CN117057638A - 考虑维修耗时的机械类部件使用可用度预估方法和系统 - Google Patents

考虑维修耗时的机械类部件使用可用度预估方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了考虑维修耗时的机械类部件使用可用度预估方法和系统，属于备件保障效果量化领域。本发明按照备件消耗量分情形计算备件条件下维修及时完成的工作时间和维修未及时完成的工作时间，再计算保障失败条件下消耗所有备件的概率，综合该概率双重积分计算保障失败的工作时间，整合三种工作时间后，计算总时间与任务时间的比值，作为机械类部件的使用可用度。由于各种工作时间的计算过程中同时考虑了维修耗时和备件数量的影响，对不同情形分别计算，极大提升了预估的准确性。

Description

考虑维修耗时的机械类部件使用可用度预估方法和系统
技术领域
本发明属于备件保障效果量化领域，更具体地，涉及考虑维修耗时的机械类部件使用可用度预估方法和系统。
背景技术
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，从而简化复杂的相关计算问题。
但是，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考虑维修耗时的机械类部件使用可用度预估方法和系统，旨在解决现有方法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类部件使用可用度预估方法，所述机械类部件是指由多个同类机械单元组成的组件，只要其中一个机械单元出现故障视同所述机械类部件出现故障，通过更换故障机械单元的方式完成对所述机械类部件的维修，该方法包括：
S1.初始化备件消耗量i＝0，计算Tf0＝0，
S2.更新备件消耗量i＝1，若i≤s，计算
否则，进入S5；
S3.更新备件消耗量i＝i+1，若i≤s，进入S4，否则，进入S5；
S4.计算维修未及时完成条件下消耗i个备件的概率，再综合该概率双重积分计算Tfi，计算维修及时完成条件下消耗i个备件的概率，再综合该概率单重积分计算Tsi，进入步骤S3；
S5.计算保障失败条件下消耗s个备件的概率，再综合该概率双重积分计算tf，再计算考虑维修耗时的机械类部件使用可用度
其中，Tsi为i个备件条件下维修及时完成的工作时间，Tfi为i个备件条件下维修未及时完成的工作时间，tf为保障失败的工作时间，a,b分别为机械单元寿命的均值和根方差，c,d分别为维修耗时均值和根方差，T为任务时间，n为机械类部件的机械单元数量，s为机械单元的备件数量，积分变量x为维修耗时变量，积分变量y为寿命变量，积分变量t为时间变量。
优选地，所述维修未及时完成条件下消耗i个备件的概率的计算如下：
(G.1)初始化单元编号j＝1，计算第一概率数组pg和第二概率数组pd：
其中，pgk表示单元1消耗备件数量k的概率；pd1+k表示维修不及时条件下单元j消耗备件数量k的概率；
(G.2)若j＝1，采用第一概率数组pg初始化中间数组pj，否则，中间数组更新为pj*pd，*是卷积计算符；
(G.3)更新j＝j+1，若j≤n，进入(G.2)，否则，将数组元素pji作为维修未及时完成条件下消耗i个备件的概率。
优选地，所述综合该概率双重积分计算Tfi具体如下：
其中，g(y)为维修未及时完成条件下消耗i个备件的概率。
优选地，所述维修及时完成条件下消耗i个备件的概率的计算如下：
(H.1)初始化单元编号j＝1，计算第二概率数组pd：
其中，pd1+k为维修及时条件下单元j消耗备件数量k的概率；
(H.2)若j＝1，则采用第二概率数组pd初始化中间数组pj，否则，中间数组更新为pj*pd，*是卷积计算符；
(H.3)更新j＝j+1，若j≤n，进入(H.2)，否则，将数组元素pj1+i作为维修及时完成条件下消耗i个备件的概率。
优选地，所述综合该概率单重积分计算Tsi具体如下：
其中，h(x)为维修及时完成条件下消耗i个备件的概率。
优选地，所述保障失败条件下消耗s个备件的概率的计算如下：
(M.1)初始化单元编号j＝1，计算第一概率数组pg和第二概率数组pd：
其中，pg1+k为单元1消耗各备件数量k的概率；pd1+k为保障失败条件下单元j消耗各备件数量k的概率；
(M.2)若单元编号j＝1，则中间数组pj初始化为第一概率数组，否则，中间数组更新为pj*pd，*是卷积计算符；
(M.3)更新j＝j+1，若j≤n，进入(M.2)，否则，数组元素pj1+s作为保障失败条件下消耗s个备件的概率。
优选地，所述综合该概率双重积分计算tf具体如下：
其中，m(y)为保障失败条件下消耗s个备件的概率。
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类部件使用可用度预估系统，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：
