掛壁式空調系統維修性評估方法與流程

2023-05-02 18:07:11 2

本發明涉及空調系統評估技術，適用於在掛壁式空調設計和使用過程中對其維修性水平進行分析評估，特別涉及掛壁式空調系統維修性評估方法。
背景技術：
：空調整機系統的維修性模型可應用於空調產品的論證、設計、製造和使用等多個環節，而掛壁式空調是應用最為廣泛的一類空調產品。維修性指標是反映空調質量的核心指標，客觀準確的評估空調的維修性水平已成為企業的一項基礎性技術工作，也受到消費者的廣泛關注。目前，國內外關於空調維修性的評估主要有兩種方式：一是採用基於零件或元器件功能關係服從串聯模型假設的傳統方法，由於串聯模型與空調系統實際功能關係存在較大誤差，使得該方法估計精度較差；二是使用售後服務獲得的現場故障維修數據，應用各種統計理論或方法進行估計，這種方式既需要維修數據的長期積累，也因其沒能反映空調系統的維修性與其零件或元器件、單元之間的函數關係，而無法應用於產品設計階段維修性的預測與分配。技術實現要素：本發明的目的在於提供一種維修性評估方法，在對掛壁式空調整機系統的物理結構關係和功能進行分析的基礎上，運用馬爾科夫鏈理論導出空調整機系統的維修性分析計算模型和評估方法，使得在空調產品的設計、製造和使用過程中，能夠適時、方便且有效地對空調系統的維修性水平進行分析估計。本發明的目的採取以下技術方案來實現。掛壁式空調系統維修性評估方法，其特徵在於，其步驟如下：1)分析空調系統工作原理，建立系統的維修物理模型：1.1分析空調系統的功能結構關係，建立其由控制部件、製冷制熱部件、風路部件、框架部件和開關單元構成的功能結構框圖；1.2根據空調系統普遍採用的維修方式，建立其由維修工、開關單元、支路單元i和支路單元ii構成的維修物理模型；2)分析開關單元對空調系統的影響模式，確定空調系統可能所處的所有狀態：2.1分析確定開關單元的兩種影響模式：第一種影響模式是，在開關單元出現故障時，空調系統並不立刻故障，而當需要切換工作支路時，由於開關單元無法完成轉換任務導致空調系統故障；第二種影響模式是，開關單元故障則立即導致空調系統故障；2.2對於開關單元的第一種影響模式，可分析得出空調系統在t時刻可能處於九種狀態；2.3對於開關單元的第二種影響模式，可分析得出空調系統在t時刻可能處於五種狀態。3)分別確定開關單元不同影響模式下，空調系統從一個狀態轉移到任一其它狀態的轉移概率：3.1對開關單元的第一種影響模式，空調系統在t時刻可能處於的九種狀態，確定其從一種狀態轉移到其它八種狀態中任一狀態的轉移概率；3.2對開關單元的第二種影響模式，空調系統在t時刻可能處於的五種狀態，確定其從一種狀態轉移到其它四種狀態中任一狀態的轉移概率；4)建立空調系統的維修性數學模型：4.1明確空調系統的相關要求；4.2確定構成空調系統各部件的零件或元器件的故障率λij和平均修復時間mttrij，其中j為構成部件i的零件或元器件個數，其中：i＝1、2、3、4、k；4.3計算空調系統開關單元的故障率：和支路單元i的故障率：以及支路單元ii的故障率：4.4計算空調系統開關單元的修復率：和支路單元i的修復率：以及支路單元ii的修復率：4.5計算開關單元第一種影響模式下的空調系統的平均無故障工作時間：和平均維修時間：式中：d為空調系統工作在第一支路的時間與空調系統總工作時間之比，1-d為空調系統工作在第二支路的時間與空調系統總工作時間之比；4.6計算開關單元第二種影響模式下的空調系統的平均無故障工作時間：和平均維修時間：5)建立評估程序：5.1確定構成空調系統各部件的零件或元器件故障率λij、平均修復時間mttrij和系統運行參數d；5.2由步驟4)中的(1)、(2)和(3)式分別計算開關單元、支路單元i及支路單元ii的故障率λk、λi、λii；5.3由步驟4)中的公式(4)、(5)和(6)，分別計算開關單元、支路單元i及支路單元ii的修復率αk、αi、αii；5.4由步驟4)中的公式(7)、(8)，分別計算空調系統的在開關單元第一種影響模式下的平均無故障工作時間mtbfs、平均維修時間mttrs；5.5由步驟4)中的公式(9)、(10)，分別計算空調系統的在開關單元第二種影響模式下的平均無故障工作時間mtbf′s、平均維修時間mttr′s。進一步，所述相關要求，包括：1)一旦構成空調系統的某一零件或元器件故障，修理工立即對其維修，若此時另一零件或元器件也出現故障，則必須等待維修；2)若支路單元ⅰ和支路單元ⅱ，或一個支路單元和開關單元同時處於故障或維修狀態，則在所有單元修好後，空調系統才重新工作；3)空調系統的所有零件或元器件的維修相互獨立，修理時間均服從指數分布；4)空調系統的所有零件或元器件的故障服從指數分布，各故障模式相互獨立，製冷和制熱部件僅在工作狀態發生故障；5)空調系統初始工作時處於正常狀態；6)空調系統在第一支路與第二支路之間的切換時間忽略不計。本發明的掛壁式空調系統維修性評估方法，建立了零件或元器件、單元與系統維修性指標之間的函數關係，使得在空調系統的設計開發過程中開展維修性的預計與分配成為可能，也可應用於預測空調系統安裝使用後的維修性水平，為制定科學的售後維修策略提供依據。