基于事后维修及维修时间产品有效性的仿真方法技术

本发明专利技术公开一种基于事后维修及维修时间产品有效性的仿真技术，描述产品在事后维修及不同维修时间情况下产品有效性随时间变化关系，包括以下步骤：ａ．构建维修向量或者维修序列，ｂ．构建故障频率序列，ｃ．构建修复序列，ｄ．故障频率序列和修复序列的元素计算，ｅ．产品有效度与总故障频率计算。本发明专利技术弥补了Ｍａｒｋｏｖ和Ｍｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏ方法的一些不足，可以用其研究维修方式及维修时间对产品可靠性的影响，具有很高的实际应用价值，如：可应用于产品系统的维修计划和后勤保障决策，在机械产品、核电装置、各种生产设备的可靠性分析及使用维修决策中及产品售后服务领域亦有重要应用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种可靠性仿真技术，特别涉及一种基于事后维修及维修时间产品有效性的仿真技术。
技术介绍
在这里产品指的是机械零件、部件、机械子系统或者是机械系统，如生产设备、武器装备、航空航天装置、核电设备中的零部件或者设备本身。产品在使用中通常都要发生故障，使用者根据系统的重要性、使用经济性、系统安全性等因素而采取各种维修方式，如事后维修、预防维修、状态监测维修等来保证系统的有效性。有效性是指在一定的外部资源保证的前提下，产品在规定地条件下和规定的时刻或时间区间内处于可执行规定功能状态的能力。它是产品可靠性、维修性和维修保障的综合反映。有效性亦称为有用性。维修对生产设备、武器装备系统等的可靠性起着至关重要的作用，缩短维修时间，提高维修质量就意味着提高生产设备、武器装备系统的可靠性事后维修是指当产品发生故障后才对其进行修复，恢复其功能的一种维修方式。发生故障后通过维修可以恢复功能的产品在可靠性工程领域被称为可修复产品，在生产实践中绝大多数产品都属于可修复产品。可修复产品可靠性理论分析通常采用Markov方法，而在工程实践中Monte-Carlo方法因其实用性强而得到更广泛的应用。见文献肖刚，李天柁编著的《系统可靠性分析中的蒙特卡罗方法》，北京科学出版社，2003；JoseE.Ramirez-Marquez，David W.Coit的《A Monte-Carlo simulation approach forapproximating multi-state two-terminal reliability》，Reliability Engineering andSystem Safety 87(2005)253-264；郭永基编著的《可靠性工程原理》，清华大学出版社，施普林格出版社，2002和Bertsche，B.；Lechner，G.的《Zuverlssigkeitim Maschinenbau》，Springer-Verlag 1990。当产品的寿命和维修时间服从指数分布，产品的可靠性可以采用Markov方法来描述，并可解析或数值求解。这种方法的局限性在于1)受产品寿命分布类型和维修时间分布类型限制，机械产品的寿命分布通常不服从指数分布，而更多是服从威布尔分布。2)在产品的基础上分析由产品组成的系统可靠性时，如果只考虑产品两种状态，Markov状态转移方程数与组成系统产品数n成2n关系，计算量随产品数目的增加而发生“爆炸”，计算量之大以至于无法接受。即使是静态系统，系统底事件只有两种状态，采用容斥原理，系统可用度计算需要进行250次求和；用每秒运行10亿次以上的计算机，花费的时间也要13天以上。3)Markov方法需要已知产品各状态间的转移概率，这在实践中几乎是不可能的。Monte-Carlo方法是20世纪在核物理研究领域中提出的，具有较强的实用性，在可靠性仿真领域也得到较广泛的应用。该方法的最大优点是适应性强，不受假设条件限制，不足在于1)仿真计算量虽然比Markov方法小，但随着计算精度要求的提高和组成系统产品数目的增加计算量的增大也是不可忽视的。同时随着计算量的增加，Monte-Carlo方法所必需的伪随机数显现出周期性问题。2)用Monte-Carlo方法仿真的结果具有随机性。事实上Monte-Carlo方法仿真的可靠性指标只是母体的某一个样本的可靠性指标，是样本的可靠性指标对母体的一个推断，在相同的仿真环境下仿真结果是不可重复的，仿真结果具有随机性。建立基于事后维修及维修时间产品有效性数学模型是对可修复产品可靠性定量分析的关键，为改进可修复产品设计、合理使用产品及维修和更新决策提供理论依据。本专利技术将提出一种简单、有效，在工程实践上可以推广应用的描述事后维修及维修时间和产品有效性之间关系的仿真方法，该方法将在一定程度上弥补上述两种方法的某些不足。
技术实现思路