本发明提供了一种考虑维修耗时的机械类部件使用可用度预估方法和系统，按照备件消耗量分情形计算备件条件下维修及时完成的工作时间和维修未及时完成的工作时间，再计算保障失败条件下消耗所有备件的概率，综合该概率双重积分计算保障失败的工作时间，整合三种工作时间后，计算与任务时间的比值，作为机械类部件使用可用度。由于各种工作时间的计算过程中同时考虑了维修耗时和备件数量的影响，对不同情形分别计算，极大提升了预估的准确性。
附图说明
图1是本发明提供的一种考虑维修耗时的机械类部件使用可用度预估方法流程图；
图2是本发明提供的三种方法的使用可用度结果。
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类部件使用可用度预估方法，所述机械类部件是指由多个同类机械单元组成的组件，只要其中一个机械单元出现故障视同所述机械类部件出现故障，通过更换故障机械单元的方式完成对所述机械类部件的维修，该方法包括：
S1.初始化备件消耗量i＝0，计算Tf0＝0，
当设备出现故障后，通过维修使设备恢复工作，从而能继续执行任务。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。
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。
S2.更新备件消耗量i＝1，若i≤s，计算
否则，进入S5。
S3.更新备件消耗量i＝i+1，若i≤s，进入S4，否则，进入S5。
S4.计算维修未及时完成条件下消耗i个备件的概率，再综合该概率双重积分计算Tfi，计算维修及时完成条件下消耗i个备件的概率，再综合该概率单重积分计算Tsi，进入步骤S3。
优选地，所述综合该概率双重积分计算Tfi具体如下：
其中，g(y)为维修未及时完成条件下消耗i个备件的概率。
优选地，所述维修未及时完成条件下消耗i个备件的概率的计算如下：
(G.1)初始化单元编号j＝1，计算第一概率数组pg和第二概率数组pd：
其中，pgk表示单元1消耗备件数量k的概率；pd1+k表示维修不及时条件下单元j消耗备件数量k的概率；
(G.2)若j＝1，采用第一概率数组pg初始化中间数组pj，否则，中间数组更新为pj*pd，*是卷积计算符；
(G.3)更新j＝j+1，若j≤n，进入(G.2)，否则，将数组元素pji作为维修未及时完成条件下消耗i个备件的概率。
优选地，所述综合该概率单重积分计算Tsi具体如下：
其中，h(x)为维修及时完成条件下消耗i个备件的概率。
优选地，所述维修及时完成条件下消耗i个备件的概率的计算如下：
(H.1)初始化单元编号j＝1，计算第二概率数组pd：
其中，pd1+k为维修及时条件下单元j消耗备件数量k的概率；
(H.2)若j＝1，则采用第二概率数组pd初始化中间数组pj，否则，中间数组更新为pj*pd，*是卷积计算符；
(H.3)更新j＝j+1，若j≤n，进入(H.2)，否则，将数组元素pj1+i作为维修及时完成条件下消耗i个备件的概率。
S5.计算保障失败条件下消耗s个备件的概率，再综合该概率双重积分计算tf，再计算考虑维修耗时的机械类部件使用可用度其中，Tsi为i个备件条件下维修及时完成的工作时间，Tfi为i个备件条件下维修未及时完成的工作时间，tf为保障失败的工作时间，a,b分别为机械单元寿命的均值和根方差，c,d分别为维修耗时均值和根方差，T为任务时间，n为机械类部件的机械单元数量，s为机械单元的备件数量，积分变量x为维修耗时变量，积分变量y为寿命变量，积分变量t为时间变量。
优选地，所述综合该概率双重积分计算tf具体如下：
其中，m(y)为保障失败条件下消耗s个备件的概率。
优选地，所述保障失败条件下消耗s个备件的概率的计算如下：
(M.1)初始化单元编号j＝1，计算第一概率数组pg和第二概率数组pd：
其中，pg1+k为单元1消耗各备件数量k的概率；pd1+k为保障失败条件下单元j消耗各备件数量k的概率；
(M.2)若单元编号j＝1，则中间数组pj初始化为第一概率数组，否则，中间数组更新为pj*pd，*是卷积计算符；
(M.3)更新j＝j+1，若j≤n，进入(M.2)，否则，数组元素pj1+s作为保障失败条件下消耗s个备件的概率。
实施例一：某机械类部件由5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3个备件，修复故障的时间服从正态分布N(10,3)，计算该部件的使用可用度。
(1)初始化，令备件消耗数量i＝0。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 Tf Ts
0 0.00 0.08
