CN110751343A - 一种备件组合优选方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种备件组合优选方法及装置，该方法包括：获取生产装置中每种部件对应的基础数据；计算分析周期内生产装置整体可靠性和生产装置保障总成本；依据每种部件的在用数量获取多个备件组合，计算每个备件组合对应的生产装置整体可靠性和生产装置保障总成本；查找出生产装置整体可靠性大于等于预设值的所有备件组合，并从查找到的所有备件组合中选择出保障总成本最低的备件组合作为优选备件组合。该方法实现提高生产装置的运行可靠性。

Description

一种备件组合优选方法及装置
技术领域
本发明涉及生产装置技术领域，特别是涉及一种备件组合优选方法及装置。
背景技术
目前，流程工业的生产工艺复杂，对生产装置运行可靠性要求很高。一旦出现可靠性事故，需要长时间的停工作业，企业在停产的同时还要付出巨额的成本。现有的各类发明技术，大多侧重在使用各种手段和方法提升生产装置中各类设备自身的可靠性，如在线监测、预防性维修等，但仍然难以完全杜绝突发的生产装置故障，仍然需要通过采购或者分享的方式储备订货周期长、高价值的备件，以缩短非计划停车时间，减少非计划停车损失。采购或分享的各类备件数量，是企业关注的重点问题，直接关系到生产装置运营的可靠性，如果各类备件的组合数量不合理，会导致保障成本过高却达不到理想的可靠性水平。
企业一般都会通过配置备件提高生产装置的运行可靠性，但往往缺乏配置备件数量的依据，导致使用高额的保障成本却没有达到最优的可靠性提升效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种备件组合优选方法及装置，以实现提高生产装置的运行可靠性。
为解决上述技术问题，本发明提供一种备件组合优选方法，包括：
获取生产装置中每种部件对应的基础数据；所述基础数据包括分析周期，部件的在用数量，部件的备件数量，部件的单台可靠性水平、备件采购单价、备件持有成本；
计算分析周期内生产装置整体可靠性和生产装置保障总成本；
依据每种部件的在用数量获取多个备件组合，计算每个备件组合对应的生产装置整体可靠性和生产装置保障总成本；
查找出生产装置整体可靠性大于等于预设值的所有备件组合，并从查找到的所有备件组合中选择出保障总成本最低的备件组合作为优选备件组合。
优选的，所述计算分析周期内生产装置整体可靠性和生产装置保障总成本，包括：
计算分析周期内每类部件的可靠性和保障成本；
依据每类部件的可靠性计算生产装置整体可靠性；
依据每类部件的保障成本计算生产装置保障总成本。
优选的，所述预设值的范围为0～100％。
优选的，所述方法还包括：
计算优选备件组合与原备件组合的可靠性差异和成本差异。
本发明还提供一种备件组合优选装置，用于实现上述方法，包括：
获取模块，用于获取生产装置中每种部件对应的基础数据；所述基础数据包括分析周期，部件的在用数量，部件的备件数量，部件的单台可靠性水平、备件采购单价、备件持有成本；
第一计算模块，用于计算分析周期内生产装置整体可靠性和生产装置保障总成本；
第二计算模块，用于依据每种部件的在用数量获取多个备件组合，计算每个备件组合对应的生产装置整体可靠性和生产装置保障总成本；
查找模块，用于查找出生产装置整体可靠性大于等于预设值的所有备件组合，并从查找到的所有备件组合中选择出保障总成本最低的备件组合作为优选备件组合。
优选的，所述第一计算模块包括：
第一计算单元，用于计算分析周期内每类部件的可靠性和保障成本；
第二计算单元，用于依据每类部件的可靠性计算生产装置整体可靠性；
第三计算单元，用于依据每类部件的保障成本计算生产装置保障总成本。
优选的，所述预设值的范围为0～100％。
优选的，所述装置还包括：
第三计算模块，用于计算优选备件组合与原备件组合的可靠性差异和成本差异。
