基于维修耗时的机械通用件备件需求量的计算方法及系统

1.本发明属于机械通用件的备件需求量计算领域，更具体地，涉及一种基于维修耗时的机械通用件备件需求量的计算方法及系统。


背景技术：

2.机械通用件是指安装在多个设备上的同型机械件，常见的机械件有汇流环、齿轮箱和减速器等，当机械通用件出现异常则影响设备的整体使用寿命，因此，在实际的应用中，针对不同的设备对机械通用件的消耗不同，会预留一些机械通用件的备件。备件是维修工作得以开展的物资基础。因此，对备件需求量的预测是很有必要的。
3.现有的设备厂家通常会设置备件保障概率的指标，通过对比备件需求量对应的保障概率是否小于备件保障概率的指标以确定备件数量。但是，现有诸多对备件需求量的计算过程中，不考虑维修耗时，默认设备常年处于工作状态。但是对于常见的交通工具，例如飞机、轮船和公共汽车等，定期日常维修是一种常规操作，更是人们安全的保障，因此，因维修耗时占用任务期间的运行时间，必然导致运行时间的减少，进而会导致备件需求量的减少。而采用现有的忽略维修耗时确定备件数量，必然导致备件库存积累，长时间备件的放置以及购置，不仅会带来备件质量的下降并且会带来成本的提高。


