基于基本维修单元的船舶智能机舱设备维修保障资源配置方法与流程

本发明涉及船舶维修保障，尤其涉及一种基于基本维修单元的船舶智能机舱设备维修保障资源配置方法。

背景技术：

1、船舶动力电力系统是保障船舶航行作业、任务执行的核心关键系统，其设备运行的稳定性、高效性与可靠性直接决定船舶整体作业能力与服役寿命。船舶全寿命周期中，维修保障阶段是维持动力电力系统设备健康状态、规避设备故障、延长设备服役周期的核心环节，科学合理的维修保障资源配置模式，是提升船舶设备可用度、保障船舶常态化高效履职的核心基础。维修保障人员、维修工装作为船舶机舱设备维修作业的核心能动资源，其配置的合理性直接影响设备故障修复效率、修理修期长短与整体维修保障效能，对船舶动力机电系统的运维质量起着决定性作用。因此，依据设备实际健康状态，构建精准、高效、全面的维修保障资源运筹配置模型，是当前船舶维修保障领域的核心研究方向。

2、目前，国内船舶设备维修保障体系严格遵循设备维修性、保障性相关国家标准要求，主流资源配置方式主要依托传统统计学分析方法，通过统计船舶历史故障记录、备件消耗数据、维修工时数据等基础信息，核算维修资源的平均消耗率与需求频次，并结合安全库存策略完成维修保障资源的规划配置，同时依托设备平均故障修复时间（mttr）等基础参数核算设备修理修期，基本能够满足常规船舶设备的基础维修保障需求。

3、但现有船舶机舱设备维修保障资源配置技术体系仍存在明显的技术缺陷，难以适配高精度、高可靠性的船舶现代化维修保障需求，具体体现在两大核心问题。

4、一方面，现有船舶修理修期计算方法存在维度单一、计算结果精准度不足的问题。传统修期计算模型仅聚焦备件保障环节，重点考量备件短缺、备件补给滞后带来的保障延误时间，完全忽略了维修作业中核心人力与工装资源的延误影响。在实际船舶维修场景中，维修人员配置不足、专业人员缺位、维修工装缺失或工装调度滞后等问题，均会直接造成设备故障修复作业停滞，大幅延长整体修理修期。现有技术未将维修人员、维修工装的保障延误纳入修期计算体系，导致修期计算结果片面、偏差较大，无法真实反映船舶设备实际维修耗时，难以支撑精准化维修规划。

5、另一方面，现有船舶维修保障资源配置模式存在局限性，设备保障效能优化效果不佳。传统的船舶保障资源配置方法主要考虑安全库存，通过统计学方法对船舶过往的故障记录、备件消耗记录、维修工时数据等进行统计分析，计算资源的平均消耗率和需求频次，未考虑维修保障资源延误造成设备可用度下降的负面影响。由于忽略了资源延误引发的维修效率下降、设备停机时间延长等问题，易出现资源配置冗余或配置不足的情况，无法满足船舶常态化、高强度的作业保障要求。

6、综上，当前船舶机舱设备维修保障资源配置技术在修理修期核算过程中，仅单一考量备件保障延误因素，未纳入维修人员、维修工装的资源保障延误影响，修期计算维度片面、核算结果精准度差，无法真实贴合实际维修作业场景；同时，传统资源配置模式单纯依托历史数据统计及安全库存策略完成资源配置，未结合设备健康状态、修理平均修期以及设备可用度开展资源适配优化，极易出现维修人力、维修工装配置过剩或短缺的问题，造成维修保障资源浪费，整体资源配置科学性、精准性不足，难以满足现代船舶动力电力系统高精度、高适配性的维修保障作业需求。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种基于基本维修单元的船舶智能机舱设备维修保障资源配置方法，能够有效提升船舶机舱设备维修保障资源配置的科学性与精准性，适配现代船舶高精度的维修保障作业需求。

