一种基于等效检查时间的多人故障定位优化方法和系统

技术领域

本发明属于多人故障定位领域，更具体地，涉及一种基于等效检查时间的多人故障定位优化方法和系统。

背景技术

装备发生故障后，一般要先进行故障定位，然后开展修复工作。所谓“故障定位”是指找到失效的零部件，该失效件是导致发生故障的原因。随着装备/系统的功能越来越强大、性能越来越先进，装备/系统也变得越来越复杂。当复杂装备/系统出现某个故障现象时，其背后可能的故障原因众多，查找故障单元的工作量极为庞大。维修人员是一种重要的维修资源，为了能在规定时间内尽快找到故障件以便开展后续修理工作，需要配置一定数量的维修人员。在人数相同的情况下，使用不同的检查次序，消耗的时间一般也不相同。

当可能的故障原因较多时，其检查次序的排列数量惊人。例如需要检查10个单元时，其全排列方式超过了360万，难以用遍历的方式来有效优化检查次序。当前，如何合理、有效确定检查次序往往依靠的是维修人员的个人经验，亟需一种制定耗时少、维修人员故障定位工作量分配均衡的方案。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于等效检查时间的多人故障定位优化方法和系统，旨在解决如何制定耗时少、维修人员故障定位工作量分配均衡的问题。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种基于等效检查时间的多人故障定位优化方法，该方法包括：

S1.获取各单元状态检查消耗时间和任务时间内发生故障的概率，将状态检查消耗时间和任务时间内发生故障的概率的比值，作为该单元的等效检查时间；

S2.根据各单元的等效检查时间，对各单元升序排列，作为多人故障定位优化后总检查次序。

优选地，该方法包括：

S3.按照总检查次序，采用均衡每人检查工作量的原则，依次把单元划分到人，得到各人的检查顺序。

优选地，步骤S3包括：

S31.初始化检查序号i＝1+m，初始化矩阵dM第1列中各元素dM(i，1)＝itp

S32.初始化人员序号j＝1；

S33.初始化临时数组ct＝dM(j，1：mdn

S34.计算临时数组ct的工作量mt

S341.初始化临时数组ct的下标id＝1，mt

S342.初始化单元编号k＝ct

S343.更新id＝id+1，若id≤cL，进入S342，否则，进入S35；

S35.更新序号j＝1+j，若j≤m，进入S33，否则，进入S36；

S36.在工作量数组mt中找到最小值，其序号记为im，更新mdn

S37.更新i＝1+i，若i≤n，进入S32，n表示复杂设备的单元数量。

优选地，该方法还包括：

S4.计算故障排查完成时间及其概率、每人的平均排查时间；

S5.通过累积每人的平均排查时间，得到多人故障定位的平均排查时间；通过升序故障排查完成时间，得到故障排查耗时的概率分布。

优选地，步骤S4包括：

S41.初始化检查序号i＝0，人员序号j＝1；

S42.初始化人员j的故障定位平均时间tm

S43.计算人员j的故障定位平均时间tm

S431.初始化tm

S432.更新i＝i+1，单元编号k＝ct

S433.更新id＝id+1，若id≤mdn

S44.更新序号j＝1+j，若j≤m，进入S42，否则，进入S5。

优选地，步骤S5包括：

S51.计算该方案的平均故障定位时间

S52.把数组td中的元素按照从小到大进行排序，排序结果保存在tx中，该排序结果对应的元素序号记录在im中；

S53.根据im计算完成概率数组px，数组td中元素数量记为nd，初始化i＝1，包括：

S531.初始化单元编号k＝im

S532.更新i＝i+1，若i≤nd，则进入S531，否则，输出优化后方案的相关变量。

优选地，所述单元的类型相同或者不同，所述类型包括：电子单元、机械单元或者机电单元。

为实现上述目的，第二方面，本发明提供了一种基于等效检查时间的多人故障定位优化系统，包括：处理器和存储器；所述存储器，用于存储计算机执行指令；所述处理器，用于执行所述计算机执行指令，使得第一方面所述的方法被执行。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

本发明公开了一种基于等效检查时间的多人故障定位优化方法和系统，提出将状态检查消耗时间和任务时间内发生故障的概率的比值，作为该单元的等效检查时间，并根据各单元的等效检查时间，对各单元升序排列，作为多人故障定位优化后总检查次序，可快速有效地制定故障定位方案，准确估计故障定位耗时的概率分布，减小平均故障定位时间，均衡维修人员的工作量，最大发挥维修人员的工作效率。

