挂壁式空调系统维修性评估方法与流程

本发明涉及空调系统评估技术，适用于在挂壁式空调设计和使用过程中对其维修性水平进行分析评估，特别涉及挂壁式空调系统维修性评估方法。
背景技术：
：空调整机系统的维修性模型可应用于空调产品的论证、设计、制造和使用等多个环节，而挂壁式空调是应用最为广泛的一类空调产品。维修性指标是反映空调质量的核心指标，客观准确的评估空调的维修性水平已成为企业的一项基础性技术工作，也受到消费者的广泛关注。目前，国内外关于空调维修性的评估主要有两种方式：一是采用基于零件或元器件功能关系服从串联模型假设的传统方法，由于串联模型与空调系统实际功能关系存在较大误差，使得该方法估计精度较差；二是使用售后服务获得的现场故障维修数据，应用各种统计理论或方法进行估计，这种方式既需要维修数据的长期积累，也因其没能反映空调系统的维修性与其零件或元器件、单元之间的函数关系，而无法应用于产品设计阶段维修性的预测与分配。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种维修性评估方法，在对挂壁式空调整机系统的物理结构关系和功能进行分析的基础上，运用马尔科夫链理论导出空调整机系统的维修性分析计算模型和评估方法，使得在空调产品的设计、制造和使用过程中，能够适时、方便且有效地对空调系统的维修性水平进行分析估计。本发明的目的采取以下技术方案来实现。挂壁式空调系统维修性评估方法，其特征在于，其步骤如下：1)分析空调系统工作原理，建立系统的维修物理模型：1.1分析空调系统的功能结构关系，建立其由控制部件、制冷制热部件、风路部件、框架部件和开关单元构成的功能结构框图；1.2根据空调系统普遍采用的维修方式，建立其由维修工、开关单元、支路单元i和支路单元ii构成的维修物理模型；2)分析开关单元对空调系统的影响模式，确定空调系统可能所处的所有状态：2.1分析确定开关单元的两种影响模式：第一种影响模式是，在开关单元出现故障时，空调系统并不立刻故障，而当需要切换工作支路时，由于开关单元无法完成转换任务导致空调系统故障；第二种影响模式是，开关单元故障则立即导致空调系统故障；2.2对于开关单元的第一种影响模式，可分析得出空调系统在t时刻可能处于九种状态；2.3对于开关单元的第二种影响模式，可分析得出空调系统在t时刻可能处于五种状态。3)分别确定开关单元不同影响模式下，空调系统从一个状态转移到任一其它状态的转移概率：3.1对开关单元的第一种影响模式，空调系统在t时刻可能处于的九种状态，确定其从一种状态转移到其它八种状态中任一状态的转移概率；3.2对开关单元的第二种影响模式，空调系统在t时刻可能处于的五种状态，确定其从一种状态转移到其它四种状态中任一状态的转移概率；4)建立空调系统的维修性数学模型：4.1明确空调系统的相关要求；4.2确定构成空调系统各部件的零件或元器件的故障率λij和平均修复时间mttrij，其中j为构成部件i的零件或元器件个数，其中：i＝1、2、3、4、k；4.3计算空调系统开关单元的故障率：和支路单元i的故障率：以及支路单元ii的故障率：4.4计算空调系统开关单元的修复率：和支路单元i的修复率：以及支路单元ii的修复率：4.5计算开关单元第一种影响模式下的空调系统的平均无故障工作时间：和平均维修时间：式中：d为空调系统工作在第一支路的时间与空调系统总工作时间之比，1-d为空调系统工作在第二支路的时间与空调系统总工作时间之比；4.6计算开关单元第二种影响模式下的空调系统的平均无故障工作时间：和平均维修时间：5)建立评估程序：5.1确定构成空调系统各部件的零件或元器件故障率λij、平均修复时间mttrij和系统运行参数d；5.2由步骤4)中的(1)、(2)和(3)式分别计算开关单元、支路单元i及支路单元ii的故障率λk、λi、λii；5.3由步骤4)中的公式(4)、(5)和(6)，分别计算开关单元、支路单元i及支路单元ii的修复率αk、αi、αii；5.4由步骤4)中的公式(7)、(8)，分别计算空调系统的在开关单元第一种影响模式下的平均无故障工作时间mtbfs、平均维修时间mttrs；5.5由步骤4)中的公式(9)、(10)，分别计算空调系统的在开关单元第二种影响模式下的平均无故障工作时间mtbf′s、平均维修时间mttr′s。