值、根方差，y为0到T之间的时间自变量，物理含义可理解为前i次维修完成后的时间；
步骤2.3：更新i＝i+1，若i≤s，s为机械单元的备件数量，则进入步骤2.2，否则进入步骤3。
步骤3.累加备件各消耗数量对应的概率，作为机械单元备件保障任务成功率。
优选地，步骤3中，所述机械单元备件保障任务成功率的计算公式如下：
其中，s为机械单元的备件数量，pi为备件消耗数量i对应的概率。
本发明中，“任务成功”是指机械单元能工作到最后时刻。
优选地，该方法还包括：步骤4.计算不同种类机械单元下，机械单元备件保障任务成功率，与期望任务成功率进行比较，进而确定需要准备的备件种类。
优选地，该方法还包括：步骤4.计算不同机械单元数量下，机械单元备件保障任务成功率，与期望任务成功率进行比较，进而确定需要准备的备件数量。
实施例一
某机械单元寿命服从正态分布N(120,40)，任务时间为500h，配有4个备件，修复故障的时间服从正态分布N(10,2)，计算此时保障任务的成功率。
初始化令备件消耗数量i＝0；执行步骤2，得到i从0～4对应的概率pi计算结果如表1所示；计算成功率输出成功率Ps。
表1
实施例二
某机械单元寿命服从正态分布N(120,40)，任务时间为500h修复故障的时间服从正态分布N(10,2)。
图2和表2是备件数量取值0～6的任务成功率结果，分别采用了忽略维修耗时的理想情况、考虑维修耗时的评估结果及其仿真结果情况。可以看出，本发明评估结果和仿真结果极为吻合。从图2也可以看出，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。当备件数量足够后，尤其是在任务末期，可能发生维修不能及时完成的情况，因此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“随着备件数量的增大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保障和维修保障共同对保障任务的综合影响。
表2
备件数量 理想结果 仿真结果 评估结果
0 0.000 0.000 0.000
1 0.000 0.000 0.000
2 0.022 0.046 0.047
3 0.401 0.549 0.530
4 0.868 0.893 0.869
5 0.988 0.939 0.920
6 0.999 0.925 0.924
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 (7)

1.一种机械单元备件保障任务成功率计算方法，其特征在于，该方法考虑维修耗时，该方法包括：
步骤1.获取任务时间、机械单元的寿命服从正态分布参数、备件数量、换件修理维修耗时服从正态分布参数；
步骤2.根据机械单元的寿命服从正态分布参数和换件修理维修耗时服从正态分布参数，遍历积分计算任务时间内备件各消耗数量对应的概率，直至达到备件数量；
步骤3.累加备件各消耗数量对应的概率，作为机械单元备件保障任务成功率。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2具体如下：
步骤2.1：初始化备件消耗数量i＝0；
步骤2.2：分不同情形，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服从正态分布的均值、根方差，T为任务时间；c,d分别为机械单元维修耗时服从正态分布的均值、根方差，y为前i次维修完成后的时间；
步骤2.3：更新i＝i+1，若i≤s，s为机械单元的备件数量，则进入步骤2.2，否则进入步骤3。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3中，所述机械单元备件保障任务成功率的计算公式如下：
其中，s为机械单元的备件数量，pi为备件消耗数量i对应的概率。
4.如权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，该方法还包括：
步骤4.计算不同种类机械单元下，机械单元备件保障任务成功率，与期望任务成功率进行比较，进而确定需要准备的备件种类。
5.如权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，该方法还包括：
步骤4.计算不同机械单元数量下，机械单元备件保障任务成功率，与期望任务成功率进行比较，进而确定需要准备的备件数量。
6.一种机械单元备件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5任一项所述的方法被执行。
7.一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5任一项所述的方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117494987A (zh) * 2023-10-31 2024-02-02 西南大学 一种配置检测仪器数量的方法
CN117852844A (zh) * 2024-03-07 2024-04-09 中国人民解放军海军工程大学 设备修理任务分配方法、系统、设备及存储介质

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