一种考虑维修耗时的电子设备备件需求量计算方法

1.本发明属于备件需求量计算领域，更具体地，涉及一种考虑维修耗时的电子设备备件需求量计算方法。


背景技术：

2.备件需求量是其对应的备件保障概率不低于指标要求的最少备件数量。目前业内计算备件需求量时，一般都约定使用备件的维修耗时忽略不计，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，可以简化复杂的备件需求量计算问题，此时的计算结果相当于备件需求量的上限值。
3.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项目耗时较多，若以一年时间作为保障任务期，飞机在任务期间发生故障后，由于维修时间占用了任务期间的飞行时间，实际的工作时间减少必然带来备件需求的下降。
4.因此，如何准确计算备件需求量是亟需解决的问题。


技术实现要素：

5.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电子设备备件需求量计算方法，旨在解决传统电子设备备件需求量计算方法误差较大的问题。
6.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电子设备备件需求量计算方法，所述电子设备包括n个电子件单元，所述方法包括如下步骤：
7.(1)初始化各单元的备件数量si＝0，i为单元的编号，1≤i≤n；
8.(2)计算各单元的保障力度pdyi，保障力度pdyi为电子件单元i在当前备件数量支持下，其累积工作时间超过设备任务时间的概率，并找出保障力度最小的单元，将该单元的备件数量加1；
9.(3)遍历计算备件消耗总数r从0开始逐一递增时的概率psr和概率pfr，并当r＝sn时，计算备件保障概率
10.其中，sn为电子设备的备件总数，psr加入了维修耗时因素，为设备消耗r个备件及时完成维修的概率；pfr加入了维修耗时因素，为设备消耗r个备件未及时完成维修的概率；
11.(4)若pb＜p，p为备件保障概率的最小指标要求值，则执行步骤(2)，否则各单元的备件需求量为si，其对应的备件保障概率为pb。
12.在其中一个实施例中，步骤(2)中，各单元的保障力度pdyi的计算公式为：
13.14.式中，γ()为伽玛函数，t为电子设备的任务时间；ai为电子件单元i的寿命均值。
15.在其中一个实施例中，步骤(3)中，概率psr的计算公式为：
[0016][0017]
式中，γ()为伽玛函数，t为电子设备的任务时间；ai为电子件单元i的寿命均值；b为电子设备的维修耗时均值；q(x)为电子设备消耗r个备件的概率；
[0018]
其中，q(x)的计算步骤具体为：
[0019]
(q.1)令电子件单元的编号i＝1；
[0020]
(q.2)计算概率数组pd1，概率数组pd1包括si+1个元素，每个元素的数值通过下式确定：
[0021][0022]
(q.3)若i＝1，令数组pj1＝pd1，否则令pj1＝pj1*pd1，*为卷积计算符号；
[0023]
(q.4)更新i＝i+1，若i≤n，执行步骤(q.2)，否则q(x)＝pj1
1+r
，pj1
1+r
为步骤(q.3)中所求得的数组pj1中的第1+r个元素。
[0024]
在其中一个实施例中，步骤(3)中，计算概率pfr的步骤具体为：
[0025]
(f.1)令电子件单元编号i＝1；
[0026]
(f.2)计算电子件单元i未及时完成维修的概率pfti，概率pfti的计算公式为：
[0027][0028]
式中，t为电子设备的任务时间；ai为电子件单元i的寿命均值；b为电子设备的维修耗时均值；g(x)为未及时完成维修条件下消耗r个备件的维修时间概率，h(x)为未及时完成维修且消耗共r个备件时设备的工作时间概率；
[0029]
其中，h(x)的计算步骤具体为：
[0030]
(h.1)初始化电子件单元编号j＝1；
[0031]
(h.2)计算概率数组pd2，若j＝i，则概率数组pd2包括sj个元素，各元素的取值为：若j≠i，则概率数组pd2包括sj+1个元素，各元素的取值为：式中，γ()为伽玛函数，aj为电子件单元j的寿命均值；
[0032]
(h.3)若j＝1，令数组pj2＝pd2，否则令pj2＝pj2*pd2，*为卷积计算符号；
[0033]