进一步，所述相关要求，包括：1)一旦构成空调系统的某一零件或元器件故障，修理工立即对其维修，若此时另一零件或元器件也出现故障，则必须等待维修；2)若支路单元ⅰ和支路单元ⅱ，或一个支路单元和开关单元同时处于故障或维修状态，则在所有单元修好后，空调系统才重新工作；3)空调系统的所有零件或元器件的维修相互独立，修理时间均服从指数分布；4)空调系统的所有零件或元器件的故障服从指数分布，各故障模式相互独立，制冷和制热部件仅在工作状态发生故障；5)空调系统初始工作时处于正常状态；6)空调系统在第一支路与第二支路之间的切换时间忽略不计。本发明的挂壁式空调系统维修性评估方法，建立了零件或元器件、单元与系统维修性指标之间的函数关系，使得在空调系统的设计开发过程中开展维修性的预计与分配成为可能，也可应用于预测空调系统安装使用后的维修性水平，为制定科学的售后维修策略提供依据。附图说明图1是本发明中挂壁式空调系统的功能结构框图；图2是本发明中挂壁式空调系统的维修物理模型；图3是本发明中mtbfs、mtbf′s和mtbf″s随参数d的变化规律；图4是本发明中mttrs、mttr′s和mttr″s随参数d的变化规律。具体实施方式以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。参见图1至图4。挂壁式空调系统维修性评估方法的具体实施步骤如下：步骤1、分析空调系统工作原理，建立系统的维修物理模型：通过对空调系统功能结构关系的分析，建立其由控制部件1、制冷制热部件2、风路部件3、框架部件4和开关单元k共五个部件模块构成的功能结构框图，如图1所示。根据目前空调系统普遍采用的维修方式，建立其由一个维修工、一个开关单元k、支路单元i和支路单元ii构成的维修物理模型，如图2所示。步骤2、分析开关单元k对空调系统的影响模式，确定系统可能所处的所有状态：通过分析，可确定开关单元k存在两种影响模式：第一种影响模式是，开关单元k故障时，空调系统并不立刻故障，当需要切换工作支路时，由于开关单元k无法完成切换任务导致空调系统故障的情况；第二种影响模式，开关单元k故障则立即导致空调系统故障；对于开关单元k的第一种影响模式，可分析得出空调系统在t时刻可能处于的所有九种状态，如下表1所示：表1故障开关单元切换时导致故障的空调系统在t时刻所处状态状态序号支路单元i支路单元ii开关单元k空调系统3正常工作冷贮备故障正常工作2冷贮备正常工作故障正常工作1正常工作冷贮备正常工作正常工作0冷贮备正常工作正常工作正常工作-1修理冷贮备正常工作故障-2冷贮备修理正常工作故障-3冷贮备修理等待修理故障-4修理冷贮备等待修理故障-5任意状态任意状态修理故障对于开关单元k的第二种影响模式，可分析得出空调系统在t时刻可能处于的所有五种状态，如下表2所示：表2开关单元故障立即导致故障的空调系统在t时刻所处状态状态序号支路单元i支路单元ii开关单元k空调系统1正常工作冷贮备正常工作正常工作0冷贮备正常工作正常工作正常工作-1修理冷贮备正常工作故障-2冷贮备在修理正常工作故障-3任意状态任意状态修理故障步骤3、分别确定开关单元k不同影响模式下，空调系统从一个状态转移到任一其它状态的转移概率：对开关单元k的第一种影响模式，空调系统在t时刻可能处于的九种状态，可确定在t时刻后的δt时间内，系统从某一状态i转移到其它八种状态中任一状态j的状态转移概率pij(δt)：p3,-5(δt)＝d(1-λiiδt)+o(δt)，p3,-3(δt)＝λiiδt+o(δt)，p3,3(δt)＝(1-d)(1-λiiδt)+o(δt)，p3,j(δt)＝o(δt)(j＝2,1,0，-1，-2，-4)；p2,-5(δt)＝(1-d)(1-λiiδt)+o(δt)，p2,-4(δt)＝λiδt+o(δt)，p2,2(δt)＝d(1-λiδt)+o(δt)，p2,j(δt)＝o(δt)(j＝3,1,0，-1，-2，-3)；p1,-1(δt)＝λiiδt+o(δt)，p1,0(δt)＝d(1-λiiδt-λkδt)+o(δt)，p1,1(δt)＝(1-d)(1-λiiδt-λkδt)+o(δt)，p1,3(δt)＝λkδt+o(δt)，p1,j(δt)＝o(δt)(j＝2，-2，-3，-4，-5)；p0,-2(δt)＝λiδt+o(δt)，p0,0(δt)＝d(1-λiδt-λkδt)+o(δt)，p0,1(δt)＝(1-d)(1-λiδt-λkδt)+o(δt)，p0,2(δt)＝λkδt+o(δt)，p0,j(δt)＝o(δt)(j＝3，-1，-3，-4，-5)；p-1,-1(δt)＝1-αiiδt+o(δt)，p-1,0(δt)＝dαiiδt+o(δt)，p-1,1(δt)＝(1-d)αiiδt+o(δt)，p-1,j(δt)＝o(δt)(j＝3，2，-2，-3，-4，-5)；p-2,-2(δt)＝1-αiδt+o(δt)，p-2,0(δt)＝dαiδt+o(δt)，p-2,1(δt)＝(1-d)αiδt+o(δt)，p-2,j(δt)＝o(δt)(j＝3，2，-1，-3，-4，-5)；p-3,-5(δt)＝αiiδt+o(δt)，p-3,-3(δt)＝1-αiiδt+o(δt)，p-3,j(δt)＝o(δt)(j＝3，2，1，0，-1，-2，-4)；p-4,-5(δt)＝αiδt+o(δt)，p-4,-4(δt)＝1-αiδt+o(δt)，p-4,j(δt)＝o(δt)(j＝3，2，1，0，-1，-2，-3)；p-5,-5(δt)＝1-αkδt+o(δt)，p-5,0(δt)＝dαkδt+o(δt)，p-5,1(δt)＝(1-d)αkδt+o(δt),p-5,j(δt)＝o(δt)(j＝3，2，-1，-2，-3，-4)。式中：d为空调系统工作在第一支路的时间与空调系统总工作时间之比，1-d为空调系统工作在第二支路的时间与空调系统总工作时间之比；λk、λi、λii、αk、αi、αii分别为开关单元k、支路单元i和支路单元ii的故障率：和修复率：式中：m＝k时，i＝k；m＝i时，i≠k；m＝ii时，i≠2,k；λij、mttrij分别为各部件i(i＝1、2、3、4、k)的零件或元器件j的故障率和平均修复时间。同上，对于开关单元k的第二种影响模式，空调系统在t时刻可能处于的五种状态，可确定在t时刻后的δt时间内，系统从某一状态i转移到其它四种状态中任一状态j的状态转移概率p′ij(δt)。步骤4、建立所述空调系统的维修性数学模型：为便于对空调系统的维修性进行分析，明确空调系统的特点如下：①一旦构成系统的某一零件或元器件故障，修理工立即对其维修，若此时另一零件或元器件也出现故障，则必须等待维修；②若两个支路单元，或一个支路单元和开关单元k同时处于故障或维修状态，则在所有单元修好后，空调系统才重新工作；③空调系统的所有零件或元器件的维修相互独立，修理时间均服从指数分布；④空调系统的所有零件或元器件的故障模式相互独立，故障均服从指数分布，制冷制热部件仅在工作状态发生故障；⑤空调系统初始工作时处于正常状态；⑥空调系统在第一支路与第二支路之间的切换时间忽略不计。根据马尔科夫链的相关理论，可得系统的转移率矩阵：式中：令pj(t)＝p{n(t)＝j}；表示t时刻系统处于状态j的概率。解方程组：可得：式中：从而求得系统的稳态可用度：而系统稳态故障率为：将(3)式相关参数代入上式可得：从而求得系统的平均无故障工作时间：和平均维修时间：同上，可求得开关单元k的第二种影响模式下的所述空调系统的平均无故障工作时间：和平均维修时间：步骤5、建立评估程序：5.1确定构成空调系统各部件的零件或元器件故障率λij、平均修复时间mttrij和系统运行参数d；5.2由(1)式分别计算开关单元k、支路单元i和支路单元ii的故障率λk、λi、λii；5.3由(2)式分别计算开关单元k、支路单元i和支路单元ii的修复率αk、αi、αii；5.4将λk、λi、λii和αk、αi、αii代入分别代入(4)、(5)式，求得空调系统在开关单元k的第一种影响模式下的平均无故障工作时间mtbfs和和平均维修时间mttrs；5.5将λk、λi、λii和αk、αi、αii代入分别代入(6)、(7)式，求得空调系统在开关单元k的第二种影响模式下的平均无故障工作时间mtbf′s和平均维修时间mttr′s。实施例：将前述空调系统维修性模型和实施程序应用于某型号挂壁式空调维修性的预测，元器件或零部件的故障率和平均维修时间数据见下表1。