CN117132144A - 一种考虑维修耗时的机械单元使用可用度估计方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种考虑维修耗时的机械单元使用可用度估计方法和系统，属于机械单元级别故障指标量化领域。包括：综合机械单元的寿命服从正态分布的均值和根方差、换件修理维修耗时服从正态分布的均值和根方差，分别计算备件各消耗数量对应的维修及时完成工作时间、维修未及时完成的工作时间；双重积分计算任务时间内保障失败的工作时间；计算三种类型工作时间的和值，将和值与任务时间的比例值，作为机械单元使用可用度。本发明基于机械单元的特性，综合寿命和维修时间服从的正态分布，分别计算备件各种消耗数量对应的维修及时完成、维修未及时完成、保障失败工作时间，再总体求和，计算与任务时间的比值，相对理想情况，误差更小，更贴合实际情况。

Description

一种考虑维修耗时的机械单元使用可用度估计方法和系统
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，涉及一种考虑维修耗时的机械单元使用可用度估计方法和系统。
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。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。
在装备综合保障中，需要计算单元级的使用可用度。例如，在舰船执行海上任务期间，燃气轮机有可能突发故障，携带种类和数量合理的备件，是排除故障、确保燃气轮机能持续长期工作的关键。
目前业内在以使用可用度评估备件保障效果时，默认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)。
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单元使用可用度估计方法和系统，旨在解决现有方法使用可用度估计误差较大，且缺少对机械单元级别的使用可用度评估的问题。
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单元使用可用度估计方法，该方法包括：
STEP1：接收对任务时间的指定，获取机械单元的寿命服从正态分布的均值和根方差、换件修理维修耗时服从正态分布的均值和根方差、备件数量；
STEP2：综合机械单元的寿命服从正态分布的均值和根方差、换件修理维修耗时服从正态分布的均值和根方差，分别计算备件各消耗数量对应的维修及时完成工作时间、维修未及时完成的工作时间；
STEP3：双重积分计算任务时间内保障失败的工作时间；
STEP4：计算三种类型工作时间的和值，将和值与任务时间的比例值，作为机械单元使用可用度。
优选地，STEP2中，备件消耗数量i对应的维修及时完成工作时间Tsi、维修未及时完成的工作时间Tfi计算过程如下：
若i＝0，则Tfi＝0；
若i＝1，则
若i>1，则
其中，a,b分别表示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分别表示机械单元维修耗时服从正态分布的均值、根方差。
优选地，STEP3中，任务时间内保障失败的工作时间Tc的计算公式如下：
其中，a,b分别表示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分别表示机械单元维修耗时服从正态分布的均值、根方差，s为机械单元的备件数量。
优选地，STEP4中机械单元使用可用度Pa的计算公式如下：
其中，Tc为任务时间内保障失败的工作时间，s为机械单元的备件数量，Tsi为备件消耗数量i对应的维修及时完成工作时间，Tfi为备件消耗数量i对应的维修未及时完成的工作时间，T为任务时间。
优选地，所述机械单元为汇流环、齿轮箱、减速器。
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单元使用可用度估计系统，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：
本发明提供一种考虑维修耗时的机械单元使用可用度估计方法和系统，包括：接收对任务时间的指定，获取机械单元的寿命服从正态分布的均值和根方差、换件修理维修耗时服从正态分布的均值和根方差、备件数量；综合机械单元的寿命服从正态分布的均值和根方差、换件修理维修耗时服从正态分布的均值和根方差，分别计算备件各消耗数量对应的维修及时完成工作时间、维修未及时完成的工作时间；双重积分计算任务时间内保障失败的工作时间；计算三种类型工作时间的和值，将和值与任务时间的比例值，作为机械单元使用可用度。本发明基于机械单元的特性，综合寿命服从的正态分布和维修时间服从的正态分布，分别计算备件各种消耗数量对应的维修及时完成工作时间、维修未及时完成工作时间、保障失败工作时间，再总体求和，计算与任务时间的比值，相对理想情况，计算误差更小，更贴合实际情况。
附图说明
图1为本发明提供的一种考虑维修耗时的机械单元使用可用度估计方法流程图。
图2为本发明实施例2提供的不同备件数量下业内方法、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，本发明提供了一种考虑维修耗时的机械单元使用可用度估计方法，该方法包括：
STEP1：接收对任务时间的指定，获取机械单元的寿命服从正态分布的均值和根方差、换件修理维修耗时服从正态分布的均值和根方差、备件数量。
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。
优选地，所述机械单元为汇流环、齿轮箱、减速器。
STEP2：综合机械单元的寿命服从正态分布的均值和根方差、换件修理维修耗时服从正态分布的均值和根方差，分别计算备件各消耗数量对应的维修及时完成工作时间、维修未及时完成的工作时间。
优选地，STEP2中，备件消耗数量i对应的维修及时完成工作时间Tsi、维修未及时完成的工作时间Tfi计算过程如下：
若i＝0，则Tfi＝0；
若i＝1，则
若i>1，则
其中，a,b分别表示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分别表示机械单元维修耗时服从正态分布的均值、根方差。上述多重积分中，x,z为寿命变量，y,t为维修时间变量。
STEP3：双重积分计算任务时间内保障失败的工作时间。
在本发明中，“保障失败”是指出现备件短缺的情况。
优选地，STEP3中，任务时间内保障失败的工作时间Tc的计算公式如下：
其中，a,b分别表示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分别表示机械单元维修耗时服从正态分布的均值、根方差，s为机械单元的备件数量。
STEP4：计算三种类型工作时间的和值，将和值与任务时间的比例值，作为机械单元使用可用度。
优选地，STEP4中机械单元使用可用度Pa的计算公式如下：
其中，Tc为任务时间内保障失败的工作时间，s为机械单元的备件数量，Tsi为备件消耗数量i对应的维修及时完成工作时间，Tfi为备件消耗数量i对应的维修未及时完成的工作时间，T为任务时间。
实施例1
某机械单元寿命服从正态分布N(80,28)，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)，计算该机械单元的使用可用度。
初始化备件消耗数量i＝0；执行STEP2，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所示；计算保障失败工作时间Tc＝192.2h；计算使用可用度输出Pa。
表1
i Ts(h) Tf(h)
0 6.00E-13 0
1 0.10 1.06E-12
2 43.79 0.06
实施例2
某机械单元寿命服从正态分布N(80,28)，任务时间为300h，修复故障的时间服从正态分布N(5,2)。
分别采用业内方法(忽略维修耗时)、本发明评估方法(考虑维修耗时)和仿真方法，计算备件数量为1～7的使用可用度，结果见图2和表2。可以发现：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 (7)