本发明所提供的一种备件组合优选方法及装置，获取生产装置中每种部件对应的基础数据；所述基础数据包括分析周期，部件的在用数量，部件的备件数量，部件的单台可靠性水平、备件采购单价、备件持有成本；计算分析周期内生产装置整体可靠性和生产装置保障总成本；依据每种部件的在用数量获取多个备件组合，计算每个备件组合对应的生产装置整体可靠性和生产装置保障总成本；查找出生产装置整体可靠性大于等于预设值的所有备件组合，并从查找到的所有备件组合中选择出保障总成本最低的备件组合作为优选备件组合。可见，直接得出满足生产装置可靠性目标即预设值的最优备件数量组合，通过优化备件组合，帮助企业经济高效提升生产装置的运行可靠性，即实现获取优选备件组合，提高生产装置的运行可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的一种备件组合优选方法的流程图；
图2为本发明所提供的一种备件组合优选装置的结构示意图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种备件组合优选方法及装置，以实现提高生产装置的运行可靠性。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考图1，图1为本发明所提供的一种备件组合优选方法的流程图，该方法包括以下步骤：
S11：获取生产装置中每种部件对应的基础数据；
其中，基础数据包括分析周期T，部件的在用数量n，部件的备件数量k，部件的单台可靠性水平Pi、备件采购单价Mi、备件持有成本Ci；本文中i表示部件种类，可选的，i为自然数，大于等于1。
S12：计算分析周期内生产装置整体可靠性和生产装置保障总成本；
S13：依据每种部件的在用数量获取多个备件组合，计算每个备件组合对应的生产装置整体可靠性和生产装置保障总成本；
S14：查找出生产装置整体可靠性大于等于预设值的所有备件组合，并从查找到的所有备件组合中选择出保障总成本最低的备件组合作为优选备件组合。
可见，本方法直接得出满足生产装置可靠性目标即预设值的最优备件数量组合，通过优化备件组合，帮助企业经济高效提升生产装置的运行可靠性，即实现获取优选备件组合，提高生产装置的运行可靠性。
基于上述方法，进一步的，步骤S12具体包括以下步骤：
S21：计算分析周期内每类部件的可靠性和保障成本；
其中，每类部件的可靠性
Figure BDA0002253024210000041
每类部件的保障成本ZI＝n*(Mi+Ci)；
S22：依据每类部件的可靠性计算生产装置整体可靠性；
其中，生产装置整体可靠性PT＝∏PI；
S23：依据每类部件的保障成本计算生产装置保障总成本；
其中，生产装置整体的保障成本即保障总成本ZT＝∑ZI。
详细的，预设值的范围为0～100％。查找出生产装置整体可靠性大于等于预设值即为设定生产装置可靠性控制目标，选择出保障总成本最低即为设定保障成本约束。设定上述分析周期内生产装置可靠性控制目标与保障成本约束的过程即为以大于等于某个数值作为可靠性控制目标的范围，以小于等于某个数值作为保障成本约束。
步骤S13和步骤S14整个过程使用遍历的方法，测算满足可靠性控制目标的每类部件对应的最优备件数量组合及对应的可靠性与保障成本，具体的，逐个计算各类部件的不同备件数量对应的生产装置整体的可靠性和保障成本，并保留满足可靠性控制目标和保障成本约束的最优备件组合。
进一步的，步骤S14中，从查找到的所有备件组合中选择出保障总成本最低的备件组合作为优选备件组合之后，还包括：计算优选备件组合与原备件组合的可靠性差异和成本差异。
其中，可靠性差异＝最优备件数量组合的可靠性-原备件数量组合的可靠性；成本差异＝最优备件数量组合的保障成本-原备件数量组合的保障成本。
本方法能够帮助企业自动计算目前生产装置中各类部件的可靠性水平及保障成本，自动给出满足可靠性要求的最优备件组合，通过调整备件组合数量，显著、经济提升生产装置的可靠性。
例如，企业X的生产装置包括A、B、C、D、E五类部件，目前的备件组合对应的可靠性水平较低，希望通过优化备件组合提升生产装置运营可靠性。具体步骤如下：
(1)收集生产装置中各类部件的基础数据,包括分析周期：2019年1月1日-2019年12月31日；在用各类部件数量、单台在用部件可靠性水平、备件数量、备件单价、备件持有成本如表1所示，表1为部件种类与基础数据对照表。
表1