附图说明

图1为本发明提供的一种基于等效检查时间的多人故障定位优化方法流程图。

图2为本发明实施例提供的仿真法和本发明方法得到的tx和px结果。

图3为本发明实施例提供的1000个随机方案的平均故障定位时间情况。

图4为本发明实施例提供的这些随机方案的人员工作差异情况。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1为本发明提供的一种基于等效检查时间的多人故障定位优化方法流程图。如图1所示，该方法包括：

步骤S1.获取各单元状态检查消耗时间和任务时间内发生故障的概率，将状态检查消耗时间和任务时间内发生故障的概率的比值，作为该单元的等效检查时间。

优选地，所述单元的类型相同或者不同，所述类型包括：电子单元、机械单元或者机电单元。

步骤S2.根据各单元的等效检查时间，对各单元升序排列，作为多人故障定位优化后总检查次序。

优选地，该方法包括：S3.按照总检查次序，采用均衡每人检查工作量的原则，依次把单元划分到人，得到各人的检查顺序。

优选地，步骤S3包括：

S31.初始化矩阵dM第1列中各元素dM(i，1)＝itp

S32.初始化人员序号j＝1；

S33.初始化临时数组ct＝dM(j，1：mdn

S34.计算临时数组ct的工作量mt

S341.初始化id＝1，mt

S342.初始化k＝ct

S343.更新id＝id+1，若id≤cL，进入S342，否则，进入S35；

S35.更新序号j＝1+j，若j≤m，进入S33，否则，进入S36；

S36.在工作量数组mt中找到最小值，其序号记为im，更新mdn

S37.更新i＝1+i，若i≤n，进入S32，n表示复杂设备的单元数量。

优选地，该方法还包括：步骤S4.计算故障排查完成时间及其概率、每人的平均排查时间。

优选地，步骤S4包括：

S41.初始化检查序号i＝0，人员序号j＝1；

S42.初始化人员j的故障定位平均时间tm

S43.计算人员j的故障定位平均时间tm

S431.初始化tm

S432.更新i＝i+1，单元编号k＝ct

S433.更新id＝id+1，若id≤mdn

S44.更新序号j＝1+j，若j≤m，进入S42，否则，进入S5。

步骤S5.通过累积每人的平均排查时间，得到多人故障定位的平均排查时间；通过升序故障排查完成时间，得到故障排查耗时的概率分布。

优选地，步骤S5包括：

S51.计算该方案的平均故障定位时间

S52.把数组td中的元素按照从小到大进行排序，排序结果保存在tx中，该排序结果对应的元素序号记录在im中；

S53.根据im计算完成概率数组px，数组td中元素数量记为nd，初始化i＝1，包括：

S531.初始化k＝im

S532.更新i＝i+1，若i≤nd，则进入S531，否则，输出优化后方案的相关变量。

本发明提供了一种基于等效检查时间的多人故障定位优化系统，包括：处理器和存储器；所述存储器，用于存储计算机执行指令；所述处理器，用于执行所述计算机执行指令，使得上述方法被执行。

实施例

本实施例约定：(1)某装备由多个电子类单元组成，为便于描述，以时间来描述各单元的寿命。(2)在任意时刻，至多有1个单元发生故障。当某单元发生故障时会影响装备的正常工作，装备会出现某些故障现象，此时需要进行开展修理工作。(3)在进行故障确认时，对这些单元进行状态检查的次序是独立不相关的，即：不存在“必须先检查单元A、然后再检查单元B”这类对检查次序有特定要求的情况。(4)已知各单元的寿命分布规律、对每个单元进行(正常与否的)状态检查所消耗的时间、即将执行任务的时间。(5)每个维修人员都具备检查所有单元的能力，但每人一次只能检查一个单元。(6)所有维修人员同时开始检查；维修人员在完成某个单元检查后若其状态正常则在其负责检查的范围内，按照检查次序继续检查下一个单元；当某人员检查出故障单元时停止检查，后续转入对故障件的修理阶段。

本实施例的相关变量约定如下：维修人员数量记为m；单元数量记为n；单元i的寿命服从指数分布Exp(u

已知某部件由20个电子类单元组成，任务时间为100小时，有3名维修人员，相关信息如表1。采用上述方法，优化制定故障定位方案，并计算该方案的故障定位效果，估计在60min内找到故障件的概率。

表1

1)遍历计算等效检查时间数组tp，结果见表2。

1.1)令单元编号i＝1；

1.2)计算

当k＝i时，

1.3)令i＝i+1，若i≤n，执行1.2)，否则，执行3)。

2)确定序号数组ipt，结果见表2。

对数组tp中的元素按照从小到大的原则进行排序，排序结果对应的元素序号保存到数组itp中。数组itp中保存的是单元编号。例如ip＝[12.6 6.3 3.4]，完成从小到大的排序后，itp＝[3 2 1]。