(h.4)更新j＝j+1，若j≤n，执行步骤(h.2)，否则h(x)＝pj2r，pj2r为步骤(h.3)中所求得的数组pj2中的第r个元素；
[0034]
(f.3)更新i＝i+1，若i≤n，执行步骤(f.2)，否则
[0035]
在其中一个实施例中，所述方法适用于维修耗时大于0.5h时的电子设备备件需求量计算。
[0036]
第二方面，本发明提供了一种考虑维修耗时的电子设备备件需求量计算系统，包括：
[0037]
初始化模块，被配置为初始化各单元的备件数量si＝0，i为单元的编号，1≤i≤n；
[0038]
保障力度计算模块，被配置为计算各单元的保障力度pdyi，保障力度pdyi为电子件单元i在当前备件数量支持下，其累积工作时间超过设备任务时间的概率，并找出保障力度最小的单元，将该单元的备件数量加1；
[0039]
保障概率计算模块，被配置为遍历计算备件消耗总数r从0开始逐一递增时的概率psr和概率pfr，并当r＝sn时，计算备件保障概率其中，sn为电子设备的备件总数，psr加入了维修耗时因素，为设备消耗r个备件及时完成维修的概率；pfr加入了维修耗时因素，为设备消耗r个备件未及时完成维修的概率；
[0040]
备件需求量计算模块，被配置为若pb＜p，p为备件保障概率的最小指标要求值，则启动保障力度计算模块，否则各单元的备件需求量为si，其对应的备件保障概率为pb。
[0041]
第三方面，本发明提供了一种考虑维修耗时的电子设备备件需求量计算装置，包括：
[0042]
存储器，其上存储有计算机程序；以及
[0043]
处理器，用于执行所述存储器中的所述计算机程序，以实现上述任一项所述方法的步骤。
[0044]
第四方面，本发明提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该
程序被处理器执行时实现上述任一项所述方法的步骤。
[0045]
本发明提供的考虑维修耗时的电子设备备件需求量计算方法、系统、装置及存储介质，考虑到维修耗时占用任务期间的工作时间，会降低备件需求，使得相同备件数量时备件保障概率应更大的这一情况，在计算备件需求量时，加入了维修耗时因素，并结合及时完成维修和未及时完成维修的概率计算备件保障概率，从而确定所要求指标下的备件需求量，相比于传统忽略维修耗时的备件需求量计算方法，能有效提高电子设备备件需求量的计算精度。
附图说明
[0046]
图1是本发明一实施例提供的考虑维修耗时的电子设备备件需求量计算方法的流程图；
[0047]
图2是采用忽略维修耗时理想情况下业内以往方法、考虑维修耗时的本发明计算方法和考虑维修耗时的仿真方法的备件保障概率结果对比图。
具体实施方式
[0048]
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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0049]
需要说明的是，电子设备由多个不同类型电子件单元组成，当其中一个单元出现故障时视同该设备出现故障，通过更换故障单元的方式完成对该设备的维修。其中，电子件寿命一般服从指数分布，如：印刷电路板插件、电子部件、电阻、电容、集成电路等。随机变量服从指数分布e(μ)，μ是变量均值，其概率密度函数
[0050]
为解决传统电子设备备件需求量计算方法误差较大的问题，对此，本发明提供了一种考虑维修耗时的电子设备备件需求量计算方法，主要针对维修耗时较长(0.5小时以上)的场景。图1是本发明一实施例提供的考虑维修耗时的电子设备备件需求量计算方法的流程图，如图1所示，已知电子设备的任务时间为t，该电子设备由n个电子件单元组成，这些单元的寿命分别服从指数分布e(ai)，维修耗时服从指数分布e(b)，要求备件保障概率不低于p，则该电子设备的备件需求量的估计方法为：
[0051]
s10，初始化各单元的备件数量si＝0，i为单元的编号，1≤i≤n。
[0052]
s20，计算各单元的保障力度pdyi，保障力度pdyi为电子件单元i在当前备件数量支持下，其累积工作时间超过设备任务时间的概率，并找出保障力度最小的单元，并将该单元的备件数量加1。
[0053]
在本实施例中，各单元的保障力度pdyi的计算公式具体可以为：
[0054][0055]
式中，γ()为伽玛函数，t为电子设备的任务时间；ai为电子
件单元i的寿命均值。
[0056]
s30，遍历计算备件消耗总数r从0开始逐一递增时的概率psr和概率pfr，并当r＝sn时，计算备件保障概率