2、本发明方法适用于智能船舶维修保障资源配置、工业设备维修保障资源配置等的保障资源配置场景。

3、为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的。

4、一种基于基本维修单元的船舶智能机舱设备维修保障资源配置方法，包括：

5、步骤1：针对任一类型机舱设备的维修保障任务，每套维修工装至少需要个维修人员配合，则定义该类维修保障任务的基本维修单元为维修工装数量和维修人员数量的编组；

6、步骤2：根据可为基本维修单元配置的维修人员上限、维修工装上限、维修场地限制和每套维修工装对维修人员需求量的约束，确定一个基本维修单元的维修工装数量上限，构建维修工装数量的取值范围；

7、步骤3：利用历史数据确定维修工装数量与平均故障修复时间的映射关系；利用所述映射关系，确定采用套维修工装完成维修保障任务的平均故障修复时间和修复率；确定维修人员和维修工装的平均保障延误时间与修复率、基本维修单元数量的函数关系；

8、步骤4：以基本维修单元数量和维修工装数量组成待优化保障资源配置方案；确定待优化保障资源配置方案的平均故障修复时间、维修人员和维修工装的平均保障延误时间，进而计算修理平均修期；

9、以满足设定修理平均修期压缩率且最大化设备使用可用性为评价指标，确定最优保障资源配置方案；所述修理平均修期压缩率为待优化保障资源配置方案相对基础保障资源配置方案的修理平均修期压缩比例。

10、优选地，步骤2中，所述根据可为基本维修单元配置的维修人员上限、维修工装上限、维修场地限制和每套维修工装对维修人员需求量的约束，确定一个基本维修单元的维修工装数量上限为：

11、将可为基本维修单元配置的维修人员数量上限除以一台维修工装使用时必须的最少维修人员数量，并向下取整，获得第一最大维修工装数量；根据维修场地限制确定第二维修工装数量；在可为基本维修单元配置的维修工装数量上限、第一最大维修工装数量和第二最大维修工装中选择最小值，作为所述维修工装数量上限。

12、优选地，所述步骤2中，根据维修工装数量上限构建的维修工装数量的取值范围为：，为所述基础保障资源配置中的维修工装数量。

13、优选地，步骤3中，所述映射关系分三种情况：

14、情况1：当维修保障任务可拆解成独立的子任务，各项子任务不需要维修人员之间的相互配合，并且具备充足的维修人员与器材备件时，平均故障修复时间与维修工装数量成反比例函数关系：

15、

16、其中，为采用套维修工装数量完成维修保障任务的故障修复时间；为安排1套维修工装进行同类维修保障任务的修复时间；

17、情况2：当维修工装支持1人或多人使用，在初期增加维修人员数量时，修复时间快速缩短，但受限于维修任务空间，当维修人员数量超过最优协作人数后，修复时间缩短幅度逐渐变小，最终趋近于一个最小时间，形成边际递减缩短关系；根据历史数据拟合所述边际递减缩短关系；

18、情况3：当维修任务进行时，船舱修理空间仅容纳一人进行作业或仅有供一人使用的维修工装，则平均故障修复时间为定值，。

19、优选地，步骤4中，保障资源配置方案对应的修理平均修期包括故障诊断时间、维修人员和维修工装的平均保障延误时间、器材备件的平均保障延误时间，以及利用所述映射关系确定的平均故障修复时间。

20、优选地，所述步骤4包括：

21、步骤401：建立机舱设备发生故障、等待维修到维修过程的排队模型，基于排队模型，定义修理平均修期为故障诊断时间、维修人员和维修工装的平均保障延误时间、器材备件的平均保障延误时间，以及平均故障修复时间之和；

22、步骤402：在维修工装数量的取值范围内，从小到大遍历各维修工装数量；利用所述映射关系，确定遍历到的维修工装数量对应的平均故障修复时间；

23、步骤403：基本维修单元数量从0开始取值；根据采用套维修工装数量完成维修保障任务的修复率和当前维修单元数量，利用所述函数关系，计算对应的维修人员和维修工装的平均保障延误时间；

24、步骤404：根据修理平均修期定义，将指定的故障诊断时间、步骤403确定的维修人员和维修工装的平均保障延误时间、指定的器材备件平均保障延误时间，以及步骤402确定的平均故障修复时间相加，获得当前待优化保障资源配置方案对应的修理平均修期；确定基础保障资源配置方案对应的修理平均修期；