表2

3)为各修理人员分配检查单元。数组mdn＝8、6、6，各人检查的单元编号和次序结果保存在方案矩阵dM中，dM结果见表3。

3.1)初始化矩阵dM第1列中各元素dM(i，1)＝itp

记录每名维修人员负责的单元数量数组mdn中各元素初值都为1。

令检查序号i＝1+m。

3.2)令序号j＝1。

3.3)令临时数组ct＝dM(j，1：mdn

3.4)计算临时数组ct的工作量mt

3.4.1)令id＝1，mt

3.4.2)令k＝ct

3.4.3)令id＝id+1，若id≤cL，则执行3.4.2)，否则执行3.5)。

3.5)令序号j＝1+j，若j≤m，执行3.3)，否则执行3.6)。

3.6)在数组mt中找到最小值，其序号记为im，令mdn

3.7)令i＝1+i，若i≤n，执行3.2)，否则，执行4)。

表3

4)计算各维修人员的工作状态。各人员的平均故障耗时tm分别为：21.9min、25.6min、23.0min，工作量mt分别为：209min、230min、225min。td、pd见表4。

4.1)令序号i＝0，序号j＝1。

4.2)令人员j的故障定位平均时间tm

4.3)计算人员j的故障定位平均时间tm

4.3.1)初始化tm

4.3.2)令i＝i+1，单元编号k＝ct

4.3.3)令id＝id+1，若id≤mdn

4.4)令序号j＝1+j，若j≤m，执行4.2)，否则，执行5)。

5)计算方案的故障定位效果。该方案的平均故障定位时间Tx＝70.5min。tx和px重新排序后的见表4。

5.1)令该方案的平均故障定位时间

5.2)把数组td中的元素按照从小到大进行排序，排序结果保存在tx中，该排序结果对应的元素序号记录在im中。例如td＝[25 12 30]，则tx＝[12 25 30]，im＝[2 1 3]。

5.3)根据im计算完成概率数组px。数组td中元素数量记为nd，令i＝1。

5.3.1)令k＝im

5.3.2)令i＝i+1，若i≤nd，执行5.3.1)，否则执行6)。

表4

6)输出优化后方案的相关变量dM、mt、tx、px、Tx。

矩阵dM中的第j行向量中从1到mdn

由dM可知优化后的方案为：维修人员1负责检查8个单元，依次检查单元15、单元8、单元13、单元7、单元20、单元10、单元19和单元12，工作量为209min；维修人员2负责检查6个单元，依次检查单元6、单元4、单元9、单元18、单元17和单元1，工作量为230min；维修人员3负责检查6个单元，依次检查单元11、单元3、单元14、单元16、单元2和单元5，工作量为225min。维修人员工作量差异值为21min。该方案的平均故障定位时间为70.5min。由tx和px可知该方案在指定时间内找到故障件的概率。由于在tx中接近60min的时间是56和64，px中对应的概率为0.571和0.668，因此在60min内找到故障件的概率在0.571～0.668之间，大概为0.6。

可建立仿真模型验证上述方法的正确性，仿真模型简述如下：

(1)产生n个随机数simT

(2)在所有simT

(3)若simT

在大量多次模拟后，可统计得到平均故障定位时间。

图2为本发明实施例提供的仿真法和本发明方法得到的tx和px结果。如图2所示，上述优化方案的平均故障定位时间仿真结果为72.0min，与本方法的结果极为一致。

在上述算例中，随机产生大量方案，采用仿真模拟这些方案的故障定位耗时。图3为本发明实施例提供的1000个随机方案的平均故障定位时间情况。如图3所示，最小耗时为84.1min，最大耗时为353.6min，耗时均值172.4min，耗时根方差44.7。图4为本发明实施例提供的这些随机方案的人员工作差异情况(以人员最大工作量与最小工作量的差值来描述)，如图4所示，其平均工作量差异值为42.1min，这表明本发明方法方案在分配人员检查工作量时其均衡性明显好于这些随机方案。大量仿真结果表明：本发明方法的优化效果显著，可快速有效地制定故障定位方案，准确估计故障定位耗时的概率分布，减小平均故障定位时间，均衡维修人员的工作量，最大发挥维修人员的工作效率。本发明可快速实现局部最优，即便单元数量n、人员数量m都很大也能快速给出优化结果，以分钟计。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。