Figure BDA0002253024210000061
(2)测算上述分析周期内每类部件及生产装置整体的可靠性与保障成本；
PA(A类部件的可靠性)＝C0 2*95％2*(1-95％)0+C1 2*95％1*(1-95％)1＝90.25％+9.5％＝99.7500％；
PB(B类部件的可靠性)＝C0 3*90％3*(1-90％)0+C1 3*90％2*(1-90％)1＝72.9％+24,3％＝97.2000％；
PC(C类部件的可靠性)＝C0 3*95％3*(1-95％)0+C1 3*95％2*(1-95％)1＝85.7375％+13,5375％＝99.2750％；
PD(D类部件的可靠性)＝C0 2*90％2*(1-90％)0+C1 2*90％1*(1-90％)0＝81％+18％＝99.0000％；
PE(E类部件的可靠性)＝C0 3*85％3*(1-85％)0+C1 3*85％2*(1-85％)1＝61.4125％+32.5125％＝93.9250％；
PT(生产装置整体可靠性)＝PA(A类部件的可靠性)*PB(B类部件的可靠性)*PC(C类部件的可靠性)*PD(D类部件的可靠性)*PE(E类部件的可靠性)＝99.7500％*97.2000％*99.2750％*99.0000％*93.9250％＝89.5026％。
A类部件的保障成本＝Na*(Ma+Ca)＝1*(300+45)＝345万；
B类部件的保障成本＝Nb*(Mb+Cb)＝1*(200+30)＝230万；
C类部件的保障成本＝Nc*(Mc+Cc)＝1*(250+37.5)＝287.5万；
D类部件的保障成本＝Nd*(Md+Cd)＝1*(230+34.5)＝264.5万；
E类部件的保障成本＝Ne*(Me+Ce)＝1*(150+22.5)＝172.5万；
生产装置保障总成本＝A类部件的保障成本+B类部件的保障成本+C类部件的保障成本+D类部件的保障成本+E类部件的保障成本＝345+230+287.5+264.5+172.5＝1299.5(万)。得到表2，表2为部件种类对应的可靠性和保障总成本的计算结果表。
表2
类别 可靠性 保障总成本(万)
A类部件 99.7500％ 345
B类部件 97.2000％ 230
C类部件 99.2750％ 287.5
D类部件 99.0000％ 264.5
E类部件 93.9250％ 172.5
整体 89.5026％ 1299.5
(3)设定上述分析周期内生产装置可靠性控制目标与保障成本约束；
企业X希望将生产装置整体的可靠性由目前的89.5026％提升到95％以上，同时增加的保障成本最低。
(4)使用遍历的方法，测算每类部件的不同备件数量对应的可靠性和保障成本。不同备件组合对应的可靠性和保障成本算法同上。满足可靠性要求的组合各类如表3，表3为满足可靠性要求的备件组合对应的保障总成本和整体可靠性的计算结果表。
表3
Figure BDA0002253024210000081
Figure BDA0002253024210000091
经过分析，可靠性超过95％，同时保障成本最低的备件组合如表4所示，表4为最优备件组合结果表。
表4
在用数量 最优备件数量 可靠性 保障成本(万)
A类部件 2 1 99.7500％ 345
B类部件 3 1 97.2000％ 230
C类部件 3 1 99.2750％ 287.5
D类部件 2 1 99.0000％ 264.5
E类部件 3 3 100.0000％ 517.5
整体 95.2915％ 1644.5
(5)最优备件数量组合与原备件数量组合的可靠性差异如下：
通过调整备件组合，多储备2个E类部件的备件，增加最少的保障成本345万(1644.5-1299.5)，可以将生产装置整体的可靠性提高5.79％(95.2915％-89.5026％)。
请参考图2，图2为本发明所提供的一种备件组合优选装置的结构示意图，该装置用于实现上述方法，该装置包括：
获取模块101，用于获取生产装置中每种部件对应的基础数据；基础数据包括分析周期，部件的在用数量，部件的备件数量，部件的单台可靠性水平、备件采购单价、备件持有成本；
