[發明專利]大型貨輪整體換件維修多Weibull單元部件備件需求量確定方法

在審

• 申請號: 201811360545.8
• 申請日: 2018-11-15
• 公開（公告）號: CN109492974A
• 公開（公告）日: 2019-03-19
• 發明（設計）人: 趙中元
• 申請（專利權）人: 青島航訊科技有限公司
• 主分類號: G06Q10/08
• 分類號: G06Q10/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

大型貨輪整體換件維修多Weibull單元部件備件需求量確定方法，屬于機械設備保障性的設計方法，解決機械設備保障性設計過程中備件需求量計算困難、不準確的問題。本發明包括建立Gamma等效部件步驟、設置初值步驟、計算保障概率步驟和判斷步驟；本發明能針對Weibull單元的可靠性特性、立足多單元k/N表決部件的真實可靠性結構，進行快速計算備件數量，解決現有機械設備保障性設計中備件需求量計算不準確的問題。在機械設備的保障性設計階段和列裝運行階段，能準確確定備件需求量進而能較為準確地估計全壽命周期機械設備相關費用，為評估機械設備費效比狀態、實現機械設備“好保障、保障好”提供技術支撐。

技術領域

本發明屬于機械設備保障性的設計方法，特別涉及一種大型貨輪整體換件維修多Weibull單元部件備件需求量確定方法。

背景技術

備件需求量是機械設備保障性中的一種具體屬性，備件所對應的費用是全壽命期間機械設備費用的重要組成部分。準確計算備件需求量不論是對機械設備的保障性設計還是機械設備有效運行都具有重要的意義。

在機械設備的層次結構中：機械設備由多種部件組成，部件由N個單元構成(N≥1)；單元與單元之間以串聯或某種可靠性結構形式進行連接，構成部件，該部件稱之為單元裝機數為N的部件，簡稱多單元部件。Weibull單元指該單元的壽命服從Weibull分布，單元壽命記為W(a1,b1),a1為尺度參數，b1為形狀參數，其失效密度函數對單元或部件進行可靠性壽命試驗，利用壽命試驗數據進行Weibull分布擬合計算，得到a1、b1。

Weibull壽命件主要適用于機電件，如：滾珠軸承、斷路器、電位計、發動機、蓄電池、液壓泵、材料疲勞件等。多Weibull單元部件指由多個Weibull單元組成的部件。

k/N表決部件是由N個單元組成的多單元部件，其中至少有k個單元正常工作，部件才正常工作，1≤k≤N，記為k/N(G)，它的可靠性框圖如圖1所示；N/N(G)為串聯部件，1/N(G)為并聯部件。與串聯、并聯結構相比，表決結構是一種更為一般、普遍的可靠性結構形式。表決結構常見于兩種情況：一種在機械設備的可靠性設計中，針對單元可靠度達不到要求的情況，采用表決結構作為一種冗余設計來提高部件的整體可靠度；另一種情況，則是在部件出現劣化或部分故障導致性能下降后，通過定義k來決定所能接受的部件最低性能，小于k則認為部件整體性能已不能滿足工作要求。

備件需求量與維修模式緊密相關。換件維修主要針對不可修單元，或由于條件限制只能在現場進行換件維修的情況----例如大型貨輪在海上運輸期間，由于受維修條件、維修能力等限制，對出現故障的單元，船員只能采取換件維修的方法排除故障、恢復機械設備性能。整體換件維修是指：當多單元部件中的故障單元數量達到一定數值后，將所有的單元全部更換，而不僅僅是更換故障單元。該更換模式是綜合考慮單元剩余壽命、減少維修次數等因素后的一種常見換件維修模式。換件維修模式下，單元裝機數為N的表決部件，現有確定備件需求量的方法有：

(1)卷積法。在數學理論上換件維修等同于卷積計算。備件需求量為m的計算過程意味著一個(m+1)重卷積計算。對多重卷積而言，此時卷積表達式形式極其復雜、難以推導；并且，利用計算機進行多重卷積的數值求解計算，也隨著備件需求量m每增加1個,其計算量以10倍以上方式遞增，不僅耗時長且難以保證計算精度。

(2)模擬方法。該方法以多次模擬表決部件在保障期間工作運行的方式，來統計計算保障概率要求下所需的備件需求數量。與計算備件需求量相比，該方法更適合用于備件數量確定后的保障效果評估。這是由于隨機因素的影響，使得備件數量對應的保障概率同時具有數學期望值和標準差兩種屬性，模擬方法得到的保障概率往往在保障概率期望值附近波動，這種波動在某些情況下(例如較長任務時間)會導致備件數量出現一個較大的波動，而導致模擬方法往往不能得到穩定的備件需求量結果。

(3)近似法。由一個Weibull單元構成的部件，其備件需求量S的近似計算公式：