淺析成本控制的產(chǎn)品分配方法

第第頁淺析成本控制的產(chǎn)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(chǎn)品設計初始階段的一個簡潔安排方法,當產(chǎn)品試制結(jié)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(jù)產(chǎn)品中各單元估計的故障率占產(chǎn)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(shù)據(jù),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(jù)閱歷,根據(jù)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(jù)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(jié)果一般并不是最優(yōu)化結(jié)果。

重要度冗雜度安排法是依據(jù)產(chǎn)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(jié)果量化精確度差的特點。拉格朗日乘數(shù)法是利用拉格朗日乘數(shù)法在單一約束(如本錢)條件下,求組成產(chǎn)品各單元的最正確余度數(shù)。該方法只適用于單一約束,對于多約束的狀況,需不斷轉(zhuǎn)變拉格朗日乘數(shù)的值進行調(diào)整,增加了運算的冗雜性。假如與其他算法相結(jié)合可取得滿足的牢靠度安排結(jié)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(nèi),通過一系列摸索,將安排給各單元的牢靠性,經(jīng)綜合后使產(chǎn)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(shù)法的牢靠性安排方法。

2、基于本錢系數(shù)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(shù)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(chǎn)品重要度系數(shù);μi為專家看法重要度系數(shù);z為本錢目標函數(shù)。以費用最小為目標進行牢靠性安排的目標函數(shù)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(shù)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(xiàn)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(shù)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(jié)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(shù)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(shù)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(chǎn)品設計階段的前期完成,使產(chǎn)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(chǎn)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(shù),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(shù)ωi、技術難度系數(shù)vi和專家評定系數(shù)ui。

Step3系數(shù)歸一化處理:

4、實例驗證。

TCN(TrainCommunicationNetwork)網(wǎng)絡掌握系統(tǒng)包括TCN網(wǎng)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(zhuǎn)換單元、MVB/RS485轉(zhuǎn)換單元、MVB/ETHERNET轉(zhuǎn)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(shù)λ,本錢系數(shù)ci,單元費用C,合同牢靠度R*,系統(tǒng)牢靠度R。則依據(jù)本文提出的方法對系統(tǒng)各單元進行牢靠度安排,安排結(jié)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(shù)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(shù)ωi、技術難度系數(shù)vi和專家評定系數(shù)ui為本項目組成員針對某項目設定的參數(shù)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(jié)果滿意產(chǎn)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(jié)果滿意產(chǎn)品牢靠度為0.97的設計要求。

5、結(jié)束語。

牢靠性安排是產(chǎn)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(jié)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(shù)掌握的牢靠度安排方法,綜合考慮元器件重要度、技術實現(xiàn)難度等指標,建立牢靠度安排模型,并針對TCN網(wǎng)絡掌握系統(tǒng),應用拉格朗日乘數(shù)法對無冗余和有一套冗余