第一计算模块102，用于计算分析周期内生产装置整体可靠性和生产装置保障总成本；
第二计算模块103，用于依据每种部件的在用数量获取多个备件组合，计算每个备件组合对应的生产装置整体可靠性和生产装置保障总成本；
查找模块104，用于查找出生产装置整体可靠性大于等于预设值的所有备件组合，并从查找到的所有备件组合中选择出保障总成本最低的备件组合作为优选备件组合。
可见，本装置直接得出满足生产装置可靠性目标即预设值的最优备件数量组合，通过优化备件组合，帮助企业经济高效提升生产装置的运行可靠性，即实现获取优选备件组合，提高生产装置的运行可靠性。
基于上述装置，进一步的，第一计算模块包括：
第一计算单元，用于计算分析周期内每类部件的可靠性和保障成本；
第二计算单元，用于依据每类部件的可靠性计算生产装置整体可靠性；
第三计算单元，用于依据每类部件的保障成本计算生产装置保障总成本。
具体的，预设值的范围为0～100％。
进一步的，所述装置还包括：第三计算模块，用于计算优选备件组合与原备件组合的可靠性差异和成本差异。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
以上对本发明所提供的一种备件组合优选方法及装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种备件组合优选方法，其特征在于，包括：
获取生产装置中每种部件对应的基础数据；所述基础数据包括分析周期，部件的在用数量，部件的备件数量，部件的单台可靠性水平、备件采购单价、备件持有成本；
计算分析周期内生产装置整体可靠性和生产装置保障总成本；
依据每种部件的在用数量获取多个备件组合，计算每个备件组合对应的生产装置整体可靠性和生产装置保障总成本；
查找出生产装置整体可靠性大于等于预设值的所有备件组合，并从查找到的所有备件组合中选择出保障总成本最低的备件组合作为优选备件组合。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算分析周期内生产装置整体可靠性和生产装置保障总成本，包括：
计算分析周期内每类部件的可靠性和保障成本；
依据每类部件的可靠性计算生产装置整体可靠性；
依据每类部件的保障成本计算生产装置保障总成本。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设值的范围为0～100％。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
计算优选备件组合与原备件组合的可靠性差异和成本差异。
5.一种备件组合优选装置，其特征在于，用于实现如权利要求1至4中任意一项所述的方法，包括：
获取模块，用于获取生产装置中每种部件对应的基础数据；所述基础数据包括分析周期，部件的在用数量，部件的备件数量，部件的单台可靠性水平、备件采购单价、备件持有成本；
第一计算模块，用于计算分析周期内生产装置整体可靠性和生产装置保障总成本；
第二计算模块，用于依据每种部件的在用数量获取多个备件组合，计算每个备件组合对应的生产装置整体可靠性和生产装置保障总成本；
查找模块，用于查找出生产装置整体可靠性大于等于预设值的所有备件组合，并从查找到的所有备件组合中选择出保障总成本最低的备件组合作为优选备件组合。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第一计算模块包括：
第一计算单元，用于计算分析周期内每类部件的可靠性和保障成本；
第二计算单元，用于依据每类部件的可靠性计算生产装置整体可靠性；
第三计算单元，用于依据每类部件的保障成本计算生产装置保障总成本。
7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述预设值的范围为0～100％。
8.如权利要求5所述的装置，其特征在于，还包括：
第三计算模块，用于计算优选备件组合与原备件组合的可靠性差异和成本差异。
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