[0057]
其中，sn为电子设备的备件总数，psr加入了维修耗时因素，为设备消耗r个备件及时完成维修的概率；pfr加入了维修耗时因素，为设备消耗r个备件未及时完成维修的概率。
[0058]
在本实施例中，步骤s30具体包括如下步骤：
[0059]
s31，令备件总数量消耗的备件总数量r＝0。
[0060]
s32，计算设备消耗r个备件及时完成维修的概率psr，概率psr的计算公式为：
[0061][0062]
式中，b为电子设备的维修耗时均值；q(x)为电子设备消耗r个备件的概率。
[0063]
其中，q(x)的计算步骤具体为：
[0064]
(q.1)令电子件单元的编号i＝1。
[0065]
(q.2)计算概率数组pd1，概率数组pd1包括si+1个元素，每个元素的数值通过下式确定：
[0066][0067]
(q.3)若i＝1，令数组pj1＝pd1，否则令pj1＝pj1*pd1，*为卷积计算符号。
[0068]
(q.4)更新i＝i+1，若i≤n，执行步骤(q.2)，否则q(x)＝pj1
1+r
，pj1
1+r
为步骤(q.3)中所求得的数组pj1中的第1+r个元素。
[0069]
s33，设备消耗r个备件未及时完成维修的概率pfr。
[0070]
其中，概率pfr的步骤具体为：
[0071]
s331，令电子件单元编号i＝1。
[0072]
s332，计算电子件单元i未及时完成维修的概率pfti，概率pfti的计算公式为：
[0073][0074]
式中，g(x)为未及时完成维修条件下消耗r个备件的维修时间概率，h(x)为未及时完成维修且消耗共r个备件时设备的工作时间概率。
[0075]
其中，h(x)的计算步骤具体为：
[0076]
(h.1)初始化电子件单元编号j＝1。
[0077]
(h.2)计算概率数组pd2，若j＝i，则概率数组pd2包括sj个元素，各元素的取值为：若j≠i，则概率数组pd2包括sj+1个元素，各元素的取值为：
[0078][0079]
式中，γ()为伽玛函数，aj为电子件单元j的寿命均值。
[0080]
(h.3)若j＝1，令数组pj2＝pd2，否则令pj2＝pj2*pd2，*为卷积计算符号。
[0081]
(h.4)更新j＝j+1，若j≤n，执行步骤(h.2)，否则h(x)＝pj2r，pj2r为步骤(h.3)中所求得的数组pj2中的第r个元素。
[0082]
s333，更新i＝i+1，若i≤n，执行步骤s332，否则
[0083]
s34，更新r＝r+1，若r≤sn，执行步骤s32，否则令备件保障概率
[0084][0085]
s40，若pb＜p，p为备件保障概率的最小指标要求值，则执行步骤s20，否则各单元的备件需求量为si，其对应的备件保障概率为pb。
[0086]
本实施例提供的考虑维修耗时的电子设备备件需求量计算方法，考虑到维修耗时占用任务期间的工作时间，会降低备件需求，使得相同备件数量时备件保障概率应更大的这一情况，在计算备件需求量时，加入了维修耗时因素，并结合及时完成维修和未及时完成维修的概率计算备件保障概率，从而确定所要求指标下的备件需求量，相比于传统忽略维
修耗时的备件需求量计算方法，能有效提高电子设备备件需求量的计算精度。
[0087]
本发明还提供了一种考虑维修耗时的电子设备备件需求量计算系统，包括初始化模块、保障力度计算模块、保障概率计算模块和备件需求量计算模块。
[0088]
在本实施例中，初始化模块被配置为初始化各单元的备件数量si＝0，i为单元的编号，1≤i≤n。
[0089]
保障力度计算模块被配置为计算各单元的保障力度pdyi，保障力度pdyi为电子件单元i在当前备件数量支持下，其累积工作时间超过设备任务时间的概率，并找出保障力度最小的单元，将该单元的备件数量加1。
[0090]
保障概率计算模块被配置为遍历计算备件消耗总数r从0开始逐一递增时的概率psr和概率pfr，并当r＝sn时，计算备件保障概率
[0091]
其中，sn为电子设备的备件总数，psr加入了维修耗时因素，为设备消耗r个备件及时完成维修的概率；pfr加入了维修耗时因素，为设备消耗r个备件未及时完成维修的概率。
[0092]
备件需求量计算模块被配置为若pb＜p，p为备件保障概率的最小指标要求值，则启动保障力度计算模块，否则各单元的备件需求量为si，其对应的备件保障概率为pb。
[0093]