25、计算修理平均修期压缩率：

26、

27、步骤405：判断修理平均修期压缩率是否大于或等于设定的修理平均修期压缩率目标；如果是，执行步骤406；否则，令当前维修单元数量递增，更新维修人员和维修工装的平均保障延误时间，重复执行步骤404-405，直到满足所述修理平均修期压缩率目标；

28、步骤406：记录当前维修工装数量和基本维修单元数量，作为最优保障资源配置方案；基于最优保障资源配置方案，计算对应的设备使用可用性；

29、步骤407：在维修工装数量的取值范围内抽取另一维修工装数量，并利用所述映射关系确定对应的平均故障修复时间，然后重新执行步骤403-407；直到处理完取值范围内的所有维修工装数量取值；

30、步骤408：选取最高设备使用可用性对应的最优保障资源配置方案，作为船舶智能机舱设备维修保障资源配置结果。

31、优选地，所述维修人员和维修工装的平均保障延误时间为：

32、

33、其中，为维修人员和维修工装的平均保障延误时间；

34、为排队等待维修的故障机舱设备数量，；为维修基地能够服务的同类别机舱设备总量；为累加变量；为当前待优化保障资源配置方案中的基本维修单元数量；

35、为有效故障率，用于表示已发生故障的机舱设备处于维修或者等待维修状态；；为处于维修与等待维修状态的故障机舱设备数量之和，；为机舱设备的故障率；

36、为台处于维修与等待维修状态的故障机舱设备的概率：当1≤

n≤c时，有：；当c+1≤

n≤

m时，有：；

37、为基本维修单元空闲概率：

38、

39、式中，

μ为利用当前待优化保障资源配置方案中的维修工装数量确定的基本维修单元的修复率；为基本维修单元的维修强度，。

40、优选地，所述故障诊断时间的确定方式为：

41、基础保障资源配置方案对应的修理平均修期中，故障诊断时间采用设定的故障诊断时间；

42、待优化保障资源配置方案对应的修理平均修期中，故障诊断时间采用基于故障诊断准确率修正后的故障诊断时间，。

43、优选地，所述设备使用可用性的计算方式为：

44、

45、其中，为设备使用可用性；为机舱设备健康度；为机舱设备的平均故障间隔时间；为设定的故障诊断准确率；采用基础保障资源配置方案的指定故障诊断时间；采用最优保障资源配置方案对应的平均故障修复时间；采用最优保障资源配置方案对应的维修人员和维修工装的平均保障延误时间；为指定的器材备件平均保障延误时间。

46、有益效果：

47、（1）传统的船舶修理修期计算方法通常只考虑备件的保障延误时间，对维修人员、维修工装这类保障资源延误考虑较少，修期计算片面、误差大。本发明通过构建基于基本维修单元和排队论的船舶修理模型，将维修人员、维修工装的保障延误时间构建为基本维修单元服务的延误，有效增强修理修期计算的全面性。

48、（2）传统的船舶保障资源配置方法主要考虑安全库存，通过统计学方法对船舶过往的故障记录、备件消耗记录、维修工时数据等进行统计分析，计算资源的平均消耗率和需求频次，未考虑维修保障资源延误造成设备可用度下降的影响。本发明通过建立维修人员和维修工装的保障延误时间计算方法，以修理平均修期压缩率为约束门槛、设备使用可用性为择优目标，双层指标联动完成资源寻优。通过遍历不同工装数量、基本维修单元数量组合方案，量化计算各配置下各类资源保障延误时长、修理平均修期，在满足预设修期压缩目标的全部可行方案中筛选设备可用性最高的配置组合，兼顾维修效率提升与设备持续作业能力，实现维修人力、工装资源精细化、定量化配置，有效规避资源浪费或保障缺位问题。

49、（3）本发明定义“人员-工装”编组为基本维修单元，依据场地、人员、工装上限约束限定单单元工装取值区间，针对可拆解并行任务、多人协作边际递减任务、空间受限单人作业任务三类典型维修工况，分别匹配反比例、拟合递减、定值三种mttr映射模型，适配船舶机舱各类动力电力设备差异化维修特性。