淺析成本控制的產品分配方法

第第頁淺析成本控制的產品分配方法牢靠性安排是把系統(tǒng)的牢靠性需求安排到每個子系統(tǒng)或部件的過程。這是一個從大到小、從上而下的過程[1-2]。該過程可以使各級設計人員明確其牢靠性設計目標以及組成系統(tǒng)的各子系統(tǒng)或單元之間的關系。牢靠性安排過程與系統(tǒng)組成單元的重要程度、故障率、使用環(huán)境、工作模式等因素有關。在安排過程中必需考慮系統(tǒng)以及其各組成單元的牢靠性與其性能、費用以及有效性的關系。目前常用的牢靠性安排方法有:等安排法、比例安排法、評分安排法、重要冗雜度安排法、拉格朗日安排法、動態(tài)規(guī)劃法和直接尋查法等[3-5]。等安排法是在產品設計初始階段的一個簡潔安排方法,當產品試制結束會發(fā)覺前期安排的牢靠度與實際牢靠度相差較大。比例安排法是依據產品中各單元估計的故障率占產品估計故障率進行安排,如ARINC(AeronauticalRadioIncorporated,美國航空無線電公司)法,該方法一般需要參考舊系統(tǒng)的故障數據,使新系統(tǒng)簡單繼承舊系統(tǒng)中的不合理因素,使新系統(tǒng)的牢靠度安排布局不夠合理。評分安排法是專家依據閱歷,根據系統(tǒng)冗雜程度、環(huán)境、技術水公平因素對各單元進行評分,依據相對分值進行牢靠度安排,該方法的優(yōu)點是動態(tài)性好,專家能夠把握安排值對整個系統(tǒng)的影響,缺點是主觀性強,得到的.安排結果一般并不是最優(yōu)化結果。

重要度冗雜度安排法是依據產品中各單元的冗雜度及重要度進行安排,一般冗雜的分系統(tǒng)和單元安排較低的牢靠度,重要度高的分系統(tǒng)和單元安排較高的牢靠度,如AGREE(AdvisoryGrouponReliabilityofElectronicEquipment,電子設備牢靠性詢問小組)法。該方法和評分安排法一樣存在著主觀性強,安排結果量化精確度差的特點。拉格朗日乘數法是利用拉格朗日乘數法在單一約束(如本錢)條件下,求組成產品各單元的最正確余度數。該方法只適用于單一約束,對于多約束的狀況,需不斷轉變拉格朗日乘數的值進行調整,增加了運算的冗雜性。假如與其他算法相結合可取得滿足的牢靠度安排結果。動態(tài)規(guī)劃法是利用動態(tài)規(guī)劃的最優(yōu)化原理及狀態(tài)的無后效性,進行牢靠性安排。該方法可以滿意多目標的牢靠度安排過程優(yōu)化,但該方法計算過程相對較冗雜。直接查尋法是在約束允許的范圍內,通過一系列摸索,將安排給各單元的牢靠性,經綜合后使產品牢靠性最高。該方法的缺點是為了得到高的牢靠性需要進行多次摸索,增加了牢靠度安排過程的冗雜性[6-9]。鑒于以上緣由,本文提出了一種基于本錢系數法的牢靠性安排方法。

2、基于本錢系數掌握的牢靠性安排方法。

〔1〕以本錢最低為目標的牢靠性安排模型牢靠性安排的數學模型為f(xi,λ,ωi,μi)=minz其中,xi為牢靠性安排值;λ為拉格朗日乘子;ωi為產品重要度系數;μi為專家看法重要度系數;z為本錢目標函數。以費用最小為目標進行牢靠性安排的目標函數為

〔2〕規(guī)章制定。

①技術成熟的子系統(tǒng)或單元,牢靠性指標盡可能與原有指標相全都(增加約束使xi=0)。

②對整個系統(tǒng)重要度大的單元(失效對整個系統(tǒng)影響大的單元)安排較高的牢靠度(在單位本錢上增加系數ω′i,使相對本錢值保持較低水平,即ci。

③在技術上簡單實現或投入資金較少的單元安排較高的牢靠度(在單位本錢上增加系數v′i,使相對本錢值保持較低水平,即ci=civ′i)。

④足夠敬重專家看法,將專家打分系統(tǒng)與安排〔方案〕結合起來,專家給定分值越高的系統(tǒng),牢靠度提高值越高(在單位本錢上增加系數u′i,使相對本錢值保持較低水平,即ci=ciu′i)。