技术实现要素：

4.针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于一种基于维修耗时的机械通用件备件需求量的计算方法及系统，旨在解决忽略维修耗时确定备件数量，必然导致备件库存积累，长时间备件的放置以及购置，不仅会带来备件质量的下降并且会带来成本浪费的问题。
5.为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种基于维修耗时的机械通用件备件需求量的计算方法，包括以下步骤：
6.d1：将备件数量s和备件保障概率初始化为0，i设置为1；
7.d2：基于机械通用件的寿命服从正态分布且维修耗时服从正态分布，计算第i个设备消耗k个备件的概率数组；其中，0≤k≤s；
8.d3：对第i个设备消耗k个备件的概率数组与综合前i-1个设备消耗备件后消耗k个备件的概率数组进行卷积，获取综合i个设备消耗备件后消耗l个备件的概率数组；
9.d4：令i＝i+1，转至d2，直至计算出综合所有设备消耗备件后消耗l个备件的概率数组；
10.d5：对综合所有设备消耗备件后消耗l个备件的概率数组中前1+s个元素进行求和，获取备件保障概率；若备件保障概率未达到设定备件保障概率，则备件数量加1，将i设置为1，执行d2～d4，直至备件保障概率达到设定备件保障概率，转至d6；若备件保障概率达到设定备件保障概率，则转至d6；
11.d6：将达到设定备件保障概率时对应的备件数量作为备件需求量，并输出备件保障概率；
12.其中，所述机械通用件为安装在多个设备上的同型机械件，且机械通用件的寿命服从正态分布。
13.进一步优选地，第i个设备消耗k个备件的概率为：
[0014][0015]
其中，pd
1+k
为第i个设备消耗k个备件的概率；机械通用件的寿命服从正态分布n(a,b)；ti为第i个设备机械通用件的任务时间；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；s是备件数量。
[0016]
进一步优选地，备件保障概率为：
[0017][0018]
其中，pj
1+l
为综合所有设备消耗备件后消耗l个备件的概率数组。
[0019]
第二方面，本发明提供了一种基于维修耗时的机械通用件备件需求量的计算系统，包括：
[0020]
初始化模块，用于将备件数量s和备件保障概率初始化为0，i设置为1；
[0021]
各设备消耗备件的概率数组计算模块，用于基于机械通用件的寿命服从正态分布且维修耗时服从正态分布，计算第i个设备消耗k个备件的概率数组；其中，0≤k≤s；
[0022]
综合设备消耗备件的概率数组计算模块，用于对第i个设备消耗k个备件的概率数组与综合前i-1个设备消耗备件后消耗k个备件的概率数组进行卷积，获取综合i个设备消耗备件后消耗l个备件的概率数组；
[0023]
备件保障概率计算模块，用于对综合所有设备消耗备件后消耗l个备件的概率数组中前1+s个元素进行求和，获取备件保障概率；
[0024]
备件保障概率判定模块，用于判断备件保障概率是否达到设定备件保障概率，若备件保障概率未达到设定备件保障概率，则备件数量加1，将i设置为1；否则，驱动结果输出模块输出备件需求量和备件保障概率；
[0025]
结果输出模块，用于将达到设定备件保障概率时对应的备件数量作为备件需求量，并输出备件保障概率；
[0026]
其中，机械通用件为安装在多个设备上的同型机械件，且机械通用件的寿命服从正态分布。
[0027]
进一步优选地，第i个设备消耗k个备件的概率为：
[0028][0029]
其中，pd
1+k
为第i个设备消耗k个备件的概率；机械通用件的寿命服从正态分布n(a,b)；ti为第i个设备机械通用件的任务时间；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；s是备件数量。
[0030]
进一步优选地，备件保障概率为：
[0031][0032]
其中，pj
1+l
为综合所有设备消耗备件后消耗l个备件的概率数组。
[0033]
第三方面，本发明提供一种电子设备，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能的实现方式所描述的方法。
[0034]
第四方面，本发明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能的实现方式所描述的方法。
[0035]
第五方面，本发明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能的实现方式所描述的方法。
[0036]
可以理解的是，上述第二方面至第五方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。
[0037]
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：
[0038]
本发明提供了一种基于维修耗时的机械通用件备件需求量的计算方法及系统，其中，备件数量s从零开始每次循环一次增加1，对于每次循环，基于机械通用件的寿命服从正态分布且维修耗时服从正态分布，对每个设备计算消耗k个备件的概率数组；更为具体地，第i个设备消耗k个备件的概率为：进而获取综合所有设备消耗备件后消耗l个备件的概率数组；最后获取备件保障概率，如果此时的备件保障概率不符合设定备件保障概率，则增加备件数量，直至备件保障
概率达到设定备件保障概率，获取备件需求量。本发明采取的备件需求量获取方法，充分考虑了维修耗时的参数，并且备件数量的取值步长最小，所以相比于现有忽略维修耗时获取的备件需求量，本发明获取的备件需求量更小，避免了备件库存积累，不仅能够保障备件质量并且降低了备件成本。
附图说明
[0039]
图1是本发明实施例提供的基于维修耗时的机械通用件备件需求量的计算方法流程图；
[0040]
图2是本发明实施例提供的采用忽略维修耗时的现有方法、考虑维修耗时的本发明提出的估计方法和考虑维修耗时的仿真方法的结果对比图。
具体实施方式
[0041]
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。
[0042]
本文中术语“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。本文中符号“/”表示关联对象是或者的关系，例如a/b表示a或者b。
[0043]
本文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。
[0044]
机械通用件是指安装在多个设备上的同型机械件，在不同的设备上，机械通用件的工作强度因其所在设备而异，因此，在同一段保障时期机械件各自的任务时间一般并不相同，机械件的寿命一般服从正态分布，例如汇流环、齿轮箱和减速器等。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
[0045]
本发明中机械通用件安装在n个设备上，各自的任务时间为ti，备件保障概率指标为p，机械通用件的寿命服从正态分布n(a,b)，维修耗时服从正态分布n(c,d)，其中，c是维修耗时均值，d是维修耗时根方差。
[0046]
如图1所示，本发明提供了一种基于维修耗时的机械通用件备件需求量的计算方法，包括以下步骤：