本发明还提供了一种考虑维修耗时的电子设备备件需求量计算装置，该装置包括：处理器，用于执行存储在存储器中的以下程序模块：
[0094]
初始化模块，被配置为初始化各单元的备件数量si＝0，i为单元的编号，1≤i≤n。
[0095]
保障力度计算模块，被配置为计算各单元的保障力度pdyi，保障力度pdyi为电子件单元i在当前备件数量支持下，其累积工作时间超过设备任务时间的概率，并找出保障力度最小的单元，将该单元的备件数量加1。
[0096]
保障概率计算模块，被配置为遍历计算备件消耗总数r从0开始逐一递增时的概率psr和概率pfr，并当r＝sn时，计算备件保障概率其中，sn为电子设备的备件总数，psr加入了维修耗时因素，为设备消耗r个备件及时完成维修的概率；pfr加入了维修耗时因素，为设备消耗r个备件未及时完成维修的概率。
[0097]
备件需求量计算模块，被配置为若pb＜p，p为备件保障概率的最小指标要求值，则启动保障力度计算模块，否则各单元的备件需求量为si，其对应的备件保障概率为pb。
[0098]
另外，本发明还提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述估计方法步骤。
[0099]
需要说明的是，本发明提供的系统、装置及存储介质与前述实施例中的方法是基于同一个发明构思下的两个方面，在前面已经对方法实施过程做了详细的描述，所以本领域技术人员可根据前述描述清楚地了解本实施例中的系统的结构及实施过程，为了说明书的简洁，此处不再赘述。
[0100]
以下结合具体实施例对本发明提供的计算方法进行详细说明：
[0101]
某电子类部件由4个电子单元组成，电子单元寿命服从指数分布e(110)、e(120)、e(130)、e(140)，任务时间为150h，修复故障的时间服从指数分布e(10)，要求备件保障概率不低于0.9，计算此时的备件需求量。
[0102]
解：(1)初始化各单元的备件数量si＝0，1≤i≤n。
[0103]
(2)找出保障力度最小的单元。此时各单元的pdy分别为：0.26、0.29、0.32、0.34，单元1是保障力度最小的单元，增加其1个备件。
[0104]
多次执行上述步骤s20和s30，各单元的备件数量和备件保障概率结果如表1。
[0105]
表1
[0106]
备件保障概率备件总数量单元1的备件数量单元2的备件数量单元3的备件数量单元4的备件数量0.026110000.062211000.140311100.293411110.398521110.515622110.641722210.773822220.830932220.880103322 0.922113332
[0107]
(3)各单元的备件需求量为3、3、3、2，其对应的备件保障概率为0.922，满足不低于0.9的指标要求。
[0108]
本发明提供的电子设备备件需求量计算方法的关键在于计算备件数量对应的备件保障概率。分别采用忽略维修耗时理想情况下业内以往方法、考虑维修耗时的本文评估方法和考虑维修耗时的仿真方法，图2展示了上述算例备件总数量1～20的3种备件保障概率结果。图2表明：本发明提供的计算方法的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。面对“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总数量分别为14、11。在面临维修耗时较大的实际情况时，采用本发明提供的计算方法能更合理确定备件需求量，有效解决以往业内方法造成的备件准备过多问题。
[0109]
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：
1.一种考虑维修耗时的电子设备备件需求量计算方法，其特征在于，所述电子设备包括n个电子件单元，所述方法包括如下步骤：(1)初始化各单元的备件数量s
i
＝0，i为单元的编号，1≤i≤n；(2)计算各单元的保障力度pdy
i
，保障力度pdy
i
为电子件单元i在当前备件数量支持下，其累积工作时间超过设备任务时间的概率，并找出保障力度最小的单元，将该单元的备件数量加1；(3)遍历计算备件消耗总数r从0开始逐一递增时的概率ps
r
和概率pf
r
，并当r＝sn时，计算备件保障概率其中，sn为电子设备的备件总数，ps
r
