表决部件的备件量计算方法、仿真方法、终端及存储介质与流程

本发明涉及表决部件备件领域，具体地说是一种表决部件的备件量计算方法、仿真方法、终端及存储介质。

背景技术：

表决部件k/n(g)是指该部件由n个同型单元组成。当部件开始工作后，这n个单元一起开始工作，随着部件中故障单元的逐渐增多，部件的输出性能会下降(此时部件相当于降额使用)，但只要部件中完好单元的数量不小于k时，则该部件仍可视为在正常工作。一旦部件中的完好单元数量下降到小于k时，则认为此时该部件已不能满足工作要求，视为部件出现故障而停止工作。

采用表决结构的部件，使得该部件在维修性上可获得的好处之一是能在部件不停机的情况下完成对故障单元的修理，即：当部件中的部分单元出现故障时，只要单元故障数量不大于n-k，就能在部件中其他单元继续工作的同时，对故障单元开展维修工作，从而为修理工作赢得时间。在本文中，以换件维修的方式对故障单元进行修理。

机电类表决部件是指组成部件的单元是机电类元器件。威布尔分布常用于描述机电件的寿命分布情况，例如滚珠轴承、继电器、蓄电池、液压泵、齿轮、材料疲劳件等。威布尔型单元指寿命服从威布尔分布的单元，单元寿命x服从威布尔分布w(a,b)，x的密度函数为：

某机电类表决部件记为k/n(g)，由n个同型机电单元组成，单元寿命服从威布尔分布w(a,b)。该表决部件在保障任务期间计划的工作时间记为tw。在保障任务期间，采用即时修理策略，即：一旦出现单元故障立刻开展换件维修工作；如果备件消耗完毕，则部件将继续工作到完好单元数量为k-1时刻或保障任务的终点时刻。若任务期间该部件能始终工作则视为保障任务成功。备件数量记为s，要求在这些备件支持下保障成功的概率不得低于ps。

基于上述，以换件维修的方式对故障单元进行修理时，如何确定机电类表决部件的备件需求量，是需要解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的技术任务是针对以上不足，提供一种表决部件的备件量计算方法、仿真方法、终端及存储介质，来解决如何确定机电类表决部件的备件需求量的问题。

第一方面，本发明提供一种表决部件的备件量计算方法，用于计算机电类表决部件的备件需求量，所述机电类表决部件记为k/n(g)，由n个同型机电单元组成，机电单元寿命x服从威布尔分布w(a,b)，其中，尺度参数a＞0，形状参数b≥1，所述表决部件正常工作时，至少有k个机电单元正常工作；

所述计算方法包括：基于机电单元寿命x服从威布尔分布w(a,b)，构建备件数量s与保障概率pt之间的关系式，并以机电类表决部件在保障任务期间计划的工作时间tw、保障概率不低于保障概率阈值ps为条件，通过上述关系式得到备件数量s的预测值。

作为优选，所述计算方法包括如下步骤：

s100、初始化备件数量s，s＝0；

s200、通过如下步骤计算ps1：

s210、设定数组p1，数组p1中共有s+1个数，数组p1中第j个元素的表达式为：

其中，变量x表示机电单元的寿命，1≤j≤s+1，

s220、初始化i＝1；

s230、如果i＝1，设定数组p2＝p1，否则，计算p1与p2的卷积，并将卷积结果赋值给p2，即：

p2＝p1*p2；

s240、设定i＝i+1，如果i≤n，执行步骤s230，否则，通过如下公式计算ps1：

s300、遍历生成s个备件被n个机电单元消耗的所有情况，遍历结果为sall，所述sall为ml×n的矩阵，sall中行向量形式为[i1,i2,......,in]，in表示第n号机电单元消耗的备件数量；

s400、通过如下步骤计算ps2：

s410、初始化ps2＝0，i＝1；

s420、设定n×2的矩阵p2，矩阵p2中第一列元素p2(r,1)的表达式为：

其中，sn表示sall中第i行向量，snr表示sn中第r个元素，1≤r≤n；

矩阵p2中第二列元素p2(r,2)的表达式为：

p2(r,2)＝1-p2(r,1)