[0047]
d1：将备件数量s和备件保障概率pb初始化为0，i设置为1；
[0048]
d2：基于机械通用件的寿命服从正态分布且维修耗时服从正态分布，计算第i个设备消耗k个备件的概率数组pd；其中，0≤k≤s；
[0049]
第i个设备消耗k个备件的概率数组pd的计算公式为：
[0050][0051]
d3：对第i个设备消耗k个备件的概率数组与综合前i-1个设备消耗备件后消耗k个备件的概率数组进行卷积，获取综合i个设备消耗备件后消耗l个备件的概率数组pj；更为具体的公式表达如下：
[0052]
若i》1，则令pj＝pj*pd，否则pj＝pd；
[0053]
d4：令i＝i+1，若i≤n，转至d2，直至计算出综合所有设备消耗备件后消耗l个备件的概率数组；
[0054]
d5：对综合所有设备消耗备件后消耗l个备件的概率数组中前1+s个元素进行求和，获取备件保障概率若备件保障概率未达到设定备件保障概率pb《p，则备件数量加1(即备件数量s＝s+1)，将i设置为1，执行d2～d4，直至备件保障概率达到设定备件保障概率，转至d6；若备件保障概率达到设定备件保障概率，则转至d6；
[0055]
d6：将达到设定备件保障概率时对应的备件数量作为备件需求量，并输出备件保障概率；
[0056]
其中，机械通用件为安装在多个设备上的同型机械件，且机械通用件的寿命服从正态分布。
[0057]
本发明提供了一种基于维修耗时的机械通用件备件需求量的计算系统，包括：
[0058]
初始化模块，用于将备件数量s和备件保障概率初始化为0，i设置为1；
[0059]
各设备消耗备件的概率数组计算模块，用于基于机械通用件的寿命服从正态分布且维修耗时服从正态分布，计算第i个设备消耗k个备件的概率数组；其中，0≤k≤s；
[0060]
综合设备消耗备件的概率数组计算模块，用于对第i个设备消耗k个备件的概率数组与综合前i-1个设备消耗备件后消耗k个备件的概率数组进行卷积，获取综合i个设备消耗备件后消耗l个备件的概率数组；
[0061]
备件保障概率计算模块，用于对综合所有设备消耗备件后消耗l个备件的概率数组中前1+s个元素进行求和，获取备件保障概率；
[0062]
备件保障概率判定模块，用于判断备件保障概率是否达到设定备件保障概率，若备件保障概率未达到设定备件保障概率，则备件数量加1，将i设置为1；否则，驱动结果输出模块输出备件需求量和备件保障概率；
[0063]
结果输出模块，用于将达到设定备件保障概率时对应的备件数量作为备件需求量，并输出备件保障概率；
[0064]
其中，机械通用件为安装在多个设备上的同型机械件，且机械通用件的寿命服从正态分布。
[0065]
进一步优选地，第i个设备消耗k个备件的概率为：
[0066][0067]
其中，pd
1+k
为第i个设备消耗k个备件的概率；机械通用件的寿命服从正态分布n(a,b)；ti为第i个设备机械通用件的任务时间；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；s是备件数量。
[0068]
进一步优选地，备件保障概率为：
[0069][0070]
其中，pj
1+l
为综合所有设备消耗备件后消耗l个备件的概率数组。
[0071]
实施例
[0072]
在本发明实施例中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本发明实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
[0073]
在本发明实施例的描述中，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。
[0074]
接下来，对本发明实施例中提供的技术方案进行介绍。
[0075]
某机械通用件分别安装在4台不同的设备上，任务时间分别为140、180、220和260h，该机械通用件寿命服从正态分布n(100,30)，修复故障的时间服从正态分布n(8,3),要求备件保障概率不低于0.95，计算此时的备件需求量。
[0076]
对各设备进行从1编号，备件数量初始化为s＝0，备件保障概率pb＝0；
[0077]
从编号i＝1的设备开始，多次执行d2～d5，当备件数量s＝7时，各设备的概率数组pd结果如表1，备件数量0～7时对应的备件保障概率结果如表2所示。
[0078]
表1
[0079]
[0080][0081]
表2
[0082]
备件数量备件保障概率05.33e-1611.23e-0921.53e-0530.00340.05750.33560.75570.956
[0083]
d6：终止计算，备件需求量为7，其对应的备件保障概率为0.956，满足不低于0.95的指标要求。
[0084]
本实施例将忽略维修耗时的现有业内方法、考虑维修耗时的备件需求量的计算方法和考虑维修耗时的仿真方法进行比对，图2为机械通用件安装在10台设备上备件数量20～36的3种备件保障概率结果；从图2可知，本发明提供的考虑维修耗时的备件需求量计算方法评估结果与仿真结果极为吻合，很好地反映了因维修耗时占用任务期间的工作时间，会降低备件需求，相同备件数量时备件保障概率应更大这一实际情况，对于备件保障概率不低于0.9这一相同的指标要求，忽略维修耗时和考虑维修耗时的备件需求量分别为34和31。从中可以看出本发明考虑维修耗时在面对相同的备件保障概率时，所需的备件需求量比未考虑维修耗时获取的备件需求量更少，可以避免备件过多造成的积浪费。
[0085]
应当理解的是，上述装置用于执行上述实施例中的方法，装置中相应的程序模块，其实现原理和技术效果与上述方法中的描述类似，该装置的工作过程可参考上述方法中的对应过程，此处不再赘述。
[0086]
基于上述实施例中的方法，本发明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。
[0087]
基于上述实施例中的方法，本发明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。
[0088]
基于上述实施例中的方法，本发明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。
[0089]
可以理解的是，本发明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(digital signalprocessor，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。
[0090]
本发明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。
[0091]
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发明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。
[0092]
可以理解的是，在本发明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，并不用来限制本发明的实施例的范围。
[0093]
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。