加入了维修耗时因素，为设备消耗r个备件及时完成维修的概率；pf
r
加入了维修耗时因素，为设备消耗r个备件未及时完成维修的概率；(4)若pb＜p，p为备件保障概率的最小指标要求值，则执行步骤(2)，否则各单元的备件需求量为s
i
，其对应的备件保障概率为pb。2.根据权利要求1所述的考虑维修耗时的电子设备备件需求量计算方法，其特征在于，步骤(2)中，各单元的保障力度pdy
i
的计算公式为：式中，γ()为伽玛函数，t为电子设备的任务时间；a
i
为电子件单元i的寿命均值。3.根据权利要求1所述的考虑维修耗时的电子设备备件需求量计算方法，其特征在于，步骤(3)中，概率ps
r
的计算公式为：式中，γ()为伽玛函数，t为电子设备的任务时间；a
i
为电子件单元i的寿命均值；b为电子设备的维修耗时均值；q(x)为电子设备消耗r个备件的概率；其中，q(x)的计算步骤具体为：(q.1)令电子件单元的编号i＝1；(q.2)计算概率数组pd1，概率数组pd1包括s
i
+1个元素，每个元素的数值通过下式确定：
(q.3)若i＝1，令数组pj1＝pd1，否则令pj1＝pj1*pd1，*为卷积计算符号；(q.4)更新i＝i+1，若i≤n，执行步骤(q.2)，否则q(x)＝pj1
1+r
，pj1
1+r
为步骤(q.3)中所求得的数组pj1中的第1+r个元素。4.根据权利要求1所述的考虑维修耗时的电子设备备件需求量计算方法，其特征在于，步骤(3)中，计算概率pf
r
的步骤具体为：(f.1)令电子件单元编号i＝1；(f.2)计算电子件单元i未及时完成维修的概率pft
i
，概率pft
i
的计算公式为：式中，t为电子设备的任务时间；a
i
为电子件单元i的寿命均值；b为电子设备的维修耗时均值；g(x)为未及时完成维修条件下消耗r个备件的维修时间概率，h(x)为未及时完成维修且消耗共r个备件时设备的工作时间概率；其中，h(x)的计算步骤具体为：(h.1)初始化电子件单元编号j＝1；(h.2)计算概率数组pd2，若j＝i，则概率数组pd2包括s
j
个元素，各元素的取值为：若j≠i，则概率数组pd2包括s
j
+1个元素，各元素的取值为：式中，γ()为伽玛函数，a
j
为电子件单元j的寿命均值；(h.3)若j＝1，令数组pj2＝pd2，否则令pj2＝pj2*pd2，*为卷积计算符号；(h.4)更新j＝j+1，若j≤n，执行步骤(h.2)，否则h(x)＝pj2
r
，pj2
r
为步骤(h.3)中所求得的数组pj2中的第r个元素；(f.3)更新i＝i+1，若i≤n，执行步骤(f.2)，否则5.根据权利要求1所述的考虑维修耗时的电子设备备件需求量计算方法，其特征在于，所述方法适用于维修耗时大于0.5h时的电子设备备件需求量计算。
6.一种考虑维修耗时的电子设备备件需求量计算系统，其特征在于，包括：初始化模块，被配置为初始化各单元的备件数量s
i
＝0，i为单元的编号，1≤i≤n；保障力度计算模块，被配置为计算各单元的保障力度pdy
i
，保障力度pdy
i
为电子件单元i在当前备件数量支持下，其累积工作时间超过设备任务时间的概率，并找出保障力度最小的单元，将该单元的备件数量加1；保障概率计算模块，被配置为遍历计算备件消耗总数r从0开始逐一递增时的概率ps
r
和概率pf
r
，并当r＝sn时，计算备件保障概率其中，sn为电子设备的备件总数，ps
r
加入了维修耗时因素，为设备消耗r个备件及时完成维修的概率；pf
r
加入了维修耗时因素，为设备消耗r个备件未及时完成维修的概率；备件需求量计算模块，被配置为若pb＜p，p为备件保障概率的最小指标要求值，则启动保障力度计算模块，否则各单元的备件需求量为s
i
，其对应的备件保障概率为pb。7.一种考虑维修耗时的电子设备备件需求量计算装置，其特征在于，包括：存储器，其上存储有计算机程序；以及处理器，用于执行所述存储器中的所述计算机程序，以实现权利要求1～6中任一项所述方法的步骤。8.一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1～6中任一项所述方法的步骤。

技术总结
本发明公开了一种考虑维修耗时的电子设备备件需求量计算方法，包括：(1)令各单元的备件数量s


技术研发人员：阮旻智 钱超 罗忠 胡俊波 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：2023/8/14