s430、初始化r＝1；

s440、如果r＝1，设定行向量pt2＝p2(r,:)，否则，计算p2(r.:)与pt2的卷积，并将卷积结果赋值给pt2，即：

pt2＝p2(r,:)*pt2；

其中，p2(r,:)为矩阵p2中的第r行向量；

s450、设定r＝r+1，如果r≤n，执行步骤s440，否则，通过如下公式计算ps2，并执行步骤s460：

s460、设定i＝i+1，如果i≤ml，执行步骤s420，否则，执行步骤s500；

s500、设定保障概率pt＝ps1+ps2，如果pt＜ps，令s＝s+1后，执行步骤s200，否则，执行步骤s600；

s600、终止计算，s为满足保障概率要求且最为经济的备件需求量。

作为优选，步骤s300基于n-1重for循环实现遍历生成s个备件被n个机电单元消耗的所有情况，其中，

第1重循环中的变量i1取值范围为0～s之间的整数；

第2重循环中的变量i2取值范围为0～(s-i1)之间的整数；

第j重循环中的变量ij取值范围为之间的整数；

其中，1≤j≤n-1，变量

第二方面，本发明提供一种仿真方法，所述仿真方法用于模拟机电类表决部件的备件保障过程，以验证如第一方面任一项所述的表决部件的备件量计算方法的有效性；

所述仿真方法包括：

按照如下仿真步骤多次进行仿真，统计保障结果标志f并计算其均值，将其均值作为保障概率的数学期望值；

仿真步骤为：

l100、设定当前机电类表决部件的备件数量n1＝s，按照机电单元的寿命分布规律，产生n个随机数simti，1≤i≤n；

l200、选取上述n个随机数中的最小值，将所述作为最小值的随机数的序号记为g；

l300、如果simtg＞tw，仿真结束，并令保障结果标志f＝1，否则，执行步骤l400；

l400、如果n1＞0，令n1＝n1-1，按照机电单元的寿命分布规律产生1个随机数simtt，令simtg＝simtg+simtt，并执行步骤l200，否则，执行步骤l500

l500、通过如下方法更新保障结果标志f：对n个随机数simti，进行升序排序，并选取第n-k+1个数值，如果simtn-k+1≥tw，则保障成功，令f＝1，否则令f＝0；

其中，1≤i≤n。

第三方面，本发明提供一种终端，包括处理器、输入设备、输出设备和存储器，处理器、输入设备、输出设备和存储器相互连接，存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器被配置用于调用所述程序指令执行如第一方面任一项所述的表决部件的备件量计算方法和/或如第二方面任一项所述的仿真方法。

第四方面，本发明提供一种存储介质，所述存储介质为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，所述计算机程序包括程序指令，程序指令当被处理器执行时所述处理器执行如第一方面任一项所述的表决部件的备件量计算方法和/或如第二方面任一项所述的仿真方法。

本发明的一种表决部件的备件量计算方法、仿真方法、终端及存储介质具有以下优点：基于机电单元寿命服从威布尔分布，构建备件数量与保障概率之间的关系式，以机电类表决部件在保障任务期间计划的工作时间、保障概率阈值为条件，通过计算该关系式可快速、精确得到备件需求量的预测值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

下面结合附图对本发明进一步说明。

附图1为实施例2一种仿真方法的对比示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互结合。

需要理解的是，本发明实施例中的属于“和/或”，仅仅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，单独存在b，同时存在a和b这三种情况。另外，本文中字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”关系。

本发明实施例提供一种表决部件的备件量计算方法、仿真方法、终端及存储介质，用于解决以换件维修的方式对故障单元进行修理时，如何确定机电类表决部件的备件需求量的技术问题。

实施例1：

本发明的一种表决部件的备件量计算方法，用于计算机电类表决部件的备件需求量，所述机电类表决部件记为k/n(g)，由n个同型机电单元组成，机电单元寿命x服从威布尔分布w(a,b)，其中，尺度参数a＞0，形状参数b≥1，该表决部件正常工作时，至少有k个机电单元正常工作。

该计算方法为：基于机电单元寿命x服从威布尔分布w(a,b)，构建备件数量s与保障概率pt之间的关系式，并以机电类表决部件在保障任务期间计划的工作时间tw、保障概率不低于保障概率阈值ps为条件，通过上述关系式得到备件数量s的预测值。

本实施例中，上述计算方法包括如下步骤：

s100、初始化备件数量s，s＝0；

s200、通过如下步骤计算ps1：

s210、设定数组p1，数组p1中共有s+1个数，数组p1中第j个元素的表达式为：

其中，变量x表示机电单元的寿命，1≤j≤s+1，

s220、初始化i＝1；

s230、如果i＝1，设定数组p2＝p1，否则，计算p1与p2的卷积，并将卷积结果赋值给p2，即：

p2＝p1*p2；

s240、设定i＝i+1，如果i≤n，执行步骤s230，否则，通过如下公式计算ps1：

s300、遍历生成s个备件被n个机电单元消耗的所有情况，遍历结果为sall，所述sall为ml×n的矩阵，sall中行向量形式为[i1,i2,......,in]，in表示第n号机电单元消耗的备件数量；

