一种装备研制过程备件需求量预测方法

摘要

本发明公开了一种装备研制过程备件需求量预测方法，包括以下几个步骤：步骤一：直接获取装备的可达可用度指标Aa、平均故障间隔时间MTBF、平均修复时间MTTR和平均预防性维修时间MPMT；步骤二：获取系统级备件平均等待时间WT；步骤三：对系统级备件平均等待时间WT进行分配，获取分系统等待时间WTi；步骤四：采用Dephi分配法获取组成分系统的各LRU(外场可更换单元)级产品等待时间WTij；步骤五：获取LRU备件缺货期望值EBOij、库存水平sij；步骤六：根据库存水平sij获取备件满足率EFRij；本发明建立备件等待时间与装备可用度的量化关系，始终围绕用户需求和研制要求进行备件规划工作；本发明采用等分配法与Dephi法相结合的方法，具有较大的灵活性，且能适用工程研制各个阶段。

主权项

1.一种装备研制过程备件需求量预测方法，其特征在于，包括以下几个步骤：步骤一：直接获取装备的可达可用度指标A_a、平均故障间隔时间MTBF、平均修复时间MTTR和平均预防性维修时间MPMT；根据用户需求和装备研制要求中规定的可达可用度指标A_a，从可靠性维修性设计数据中直接获取平均故障间隔时间MTBF、平均修复时间MTTR和平均预防性维修时间MPMT；步骤二：获取系统级备件平均等待时间WT；根据公式(1)，获取系统级备件平均等待时间WT；$A_a=\frac{\mathrm{MTBF}}{\mathrm{MTBF}+\mathrm{MTTR}+\mathrm{MPMT}+\mathrm{WT}}---\left(1\right)$步骤三：对系统级备件平均等待时间WT进行分配，获取分系统等待时间WT_i；如果能够获取分系统平均修复时间、平均供应时间以及分系统故障对任务完成影响程度信息，则采用Dephi分配法，否则采用等分配法；等分配法具体为：根据式(2)得到各分系统等待时间WT_i：$d_i·{\mathrm{WT}}_i=\frac{1}{m}\underset{i=1}{\overset{m}{\Sigma }}{d}_i·\mathrm{WT}---\left(2\right)$式中：d_i为第i个分系统需求率，i＝1，2，…，m，m为装备中分系统个数，具体为：d_i＝λ_i+γ_i                                                      (3)式中，λ_i为第i个分系统的故障率，γ_i为第i个分系统的更换率，在装备研制阶段，λ_i和γ_i从装备的可靠性和维修性设计数据直接获得；Dephi分配法具体为：根据式(4)将系统级备件平均等待时间WT分配到分系统级：${\mathrm{WT}}_i=\frac{k_i\underset{i=1}{\overset{m}{\Sigma }}{d}_i}{d_i\underset{i=1}{\overset{m}{\Sigma }}{k}_i}\mathrm{WT}---\left(4\right)$式中，k_i为第i个分系统的期望因子值，第i个分系统中可修产品的比例为B_i，分配时考虑的因子为任务影响因子k_i1、供应时间因子k_i2和维修时间因子k_i3，不可修产品的比例为1-B_i，分系统的相关因子取值具体为：任务影响因子k_i1为：k_i1与分系统级产品是否存在功能余度和该分系统故障后对系统任务完成的影响程度有关，当分系统功能余度越多因子取值越大，对任务完成影响程度越小，因子取值越大；供应时间因子k_i2为：k_i2取值与该分系统的平均供应时间和分系统中最大平均供应时间有关：$k_{i2}=\frac{{\mathrm{MTTS}}_i}{\underset{i}{\max }{\mathrm{MTTS}}_i}\times 10---\left(5\right)$式中：MTTS_i为第i个分系统的平均供应时间，是分系统中的最大平均供应时间；维修时间因子k_i3为：k_i3取值与该分系统的平均修复时间和分系统中最大平均修复时间有关：$k_{i3}=\frac{{\mathrm{MTTR}}_i}{\underset{i}{\max }{\mathrm{MTTR}}_i}\times 10---\left(6\right)$式中：MTTR_i为第i个分系统的平均修复时间，是分系统中的最大平均修复时间；k_i＝B_i(k_i1+k_i2+k_i3)+(1-B_i)(k_i1+k_i2)                              (7)步骤四：采用Dephi分配法获取组成分系统的各LRU级产品等待时间WT_ij；LRU为外场可更换单元，将第i个分系统的平均等待时间WT_i分配到LRU级别，具体为：①若第i个分系统的第j个LRU为可修件，则第j个LRU的平均等待时间为：${\mathrm{WT}}_{\mathrm{ij}}=\frac{L_{\mathrm{ij}}\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}{d}_{\mathrm{ij}}}{d_{\mathrm{ij}}\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}{L}_{\mathrm{ij}}}({\mathrm{WT}}_i·B_i)---\left(8\right)$其中：第i个分系统中包括j个LRU级产品，第j个LRU的因子L_ij＝L_ij1+L_ij2+L_ij3，对于可修产品LRU相关因子为任务影响因子L_ij1、供应时间因子L_ij2和维修时间因子L_ij3，LRU相关因子取值具体为：任务影响因子L_ij1为：L_ij1与LRU级产品是否存在功能余度和该LRU故障后对分系统任务完成的影响程度有关，当LRU功能余度越多因子取值越大，对任务完成影响程度越小因子取值越大；供应时间因子L_ij2为：L_ij2取值与该LRU的平均供应时间和LRU的最大平均供应时间有关：$L_{\mathrm{ij}2}=\frac{{\mathrm{MTTS}}_{\mathrm{ij}}}{\underset{j}{\max }{\mathrm{MTTS}}_{\mathrm{ij}}}\times 10---\left(9\right)$式中：MTTS_ij为第i个LRU的平均供应时间，是LRU的最大平均供应时间；维修时间因子L_ij3为：L_ij3取值与该LRU的平均修复时间和LRU的最大平均修复时间有关：$L_{\mathrm{ij}3}=\frac{{\mathrm{MTTR}}_{\mathrm{ij}}}{\underset{j}{\max }{\mathrm{MTTR}}_{\mathrm{ij}}}\times 10---\left(11\right)$式中：MTTR_ij为第i个LRU的平均修复时间，是LRU的最大平均修复时间；WT_i·B_i为第i个分系统中可修产品的等待时间；d_ij为第i个分系统中第j个LRU的需求率，具体为：d_ij＝λ_ij+γ_ij                                                   (11)式中：λ_ij为第i个分系统中第j个LRU的故障率，γ_ij为第i个分系统中第j个LRU的更换率；②若第i个分系统的第j个LRU为不可修件，则它的平均等待时间为：${\mathrm{WT}}_{\mathrm{ij}}=\frac{L_{\mathrm{ij}}\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}{d}_{\mathrm{ij}}}{d_{\mathrm{ij}}\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}{L}_{\mathrm{ij}}}({\mathrm{WT}}_i·(1-B_i))---\left(12\right)$其中：第j个LRU的因子L_ij＝L_ij1+L_ij2，对于不可修产品相关因子为任务影响因子L_ij1和供应时间因子L_ij2，相关因子取值见步骤四；WT_i·(1-B_i)为第i个分系统中不可修产品的等待时间；步骤五：获取LRU备件缺货期望值EBO_ij、库存水平s_ij；第i个分系统的第j个LRU备件缺货期望值EBO_ij通过式(13)获取：EBO_ij＝WT_ij×d_ij                                                 (13)第j个LRU库存水平s_ij满足式(14)中的数量关系：s_ij＝OH_ij+DI_ij-BO_ij                                              (14)式中：OH_ij为第i个分系统的第j个LRU现有备件库存量，DI_ij为为第i个分系统的第j个LRU来自修复和补给的备件量，BO_ij为为第i个分系统的第j个LRU备件缺货量，OH_ij、DI_ij和BO_ij均为非负的随机变量；由式(14)可知，当DI_ij≤s_ij-1时，OH_ij≥0，则此时还存在备件库存，此时备件需求能够得到满足，第i个分系统的第j个LRU备件的缺货期望值EBO_ij为：${\mathrm{EBO}}_{\mathrm{ij}}=P\{{\mathrm{DI}}_{\mathrm{ij}}=s_{\mathrm{ij}}+1\}+2P\{{\mathrm{DI}}_{\mathrm{ij}}=s_{\mathrm{ij}}+2\}+3P\{{\mathrm{DI}}_{\mathrm{ij}}=s_{\mathrm{ij}}+3\}+···=\underset{x=s_{\mathrm{ij}}+1}{\overset{\infty }{\Sigma }}(x-s_{\mathrm{ij}})P\{{\mathrm{DI}}_{\mathrm{ij}}=x\}---\left(15\right)$式中P表示概率，根据式(13)计算得出的EBO_ij，将EBO_ij代入式(15)，反解出库存水平s_ij；步骤六：根据库存水平s_ij获取备件满足率EFR_ij；将步骤五计算出的库存水平s_ij代入式(16)求出第i个分系统的第j个LRU备件的满足率；EFR_ij＝P{DI_ij＝0}+P{DI_ij＝1}+…+P{DI_ij＝s-1}＝P{DI_ij≤s-1}       (16)备件库存水平s_ij为备件需求量，EFR_ij用于表征LRU备件库存水平s_ij满足装备使用要求的程度。