[发明专利]大型货轮短期任务备件需求量确定方法

说明书

用于大型货轮短期任务备件需求量确定方法，属于机械设备保障性的设计方法，解决机械设备保障性设计过程中备件需求量计算困难、不准确的问题。本发明以可用度为保障要求，包括设置初值步骤、计算失效率步骤、计算保障概率步骤和判断步骤。本发明能针对Weibull单元的可靠性特性、立足多单元k/N表决部件的真实可靠性结构，进行快速计算备件数量，解决现有机械设备保障性设计中备件需求量计算不准确的问题。在机械设备的保障性设计阶段和列装运行阶段，能准确确定备件需求量进而能较为准确地估计全寿命周期机械设备相关费用，为评估机械设备费效比状态、实现机械设备“好保障、保障好”提供技术支撑。

技术领域

本发明属于机械设备保障性的设计方法，特别涉及换件维修模式下，可用为保障要求的大型货轮短期任务备件需求量确定方法。

背景技术

备件需求量是机械设备保障性中的一种具体属性，备件所对应的费用是全寿命期间机械设备费用的重要组成部分。准确计算备件需求量不论是对机械设备的保障性设计还是机械设备有效运行都具有重要的意义。短期次保障任务在本文中指机械设备工作的时间与单元平均寿命的比例在0～3之间，本文中该比例不大于3。

在机械设备的层次结构中：机械设备由多种部件组成，部件由N个单元构成(N≥1)；单元与单元之间以串联或某种可靠性结构形式进行连接，构成部件，该部件称之为单元装机数为N的部件，简称多单元部件。Weibull单元指该单元的寿命服从Weibull分布，单元的寿命记为W(a1,b1),a1、b1分别为W(a1,b1)的尺度参数和形状参数，其失效密度函数对单元或部件进行可靠性寿命试验，利用寿命试验数据进行Weibull分布拟合计算，得到a1、b1。Weibull寿命件主要适用于机电件，如：滚珠轴承、断路器、电位计、发动机、蓄电池、液压泵、材料疲劳件等。多Weibull单元部件指由多个Weibull单元组成的部件。

k/N表决部件是由N个单元组成的多单元部件，其中至少有k个单元正常工作，部件才正常工作，1≤k≤N，记为k/N(G)，它的可靠性框图如图1所示；N/N(G)为串联部件，1/N(G)为并联部件。与串联、并联结构相比，表决结构是一种更为一般、普遍的可靠性结构形式。表决结构常见于两种情况：一种在机械设备的可靠性设计中，针对单元可靠度达不到要求的情况，采用表决结构作为一种冗余设计来提高部件的整体可靠度；另一种情况，则是在部件出现劣化或部分故障导致性能下降后，通过定义k来决定所能接受的部件最低性能，小于k则认为部件整体性能已不能满足工作要求。

备件需求量与维修模式紧密相关。换件维修主要针对不可修单元，或由于条件限制只能在现场进行换件维修的情况----大型货轮在海上运输期间，由于受维修条件、维修能力等限制，对出现故障的单元，船员只能采取换件维修的方法排除故障、恢复机械设备性能。换件维修模式下，单元装机数为N的表决部件，现有确定备件需求量的方法有：

(1)卷积法。在数学理论上换件维修等同于卷积计算。备件需求量为m的计算过程意味着一个(m+1)重卷积计算。对多重卷积而言，此时卷积表达式形式极其复杂、难以推导；并且，利用计算机进行多重卷积的数值求解计算，也随着备件需求量m每增加1个,其计算量以10倍以上方式递增，不仅耗时长且难以保证计算精度。

(2)模拟方法。该方法以多次模拟表决部件在保障期间工作运行的方式，来统计计算保障概率要求下所需的备件需求数量。与计算备件需求量相比，该方法更适合用于备件数量确定后的保障效果评估。这是由于随机因素的影响，使得备件数量对应的保障概率同时具有数学期望值和标准差两种属性，模拟方法得到的保障概率往往在保障概率期望值附近波动，这种波动在某些情况下(例如较长任务时间)会导致备件数量出现一个较大的波动，而导致模拟方法往往不能得到稳定的备件需求量结果。

(3)近似法。由一个Weibull单元构成的部件，其备件需求量S的近似计算公式：

式中：

E---平均寿命，a1为尺度参数，b1为形状参数。

k---变异系数，