s400、通过如下步骤计算ps2：

s410、初始化ps2＝0，i＝1；

s420、设定n×2的矩阵p2，矩阵p2中第一列元素p2(r,1)的表达式为：

其中，sn表示sall中第i行向量，snr表示sn中第r个元素，1≤r≤n；

矩阵p2中第二列元素p2(r,2)的表达式为：

p2(r,2)＝1-p2(r,1)

s430、初始化r＝1；

s440、如果r＝1，设定行向量pt2＝p2(r,:)，否则，计算p2(r.:)与pt2的卷积，并将卷积结果赋值给pt2，即：

pt2＝p2(r,:)*pt2；

其中，p2(r,:)为矩阵p2中的第r行向量；

s450、设定r＝r+1，如果r≤n，执行步骤s440，否则，通过如下公式计算ps2，并执行步骤s460：

s460、设定i＝i+1，如果i≤ml，执行步骤s420，否则，执行步骤s500；

s500、设定保障概率pt＝ps1+ps2，如果pt＜ps，令s＝s+1后，执行步骤s200，否则，执行步骤s600；

s600、终止计算，s为满足保障概率要求且最为经济的备件需求量。

在步骤s300中，基于n-1重for循环实现遍历生成s个备件被n个机电单元消耗的所有情况，其中，第1重循环中的变量i1取值范围为0～s之间的整数；第2重循环中的变量i2取值范围为0～(s-i1)之间的整数；第j重循环中的变量ij取值范围为之间的整数；其中，1≤j≤n-1，变量

上述遍历通过代码实现，以n＝4时遍历代码示例，生成一个包含ml行、n列的矩阵small，代码示例如下：

本发明的一种表决部件的备件量计算方法可计算得到备件需求量。

例如，某个机电类表决部件2/4(g)，机电单元寿命服从威布尔分布w(1000,2.1)，该机电类表决部件执行预计工作2000小时的任务，采用本实施例公开的方法计算该机电类表决部件的备件需求量，使得其保障概率不低于0.80。

步骤为：

(1)、初始化备件数量s，s＝0；

(2)计算保障概率，表1中列出了备件数量取各种值时对应的保障概率；

表1

(3)、当s＝7时，保障概率为0.84、满足保障概率不低于0.80的备件保障条件；

(4)、终止计算，该机电类表决部件的备件需求量为7。

实施例2：

本发明的一种仿真方法，该仿真方法用于模拟机电类表决部件的备件保障过程，以验证实施例1公开的表决部件的备件量计算方法的有效性。

具体的，仿真方法为按照如下仿真步骤多次进行仿真，统计保障结果标志f并计算其均值，将其均值作为保障概率的数学期望值。仿真步骤为：

l100、设定当前机电类表决部件的备件数量n1＝s，按照机电单元的寿命分布规律，产生n个随机数simti，1≤i≤n；

l200、选取上述n个随机数中的最小值，将所述作为最小值的随机数的序号记为g；

l300、如果simtg＞tw，仿真结束，并令保障结果标志f＝1，否则，执行步骤l400；

l400、如果n1＞0，令n1＝n1-1，按照机电单元的寿命分布规律产生1个随机数simtt，令simtg＝simtg+simtt，并执行步骤l200，否则，执行步骤l500

l500、通过如下方法更新保障结果标志f：对n个随机数simti，进行升序排序，并选取第n-k+1个数值，如果simtn-k+1≥tw，则保障成功，令f＝1，否则令f＝0；

其中，1≤i≤n。

本发明的一种仿真方法可验证实施例1公开的表决部件的备件量计算方法的有效性。

针对实施例1中的具体实例备件量为7，通过本实施例的仿真方法进行验证，并基于备件数量与保障概率作对比，对比结果如附图1和表2所示：

表2

对比可见，当备件保障概率不低于0.8时，二者的误差在工程允许范围以内。

实施例3：

本发明的一种终端，包括处理器、输入设备、输出设备和存储器，处理器、输入设备、输出设备和存储器相互连接，存储器用于存储计算机程序，上述计算机程序包括程序指令，上述处理器被配置用于调用所述程序指令执行实施例1公开的表决部件的备件量计算方法、或者执行实施例2公开的仿真方法，或者执行实施例1公开的表决部件的备件量计算方法以及实施例2公开的仿真方法。

实施例4：

本发明的一种存储介质，该存储介质为计算机可读存储介质，上述计算机可读存储介质存储有计算机程序，上述计算机程序包括程序指令，程序指令当被处理器执行时上述处理器执行实施例1公开的表决部件的备件量计算方法、或者执行实施例2公开的仿真方法，或者执行实施例1公开的表决部件的备件量计算方法以及实施例2公开的仿真方法。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。