1.一种考虑维修耗时的机械单元使用可用度估计方法，其特征在于，该方法包括：
STEP1：接收对任务时间的指定，获取机械单元的寿命服从正态分布的均值和根方差、换件修理维修耗时服从正态分布的均值和根方差、备件数量；
STEP2：综合机械单元的寿命服从正态分布的均值和根方差、换件修理维修耗时服从正态分布的均值和根方差，分别计算备件各消耗数量对应的维修及时完成工作时间、维修未及时完成的工作时间；
STEP3：双重积分计算任务时间内保障失败的工作时间；
STEP4：计算三种类型工作时间的和值，将和值与任务时间的比例值，作为机械单元使用可用度。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，STEP2中，备件消耗数量i对应的维修及时完成工作时间Tsi、维修未及时完成的工作时间Tfi计算过程如下：
若i＝0，则Tfi＝0；
若i＝1，则
若i>1，则
其中，a,b分别表示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分别表示机械单元维修耗时服从正态分布的均值、根方差。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，STEP3中，任务时间内保障失败的工作时间Tc的计算公式如下：
其中，a,b分别表示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分别表示机械单元维修耗时服从正态分布的均值、根方差，s为机械单元的备件数量。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，STEP4中机械单元使用可用度Pa的计算公式如下：
其中，Tc为任务时间内保障失败的工作时间，s为机械单元的备件数量，Tsi为备件消耗数量i对应的维修及时完成工作时间，Tfi为备件消耗数量i对应的维修未及时完成的工作时间，T为任务时间。
5.如权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，所述机械单元为汇流环、齿轮箱、减速器。
6.一种考虑维修耗时的机械单元使用可用度估计系统，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 examiner, † Cited by third party
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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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