表1空调系统的零件或元器件故障率和平均维修时间数据(时间单位：工作日)系统构成部件零件或元器件λijmttrij开关单元k控制器6.26667×10-63控制部件1电源信号线1.86239×10-61变压器1.04556×10-71遥控器3.03206×10-61环境感温头3.39800×10-71管温感温头1.88850×10-61显示板5.16233×10-73接收器1.56833×10-71制冷和制热鄯件2冷凝器9.47500×10-73蒸发器7.12278×10-73压缩机启动电容3.92078×10-71压缩机2.96672×10-63单向阀1.30694×10-83主毛细管4.24750×10-71温控器2.61383×10-81电加热管2.48317×10-73过滤器7.18833×10-83连接管路3.16278×10-61二通截止阀2.02572×10-73三通截止阀3.59406×10-73电磁阀线圈3.92078×10-83四通换向阀1.22850×10-63风路部件3贯流风叶3.09739×10-63塑封电机2.74456×10-73导风机构3.79011×10-73步进电机5.88111×10-73风机启动电容9.80167×10-81轴流风叶4.31283×10-73铁壳电机4.63961×10-73框架部件4内机框架3.16272×10-63将表1数据代入公式(1)、(2)，可分别求出两支路循环调配系统各单元的故障率和修复率，如表2所示。表2两支路循环调配系统的各单元数据再将表2数据代入(4)至(7)式，可分别求得开关单元k的第一种影响模式即开关单元k故障而系统并不立即故障的系统平均无故障工作时间和平均维修时间：和开关单元k的第二种影响模式即开关单元k故障则系统立即故障的系统平均无故障工作时间和平均维修时间：而传统的维修性估计方法是将构成系统各单元的元器件或零件的维修均视为一个独立的维修项目，整个系统的平均维修时间为：将表1数据代入上式，可求得：mttr″s＝2.18589(工作日)(10)当系统与单元、单元与各元器件或零件的功能关系服从串联模型时，系统的故障率为：系统的平均无故障工作时间：根据《挂壁式空调系统的可靠度预测与分配模型及其应用研究》文献[1]的研究结论，可以推出空调整机系统的故障率为：λ″s＝(2.62560+1.07952×d)×10-5；代入(11)式，可确定空调系统的平均无故障工作时间：根据(8)、(9)、(10)和(12)式，图3给出了mtbfs、mtbf′s和mtbf″s随参数d的变化规律，图4给出了mttrs、mttr′s和mttr″s随参数d的变化规律；表3则进一步给出了d的部分取值时，mtbfs、mttrs、mtbf′s、mttr′s、mtbf″s和mttr″s的估计结果。表3不同d值时的空调系统平均无故障工作时间和平均维修时间由图3、图4和表3中的数据可知，随着运行比d值的增加，不同情况下的空调系统平均无故障工作时间均随之约有减小，反映制冷制热部件随着工作时间的增加而出现故障并进而导致系统故障的可能性增加。对于开关单元k的第二种影响模式，即开关故障立即导致系统故障这一开关影响模式，其本质上是构成系统各单元、零部件或元器件的功能关系服从串联模型，基于马尔科夫链理论计算所得的系统平均无故障工作和平均维修时间与基于串联模型假设的传统估计方法所得结果具有极好的一致性，平均无故障工作时间两条曲线基本吻合，平均维修时间两条曲线的差异也极小，在相同运行比d值下，各项指标的最大相对误差均小于3％，这也证明了本发明所给出方法及模型的正确性。相较于开关单元k的第二种影响模式，故障开关单元k仅在进行功能切换时才导致系统故障的影响模式即第一种影响模式，这种开关影响模式更贴近工程实际，对于相同的运行比d值，系统具有更高的平均无故障工作时间，平均无故障工作时间延长超过42％。本发明首先通过对空调系统工作原理的分析，建立系统的维修物理模型，分析开关单元对系统的影响模式，确定系统可能所处的所有状态；其次，在开关单元的不同影响模式下，确定系统从一个状态转移到任一其它状态的转移概率，进而应用马尔科夫链理论建立系统维修性的数学模型；最后，得出预测评估系统的平均无故障工作时间和平均维修时间的公式，以此为基础建立评估程序。本发明建立了挂壁式空调系统的零件或元器件、单元与系统维修性指标之间的函数关系，使得在空调系统的设计开发过程中开展维修性的预计与分配成为可能，也可用于预测空调系统安装使用后的维修性，为制定科学的售后维修策略提供决策依据。参考文献：[1]刘卫东、刘洋、张芳、王怀中、李捷.挂壁式空调系统的可靠度预测与分配模型及其应用研究[j].工业工程与管理.2016，21(1)：143-149。当前第1页12