一种整体换件预防性维修方案制定方法与流程

本发明属于零部件维护领域，具体涉及一种整体换件预防性维修方案制定方法。

背景技术：

在部件的实际工作运行中，随着工作时间的增加，部件中的各个单元都会出现老化或故障，然后需要进行更换。而在实际使用过程中，需要更换的节点不好把控，传统的方法是在使用之前，对一个批量的部件进行逐个检查，然后将检查不合格的替换了，这种方法所需要的工作量很大，需要耗费大量的人力跟精力，并且，有时候检查的时候，部件中的某个零件还能正常使用，但是已经很快即将不合格，这个就没法控制。比如，汽车轮胎厚度是衡量轮胎是否可以使用的参数，正常情况，都要定期检查，然后选择是否更换，这样工作量很大，需要时时刻刻关注，但是如果我们了解了轮胎的老化状态，就可以不用检测就可以预估在什么时候即将老化，可以提前进行更换，避免引起安全事故。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供了一种整体换件预防性维修方案制定方法，具体技术方案如下：

一种整体换件预防性维修方案制定方法，具体步骤如下：

步骤1：将一个部件分为dyn项单元，单元之间可靠性连接关系为串联连接；

步骤2：对所述每个单元进行寿命分析统计并记录；

步骤3：在n套部件中，完好部件数量n大于m的概率记为p(n＞m)，该概率用于描述该批部件的完好性状态，即达标概率；

步骤4：历年的最低的达标概率为p1，一旦p(n＞m)低于p1时，则需要进行预防性维修；维修时刻记为tr，以备件替换某项单元的方式，在tr时刻对这n个部件进行预防性维修工作；要求维修结束后，这n套部件的达标概率再次低于p1的时间间隔不得小于t2；

步骤5：数组dyt1描述了各型单元投入使用时刻，dyt1i,1≤i≤dyn表示第i项单元的投入使用时刻；当前时刻记为tnow，数组ns中的nsi,1≤i≤dyn描述了维修方案中更换了哪些单元及其备件数量；

5.1：令tnow为dyt1i,1≤i≤dyn中的最大值，即：tnow＝max{dyt1i|1≤i≤dyn}；

5.2：评估下一年的部件达标概率

令tnow＝tnow+1，评估时刻tc＝tnow，针对dyt1和tc调用部件评估模块，评估结果中：部件的达标概率记为bjpm1，各项单元的可靠度记为dypri,1≤i≤dyn，bjpm1是下一年底时部件达标概率的评估结果；

5.3：若bjpm1≥p1，则转5.2)，否则，制定维修方案转5.3.1)

5.3.1)令维修时刻tr＝tnow-1，评估时刻tc＝tr+t2，bjp1＝bjpm1，i1＝0；

5.3.2)对dypri,1≤i≤dyn按照从小到大进行排序，排序后的单元id号记为ixi,1≤i≤dyn，第ix1项单元的可靠度是所有单元中最小的。

5.3.3)产生维修方案

5.3.3.1)若bjp1≥p1转5.4)，否则：令i1＝i1+1,i＝ixi1，全部更换第i项单元并更新相关数据：令备件数量nsi＝n，dyt1i＝tr；

5.3.3.2)针对dyt1和tc调用部件评估模块，评估结果中部件的达标概率记为bjpt，并令bjp1＝bjpt后，转5.3.3.1)；

5.4：终止计算

保存维修方案到plan＝[trbjpm1bjp1ns]，维修时刻是第tr年底，bjpm1是若不采取维修到第tr+1年底的部件达标概率，bjp1是在第tr年底采取维修后到第tr+t2年底的部件达标概率，ns是维修备件方案，其中的非零项nsi就是需要更换的单元。

作为进一步的改进，其特征在于：按照寿命分布类型，所述单元包括指数型单元、正态型单元、威布尔型单元和对数正态单元。

作为进一步的改进，其特征在于：指数型单元的寿命t，记为t～exp(μ)，其中μ的物理含义为平均寿命；t的密度函数为如：印制电路板插件、电子部件、电阻、电容、集成电路等。

作为进一步的改进，其特征在于：正态型单元的寿命t，记为t～n(μ,σ²)，其中μ为均值，σ²为方差，t的密度函数为如汇流环、齿轮箱、减速器等。

作为进一步的改进，其特征在于：威布尔型单元的寿命t，记为t～w(α,b)，其中尺度参数α＞0，在工程上形状参数b≥1，t的密度函数为如滚珠轴承、继电器、蓄电池、液压泵、齿轮、材料疲劳件等。

作为进一步的改进，其特征在于：对数正态单元的寿命t，记为t～ln(μ,σ²)，其中μ为对数均值，σ为对数标准差，t的密度函数为式中ln()为自然对数函数，如绝缘体、半导体元器件、金属疲劳等。

基于产品寿命规律，制定出预防性维修方案制定方法，能在不需掌握产品的失效物理机理、没有描述产品老化程度的物理指标情况下，应用该方法主要解决预防性维修方案中关心的三个问题：何时进行维修？更换哪些单元？各单元需要的备件数量是多少？利用本方法能得到更换单元类型数量较少的维修方案。