1 0.57 4.76
2 10.71 22.62
3 18.12 13.88
(4)计算保障失败工作时间tf＝5.96h；(5)令使用可用度 输出Pa。
实施例二：某机械类部件由5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，计算备件数量0～7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 (9)

1.一种考虑维修耗时的机械类部件使用可用度预估方法，其特征在于，所述机械类部件是指由多个同类机械单元组成的组件，只要其中一个机械单元出现故障视同所述机械类部件出现故障，通过更换故障机械单元的方式完成对所述机械类部件的维修，该方法包括：
S1.初始化备件消耗量i＝0，计算Tf0＝0，
S2.更新备件消耗量i＝1，若i≤s，计算
否则，进入S5；
S3.更新备件消耗量i＝i+1，若i≤s，进入S4，否则，进入S5；
S4.计算维修未及时完成条件下消耗i个备件的概率，再综合该概率双重积分计算Tfi，计算维修及时完成条件下消耗i个备件的概率，再综合该概率单重积分计算Tsi，进入步骤S3；
S5.计算保障失败条件下消耗s个备件的概率，再综合该概率双重积分计算tf，再计算考虑维修耗时的机械类部件使用可用度其中，Tsi为i个备件条件下维修及时完成的工作时间，Tfi为i个备件条件下维修未及时完成的工作时间，tf为保障失败的工作时间，a,b分别为机械单元寿命的均值和根方差，c,d分别为维修耗时均值和根方差，T为任务时间，n为机械类部件的机械单元数量，s为机械单元的备件数量，积分变量x为维修耗时变量，积分变量y为寿命变量，积分变量t为时间变量。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述维修未及时完成条件下消耗i个备件的概率的计算如下：
(G.1)初始化单元编号j＝1，计算第一概率数组pg和第二概率数组pd：
其中，pgk表示单元1消耗备件数量k的概率；pd1+k表示维修不及时条件下单元j消耗备件数量k的概率；
(G.2)若j＝1，采用第一概率数组pg初始化中间数组pj，否则，中间数组更新为pj*pd，*是卷积计算符；
(G.3)更新j＝j+1，若j≤n，进入(G.2)，否则，将数组元素pji作为维修未及时完成条件下消耗i个备件的概率。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述综合该概率双重积分计算Tfi具体如下：
其中，g(y)为维修未及时完成条件下消耗i个备件的概率。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述维修及时完成条件下消耗i个备件的概率的计算如下：
(H.1)初始化单元编号j＝1，计算第二概率数组pd：
其中，pd1+k为维修及时条件下单元j消耗备件数量k的概率；
(H.2)若j＝1，则采用第二概率数组pd初始化中间数组pj，否则，中间数组更新为pj*pd，*是卷积计算符；
(H.3)更新j＝j+1，若j≤n，进入(H.2)，否则，将数组元素pj1+i作为维修及时完成条件下消耗i个备件的概率。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述综合该概率单重积分计算具体如下：
其中，h(x)为维修及时完成条件下消耗i个备件的概率。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述保障失败条件下消耗s个备件的概率的计算如下：
(M.1)初始化单元编号j＝1，计算第一概率数组pg和第二概率数组pd：
其中，pg1+k为单元1消耗各备件数量k的概率；pd1+k为保障失败条件下单元j消耗各备件数量k的概率；
(M.2)若单元编号j＝1，则中间数组pj初始化为第一概率数组，否则，中间数组更新为pj*pd，*是卷积计算符；
(M.3)更新j＝j+1，若j≤n，进入(M.2)，否则，数组元素pj1+s作为保障失败条件下消耗s个备件的概率。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述综合该概率双重积分计算tf具体如下：
其中，m(y)为保障失败条件下消耗s个备件的概率。
8.一种考虑维修耗时的机械类部件使用可用度预估系统，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7任一项所述的方法被执行。
9.一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7任一项所述的方法。
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