[发明专利]一种以维护时间最优化为目标的维护模型构建方法

摘要

一种以维护时间最优化为目标的维护活动编排方法，它有六大步骤步骤一获取系统维护活动集合；步骤二确定维护活动之间约束关系；步骤三建立维护活动时序矩阵模型；步骤四确定维护活动间约束关系表达式；步骤五确定维护活动编排优化目标函数；步骤六运用隐枚举法进行模型求解运算。本发明在准确描述保障活动间关系的前提下，针对保障时间最短对保障流程进行最优化求解，消除人为因素对于保障活动编排的影响，从而得到系统的最佳保障活动编排方案，有效缩短保障时间，提高保障效率。

主权项

一种以维护时间最优化为目标的维护模型构建方法，该方法具体用于构建飞机系统的维护模型,它包括以下几个步骤：步骤一：获取系统维护活动集合系统维护活动集合包含该系统所有维护活动，采用下表1所示的表格对维护活动集合进行基本描述，系统的维护活动集合从系统的使用说明、维护说明以及以往的维护工作经验中获取；表1 系统维护活动序号维护活动名称维护活动持续时间所在工位所需资源     步骤二：确定维护活动之间约束关系维护活动的编排受多种因素影响，而限制影响保障活动编排的因素分为安全因素、工位空间限制、资源共用限制以及维护活动固有逻辑限制；安全因素指某些维护活动同时进行时可能会造成安全隐患，因此这些维护活动不能同时进行；工位空间限制指围绕系统开展维护活动的操作空间有限，许多在同一工位同时开展的维护活动数有限，因此需要对处于同一工位的维护活动进行分组，并分时段开展工作；资源共用限制是指某些维护活动在执行过程中可能会用到同一类资源，而资源数量限制会导致能够同时执行的维护活动数量有限，因此在任意时刻，用到某一种保障资源的个数应不超过该种保障资源的总数；维护活动固有逻辑限制是指在某些维护任务中，维护活动的执行顺序与保障对象的设计结构、工装顺序以及工程应用需要因素相关，其制约保障活动的开展顺序；某些维护活动由于受安全因素以及维护活动逻辑因素的影响而存在编排互斥，则此类维护活动编排关系称为强限制关系，它分为两类，一类是：在同一时间内，某两项维护活动不能同时处在执行状态，此类关系称为串行限制；另一类为并行限制，即维护活动间必须在某一时间段内同时处于执行状态；对于强限制关系以外的维护活动而言，在满足工位及资源限制条件下，允许其全部或一部分维护活动安排在同一时间段内进行，这类维护活动关系称为非强限制关系；非强限制关系在某些情况下可转化为强限制关系中的串行限制；根据安全因素、工位空间限制、资源共用限制以及维护活动固有逻辑限制的维护活动间关系，将维护活动集合中各活动之间的关系填入下表2中，其中“√”表示对应维护活动间允许并行执行，即不存在限制关系；“×”表示对应维护活动间关系为强限制关系；“〇”表示对应维护活动间关系为非强限制关系；表2 维护活动关系表活动12345…1      2      3      4      5      …      对于强限制活动关系，通过实际工程操作人员判断直接填入表2中，而对于非强限制活动关系，须通过填入下表3进行确定，此处将维护活动所需工位数看做成一种资源；当所有活动所需某种资源总数超出该种资源实际总数时，即判断相关活动间具有非强限制关系，得出维护活动间非强限制关系后，将符号“〇”填入上表2；表3 维护活动非强限制关系确定表步骤三：建立维护活动时序矩阵模型在工程上，常用甘特图来表示维护活动间的时序关系；为准确表示维护活动间的时序逻辑关系，须将甘特图转化为如下形式：令wi(i＝1,…,M)代表维护活动，|wi|表示维护活动wi的时长，σ表示单位时间，其量值为所有维护活动时间的最大公约数；定义维护活动关系矩阵Ψ：其中，M为矩阵的行数，其值为维护活动个数，N表示矩阵的列数，其值为矩阵中元素aij取值1或0，其含义为保障活动wi在时间轴第j个单位时间段的工作状态，当第i项活动在时刻j时处在执行状态时aij＝1，否则aij＝0；步骤四：确定维护活动间约束关系表达式(1)维护活动时长条件令li＝|wi|/σ,由定义知li为正整数，对于任一项维护活动而言，标志其执行完毕用此项维护活动在矩阵Ψ中的对应行中“1”元素的总个数li表示，且aij满足如下关系式：Σj=1Naij=li]]>(2)维护活动连续执行条件假设维护活动一旦开始便不会中断，因此对于此项维护活动在矩阵中对应行所有“1”元素项必须连续，且和为li，aij的关系表示为:Πj=1N+1-li(Σjj+li-1aij-li)=0]]>(3)维护活动互斥条件在串行约束下，某k项保障活动w1,w2,…,wk不能并行执行，则在矩阵中该k行元素具有如下关系：Σj=1NΠi=1kaij=0]]>而在并行限制约束关系下，某k项保障活动w1,w2,…,wk需并行执行，则在矩阵中该k行元素具有如下性质：Σj=1NΠi=1kaij>0]]>(4)维护活动逻辑关系在维护活动逻辑约束下，某两项保障活动wg与wh存在前后执行关系，若wg在wh之前必须完成，则有：(Σj=1Nj·ahj-Σk=0lh-1k)/lh-(Σj=1Nj·agj+Σk=0lg-1k)/lg>0]]>若wg为wh的紧前活动，即wh必须紧接着wg开始执行，则有：(Σj=1Nj·ahj-Σk=0lh-1k)/lh-(Σj=1Nj·agj+Σk=0lg-1k)/lg>0]]>由于受到非强制关系限制，所有维护活动是不能同一时间处于在执行状态的；假设维护活动所需工位也属于一种保障资源，工位所能容纳的工作人员总数是保障资源总数；每种保障资源总量共有mu，保障活动wi所需该种保障资源的数量为xui，则有：Σi=1Mxuiaij≤mu]]>步骤五：确定维护活动编排优化目标函数若取优化目标为所有维护活动总时长最短，且所有活动都尽量靠前编排执行，那么目标函数表示为：minimize max{j·aij}minimizeL=Σi=1MΣj=1Nj·aij]]>步骤六：运用隐枚举法进行模型求解运算，模型求解运算采用计算机实现由建模过程可知，维护活动编排优化所选择的目标函数是线性函数，而约束关系式中既有线性关系又有非线性关系；对于含有非线性关系的0‑1决策模型，采用隐枚举法对这一类型的模型进行求解运算；通过0‑1矩阵形式描述维护活动的执行时段，并用元素关系描述维护活动间的约束，运用隐枚举法直接对矩阵元素关系进行求解，得到保障活动排序的最优方案；当维护活动间约束描述不发生冲突时，矩阵Ψ一定存在满足目标函数的最优解Ψo，但当维护活动之间约束条件不足时，最优解的个数有可能不唯一，这时需结合维护活动执行的实际情况对所得最优解进行筛选，得到最为合理的维护活动排序方案；由于矩阵Ψ的行表示每一项维护活动，且各行中的元素肯定包含1，且1的个数为该项维护活动的时长，则最优解矩阵Ψo的行秩和列秩满足如下条件：r(Ψo)行＝Mr(Ψo)列≤N当维护活动间强制约束足够多时，会出现Ψo为列满秩矩阵的情况，即：r(Ψo)列＝N此时所解得的最优方案Ψo的意义为：矩阵Ψo中包含的所有维护活动均按顺序依次串行执行。