⑤對于牢靠度安排值造成費用增加值較高的狀況,可采納冗余系統(tǒng)使總體牢靠性滿意要求。但由于ω′i,v′i,u′i,ci的值為計算前設定,因此,應用拉格朗日方程進行求解時不作為變量考慮。當系統(tǒng)牢靠度要求較高,一套系統(tǒng)增加各單元牢靠度很難滿意要求的狀況下,可以采納系統(tǒng)冗余來提高整個系統(tǒng)的牢靠度水平,對于具有一套冗余的系統(tǒng),數學模型如下

3、牢靠性安排流程。

牢靠性安排是把系統(tǒng)的牢靠性需求安排到更低一級(每個子系統(tǒng)或部件)的過程,在產品設計階段的前期完成,使產品設計者或供應商供應滿足的牢靠性指標,從而估量系統(tǒng)的牢靠性,獲得滿足的產品設計。在考慮各種設計方法時,系統(tǒng)的牢靠性保證是系統(tǒng)設計的一項重要因素,由以下約束來確定:f(R1(t),R2(t),…Rn(t))≥R*(t)其中,R*(t)是在時間t的系統(tǒng)牢靠性需求,f是牢靠度函數,Ri(t)(i=1,2,…,n)是各子系統(tǒng)安排的牢靠度。系統(tǒng)牢靠性安排過程如圖1所示。

Step1獵取系統(tǒng)牢靠度目標值,各子系統(tǒng)(或部件)牢靠度的初始值。

Step2分析各子系統(tǒng)(或部件)的初始條件,成熟的子系統(tǒng)安排目標值定為0,即xi=0;設定子系統(tǒng)(或部件)重要度系數ωi、技術難度系數vi和專家評定系數ui。

Step3系數歸一化處理:

4、實例驗證。

TCN(TrainCommunicationNetwork)網絡掌握系統(tǒng)包括TCN網關、車輛掌握單元VCU、故障診斷單元DVCU、遠程I/O單元、智能顯示單元、MVB總線中繼器、MVB/CAN轉換單元、MVB/RS485轉換單元、MVB/ETHERNET轉換單元和MVB終端器等。其中各單元的合同牢靠度與系統(tǒng)牢靠度如表1所示。表中,原有牢靠度Ri,牢靠度安排值xi,拉格朗日系數λ,本錢系數ci,單元費用C,合同牢靠度R*,系統(tǒng)牢靠度R。則依據本文提出的方法對系統(tǒng)各單元進行牢靠度安排,安排結果見表1。對于具有一套冗余的系統(tǒng)。表中給出的元器件本錢系數ci為虛擬本錢,并不代表該器件的實際價格;表中設定各元器件重要度系數ωi、技術難度系數vi和專家評定系數ui為本項目組成員針對某項目設定的參數值。在系統(tǒng)無冗余條件下,迭代6次得到拉格朗日乘子為30.13,獲得各單元的牢靠度安排結果滿意產品牢靠度為0.97的設計要求;在系統(tǒng)一套冗余條件下,迭代5次得到拉格朗日乘子0.73,獲得各單元的牢靠度安排結果滿意產品牢靠度為0.97的設計要求。

5、結束語。

牢靠性安排是產品牢靠性設計的重要任務之一,針對傳統(tǒng)安排方法在對牢靠性安排過程中的主觀性強、結果精確度差、安排布局不合理等問題,本文討論了基于本錢系數掌握的牢靠度安排方法,綜合考慮元器件重要度、技術實現難度等指標,建立牢靠度安排模型,并針對TCN網絡掌握系統(tǒng),應用拉格朗日乘數法對無冗余和有一套冗余