技术特征：
1.一种基于维修耗时的机械通用件备件需求量的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：d1：将备件数量s和备件保障概率初始化为0，i设置为1；d2：基于机械通用件的寿命服从正态分布且维修耗时服从正态分布，计算第i个设备消耗k个备件的概率数组；其中，0≤k≤s；d3：对第i个设备消耗k个备件的概率数组与综合前i-1个设备消耗备件后消耗k个备件的概率数组进行卷积，获取综合i个设备消耗备件后消耗l个备件的概率数组；d4：令i＝i+1，转至d2，直至计算出综合所有设备消耗备件后消耗l个备件的概率数组；d5：对综合所有设备消耗备件后消耗l个备件的概率数组中前1+s个元素进行求和，获取备件保障概率；若备件保障概率未达到设定备件保障概率，则备件数量加1，将i设置为1，执行d2～d4，直至备件保障概率达到设定备件保障概率，转至d6；若备件保障概率达到设定备件保障概率，则转至d6；d6：将达到设定备件保障概率时对应的备件数量作为备件需求量，并输出备件保障概率；其中，所述机械通用件为安装在多个设备上的同型机械件，且机械通用件的寿命服从正态分布。2.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，第i个设备消耗k个备件的概率为：其中，pd
1+k
为第i个设备消耗k个备件的概率；机械通用件的寿命服从正态分布n(a,b)；t
i
为第i个设备机械通用件的任务时间；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；s是备件数量。3.根据权利要求1或2所述的计算方法，其特征在于，所述备件保障概率为：其中，pj
1+l
为综合所有设备消耗备件后消耗l个备件的概率数组。4.一种基于维修耗时的机械通用件备件需求量的计算系统，其特征在于，包括：初始化模块，用于将备件数量s和备件保障概率初始化为0，i设置为1；各设备消耗备件的概率数组计算模块，用于基于机械通用件的寿命服从正态分布且维修耗时服从正态分布，计算第i个设备消耗k个备件的概率数组；其中，0≤k≤s；综合设备消耗备件的概率数组计算模块，用于对第i个设备消耗k个备件的概率数组与综合前i-1个设备消耗备件后消耗k个备件的概率数组进行卷积，获取综合i个设备消耗备件后消耗l个备件的概率数组；
备件保障概率计算模块，用于对综合所有设备消耗备件后消耗l个备件的概率数组中前1+s个元素进行求和，获取备件保障概率；备件保障概率判定模块，用于判断备件保障概率是否达到设定备件保障概率，若备件保障概率未达到设定备件保障概率，则备件数量加1，将i设置为1；否则，驱动结果输出模块输出备件需求量和备件保障概率；结果输出模块，用于将达到设定备件保障概率时对应的备件数量作为备件需求量，并输出备件保障概率；其中，机械通用件为安装在多个设备上的同型机械件，且机械通用件的寿命服从正态分布。5.根据权利要求4所述的计算系统，其特征在于，第i个设备消耗k个备件的概率为：其中，pd
1+k
为第i个设备消耗k个备件的概率；机械通用件的寿命服从正态分布n(a,b)；t
i
为第i个设备机械通用件的任务时间；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；s是备件数量。6.根据4或5所述的计算系统，其特征在于，所述备件保障概率为：其中，pj
1+l
为综合所有设备消耗备件后消耗l个备件的概率数组。7.一种电子设备，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1-3任一所述的方法。8.一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如权利要求1-3任一所述的方法。9.一种计算机程序产品，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1-3任一所述的方法。

技术总结
本发明提供了一种基于维修耗时的机械通用件备件需求量的计算方法及系统，属于机械通用件的备件需求量计算领域，方法包括：将备件数量和备件保障概率初始化为0，基于机械通用件的寿命服从正态分布且维修耗时服从正态分布，通过获取综合所有设备消耗备件后消耗各备件的概率数组；进而获取备件保障概率，若备件保障概率未达到设定值，则增加备件数量，重复上述步骤，直至备件保障概率达到设定值，获取备件需求量和备件保障概率。本发明避免了备件库存积累，不仅能够保障备件质量并且降低了备件成本。件成本。件成本。


技术研发人员：徐立 王鹏 胡卫强 唐波 张洪刚 张静远 李华
受保护的技术使用者：中国人民解放军海军工程大学
技术研发日：2023.05.23
技术公布日：2023/8/23