装备通常具有多层级的结构特点，按照从低到高的次序，常见的层级划分有：元器件、零部件、部件、装备、分系统、系统等。在该技术方案中，我们把处于最底层结构的产品称之为单元，由于单元的组成更单一、更纯粹，因此其寿命分布更可能符合标准的指数分布、对数正态分布、正态分布和威布尔分布等常见分布。

在该方法中的部件评估模块，其输入的参数为各单元的投入使用时刻和评估时刻，输出结果为部件的达标概率和各单元的可靠度。

在评估模块中约定：各单元的投入使用时刻记为dyt1i,1≤i≤dyn，评估时刻记为tc，部件的达标概率记为bjpm，各单元的可靠度记为dypri,1≤i≤dyn。

具体评估步骤如下：

1)令单元类别序号i＝1；

2)令第i项单元的投入使用时刻t1＝dyt1i；

3)计算第i项单元在tc时刻的可靠度dypi。

常见寿命分布类型的单元可靠度计算式如下：

若该单元寿命服从指数分布exp(μ)，则

若该单元寿命服从正态分布n(μ,σ²)，则

若该单元寿命服从威布尔分布w(α,b)，则

若该单元寿命服从对数正态分布ln(μ,σ²)，则

4)计算第i项单元在tc时刻的达标概率dypmi。

5)令i＝i+1，若i≤dyn转2)，否则转6)；

6)计算部件的达标概率bjpm，令

可建立以下仿真模型，用于模拟在tr时刻完成一次维修后的保障效果。

1)令单元序号i＝1；

2)产生n个随机数stj，1≤j≤n，stj服从该单元的寿命分布规律，令

3)在simtj,1≤j≤n中找到满足simtj＞tc的数，记其数量为dymi；

4)令i＝i+1，若i≤dyn则转2)，否则转5)；

5)从所有dymi,1≤i≤dyn中找到最小值，记为zm，zm即为在tc时刻的部件完好数量模拟结果。

利用上述模型大量仿真后，可以统计出维修完成后历年完好部件数量n＞m的频率，该频率是部件达标概率p(n＞m)的仿真结果。

本发明的有益效果：通过本发明的方法步骤，只需记录各个单元的投入使用时刻和评估时刻，然后根据各个单元的寿命属性进行计算，所得出的达标概率和可靠度，根据产品使用的规则说明，比对输出结果就可以得出是否需要更换部件中的哪些单元，方便快捷。

附图说明

图1为实施例在第8年底采取上述预防性维修方案后，该部件的达标概率仿真结果和本文方法的评估结果。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明做进一步详细描述，该实施例仅用于解释本发明，并不对保护范围构成限定。

实施例

某部件的关键部分由4项单元(寿命分别呈指数、正态、威布尔和对数正态分布)组成，各单元的寿命分布规律见表1。仓库现有同批次该型部件共20套。该批次部件中各项单元的投入使用时刻dyt1分别为第4、2、3、3年，完好部件数量n大于m的概率记为p(n＞m)。要求历年的p(n＞m)不得低于p1，否则需要及时开展维修工作。要求完成一次维修后，下一次维修的时间间隔不得小于t2年。已知：t2＝2，m＝14，p1＝0.8。

在该知晓的背景条件下，按照权利要求中记录的方法运算，首先计算出各个单元的寿命分布规律，见表1；

表1各单元的寿命分布规律

1)令tnow＝4；

2)评估下一年的部件达标概率

令tnow＝tnow+1，评估时刻tc＝tnow，针对dyt1和tc调用部件评估模块，评估结果中：部件的达标概率记为bjpm1，各项单元的可靠度记为bjpri,1≤i≤dyn。bjpm1是下一年时部件达标概率的评估结果。

通过计算，在表2中列出tnow从第5～9年时部件达标概率的评估结果。从表2可知，若不采取维修措施，则到第9年底时部件的达标概率将低于0.8的要求。

表2

3)制定维修方案

3.1)令维修时刻tr＝8，评估时刻tc＝10，bjp1＝0.666，i1＝0；

3.2)第7年时各单元的可靠度bjpri分别为：0.779、0.841、0.926、0.943，将其按照从小到大进行排序，排序后的单元id记为ix＝[1234]，第1项单元的可靠度最小，其次是第2项单元的可靠度。

3.3)产生维修方案。

经计算，当同时更换第1、第2项单元时，bjp1＝0.962，满足要求。

4)终止计算，维修方案为plan＝[trbjpm1bjp1ns]，其中：tr＝8，bjpm1＝0.666，bjp1＝0.962，ns＝[202000]。

图1显示了算例在第8年底采取上述预防性维修方案后，该部件的达标概率仿真结果和本文方法的评估结果。从图可看出二者结果极为接近。在第8年底采取上述预防性维修方案后，第9、10、11年期间部件的达标概率都大于0.8的要求，满足“维修一次至少管2年”的要求。如果在第11年底不采取维修措施的话，在第12年期间部件的达标概率将低于0.8。