当产品故障间隔时间与维修时间之比较小时(＜60)，维修时间对产品有效性的影响不可忽略，描述维修时间对产品有效性的影响对指导产品使用和维修就显示出必要性。本专利技术的目的是提供一种基于事后维修和维修时间可修复产品的有效性模型和仿真方法，描述在事后维修方式下和不同维修时间分布情况下产品的有效性随使用时间的变化规律，为产品可靠性设计和产品使用维修计划及保障决策提供理论依据。为实现此目的本专利技术采用的技术方案，包括以下由计算机系统执行的步骤1、步骤a1)构建维修向量发生故障的产品将被维修，通过维修产品的功能将在某一时刻以一定的概率得到恢复。产品从进入维修直到功能得到恢复所用的时间称为维修时间。产品的维修时间受到多种不确定性因素影响，因此它是个随机变量，服从一定的分布，或者说产品的维修时间可以用随机变量分布函数来描述，该函数亦称为维修度函数，记为M(t)。维修度函数对时间的导函数是维修度密度函数，记为m(t)。产品的维修向量按下述方法构建W＝(w1，w2，…wi，…wm)式中W-维修向量；wi-维修向量第i个元素；m(t)-维修时间分布概率密度函数；m-维修向量所包含的元素数；Δt-时间微区间；m的确定应满足下式要求式中ε-给定的小数，通常小于0.00001；τmax-最大维修时间；τmax＝m×Δt；微区间Δt的确定原则是Δt尽量越小越好，可人为按原则确定，亦可按下式计算式中n-区间数，n取正整数，通常n＞60；tmax产品最大寿命；按上式构建的维修向量避免了密度函数自变量取负值和取无穷大的问题。维修向量描述了产品失效后，经过维修以一定的概率在某一微区间得到修复的概率，描述了产品维修过程。2)构建维修序列在仿真中，亦可用维修序列代替维修向量，构建维修序列和构建维修向量的方法稍有差别，维修序列在仿真中要比维修向量精确，但计算量要大，其构建方法如下V＝v1，v2，…vi，…＝{vi}式中V-维修序列；vi-维修序列的第i个元素；维修序列同维修向量一样描述了产品失效后，经过维修以一定的概率在某一微区间得到修复的概率，描述了产品维修过程。2、步骤b中的故障频率序列按下述方法构建在某一时刻投入使用的产品将按故障向量所规定的概率规律在某一个微区间内发生故障，发生故障的产品将被维修，修复后重新投入使用，产品在使用过程中在各个微区间内的故障概率构成了故障频率序列，故障频率序列描述了产品在维修情况下的工作过程、故障概率和故障时刻。其中gw-表示在维修情况下产品的故障频率序列；giw-表示在维修情况下产品在第i个微区间发生故障的概率，为了和不可修复产品的故障概率相区别也称其为产品的故障频率，其值的计算方法见步骤d；3、步骤c中的修复序列按下述方法构建在某一时刻发生故障的产品将被维修，按维修向量规定的概率规律在某一微区间内得到修复，并投入使用。产品在使用中各个微区间内的修复概率构成了修复序列，修复序列描述了产品的维修过程、修复概率和修复时刻q＝q0，q1，q2，…，qi，…＝{qi}其中q-表示修复序列qi-修复序列的第i个元素，其值的计算方法见步骤d。当产品使用时间t＝0时，q0＝1，代表投入使用产品的总体，此时无修复产品，q1，q2，…，qi＝0。4、步骤d1)故障频率序列的元素按下述方法计算a)当仿真区间数i≤n时b)当仿真区间数i＞n时式中gj-是产品本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于事后维修及维修时间产品有效性的仿真技术，其特征在于：包括以下由计算机系统执行的步骤：ａ、构建维修向量或者维修序列；ｂ、构建故障频率序列；ｃ、构建修复序列；ｄ、故障频率序列和修复序列的元素计算； ｅ、产品有效度与总故障频率计算。

【技术特征摘要】
1、一种基于事后维修及维修时间产品有效性的仿真技术，其特征在于包括以下由计算机系统执行的步骤a、构建维修向量或者维修序列；b、构建故障频率序列；c、构建修复序列；d、故障频率序列和修复序列的元素计算；e、产品有效度与总故障频率计算。2、根据权利要求1所述的基于事后维修及维修时间产品有效性的仿真技术，其特征在于1)步骤a中维修向量按下述方法构建W＝(w1，w2，Λwi，Λwm)式中W-维修向量；wi-维修向量第i个元素；m(t)-维修时间分布概率密度函数；m-维修向量所包含的元素数；Δt-时间微区间m的确定应满足下式的要求式中ε-给定的小数，通常小于0.00001；τmax-最大维修时间；τmax＝m×Δt微区间Δt的确定原则是Δt尽量越小越好，可人为按原则确定，亦可按下式计算式中n-区间数，n取正整数，通常n＞60；tmax产品最大寿命；2)步骤a中维修向量按下述方法构建V＝v1，v2，Λvi，Λ＝{vi}式中V-维修序列；vi-维修序列的第i个元素；维修向量和维修序列具有相同的功能，利用维修向量仿真计算量较小，但不如用维修序列精确，利用维修序列仿真计算量较用维修向量稍大，但精确性较高。3、根据权利要求1所述的基于事后维修及维修时间产品有效性的仿真技术，其特征在于步骤b中的故障频率序列按下述方法构建其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴月明，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：13[中国|河北]