附圖說明圖1是本發明中掛壁式空調系統的功能結構框圖；圖2是本發明中掛壁式空調系統的維修物理模型；圖3是本發明中mtbfs、mtbf′s和mtbf″s隨參數d的變化規律；圖4是本發明中mttrs、mttr′s和mttr″s隨參數d的變化規律。具體實施方式以下結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。參見圖1至圖4。掛壁式空調系統維修性評估方法的具體實施步驟如下：步驟1、分析空調系統工作原理，建立系統的維修物理模型：通過對空調系統功能結構關係的分析，建立其由控制部件1、製冷制熱部件2、風路部件3、框架部件4和開關單元k共五個部件模塊構成的功能結構框圖，如圖1所示。根據目前空調系統普遍採用的維修方式，建立其由一個維修工、一個開關單元k、支路單元i和支路單元ii構成的維修物理模型，如圖2所示。步驟2、分析開關單元k對空調系統的影響模式，確定系統可能所處的所有狀態：通過分析，可確定開關單元k存在兩種影響模式：第一種影響模式是，開關單元k故障時，空調系統並不立刻故障，當需要切換工作支路時，由於開關單元k無法完成切換任務導致空調系統故障的情況；第二種影響模式，開關單元k故障則立即導致空調系統故障；對於開關單元k的第一種影響模式，可分析得出空調系統在t時刻可能處於的所有九種狀態，如下表1所示：表1故障開關單元切換時導致故障的空調系統在t時刻所處狀態狀態序號支路單元i支路單元ii開關單元k空調系統3正常工作冷貯備故障正常工作2冷貯備正常工作故障正常工作1正常工作冷貯備正常工作正常工作0冷貯備正常工作正常工作正常工作-1修理冷貯備正常工作故障-2冷貯備修理正常工作故障-3冷貯備修理等待修理故障-4修理冷貯備等待修理故障-5任意狀態任意狀態修理故障對於開關單元k的第二種影響模式，可分析得出空調系統在t時刻可能處於的所有五種狀態，如下表2所示：表2開關單元故障立即導致故障的空調系統在t時刻所處狀態狀態序號支路單元i支路單元ii開關單元k空調系統1正常工作冷貯備正常工作正常工作0冷貯備正常工作正常工作正常工作-1修理冷貯備正常工作故障-2冷貯備在修理正常工作故障-3任意狀態任意狀態修理故障步驟3、分別確定開關單元k不同影響模式下，空調系統從一個狀態轉移到任一其它狀態的轉移概率：對開關單元k的第一種影響模式，空調系統在t時刻可能處於的九種狀態，可確定在t時刻後的δt時間內，系統從某一狀態i轉移到其它八種狀態中任一狀態j的狀態轉移概率pij(δt)：p3,-5(δt)＝d(1-λiiδt)+o(δt)，p3,-3(δt)＝λiiδt+o(δt)，p3,3(δt)＝(1-d)(1-λiiδt)+o(δt)，p3,j(δt)＝o(δt)(j＝2,1,0，-1，-2，-4)；p2,-5(δt)＝(1-d)(1-λiiδt)+o(δt)，p2,-4(δt)＝λiδt+o(δt)，p2,2(δt)＝d(1-λiδt)+o(δt)，p2,j(δt)＝o(δt)(j＝3,1,0，-1，-2，-3)；p1,-1(δt)＝λiiδt+o(δt)，p1,0(δt)＝d(1-λiiδt-λkδt)+o(δt)，p1,1(δt)＝(1-d)(1-λiiδt-λkδt)+o(δt)，p1,3(δt)＝λkδt+o(δt)，p1,j(δt)＝o(δt)(j＝2，-2，-3，-4，-5)；p0,-2(δt)＝λiδt+o(δt)，p0,0(δt)＝d(1-λiδt-λkδt)+o(δt)，p0,1(δt)＝(1-d)(1-λiδt-λkδt)+o(δt)，p0,2(δt)＝λkδt+o(δt)，p0,j(δt)＝o(δt)(j＝3，-1，-3，-4，-5)；p-1,-1(δt)＝1-αiiδt+o(δt)，p-1,0(δt)＝dαiiδt+o(δt)，p-1,1(δt)＝(1-d)αiiδt+o(δt)，p-1,j(δt)＝o(δt)(j＝3，2，-2，-3，-4，-5)；p-2,-2(δt)＝1-αiδt+o(δt)，p-2,0(δt)＝dαiδt+o(δt)，p-2,1(δt)＝(1-d)αiδt+o(δt)，p-2,j(δt)＝o(δt)(j＝3，2，-1，-3，-4，-5)；p-3,-5(δt)＝αiiδt+o(δt)，p-3,-3(δt)＝1-αiiδt+o(δt)，p-3,j(δt)＝o(δt)(j＝3，2，1，0，-1，-2，-4)；p-4,-5(δt)＝αiδt+o(δt)，p-4,-4(δt)＝1-αiδt+o(δt)，p-4,j(δt)＝o(δt)(j＝3，2，1，0，-1，-2，-3)；p-5,-5(δt)＝1-αkδt+o(δt)，p-5,0(δt)＝dαkδt+o(δt)，p-5,1(δt)＝(1-d)αkδt+o(δt),p-5,j(δt)＝o(δt)(j＝3，2，-1，-2，-3，-4)。式中：d為空調系統工作在第一支路的時間與空調系統總工作時間之比，1-d為空調系統工作在第二支路的時間與空調系統總工作時間之比；λk、λi、λii、αk、αi、αii分別為開關單元k、支路單元i和支路單元ii的故障率：和修復率：式中：m＝k時，i＝k；m＝i時，i≠k；m＝ii時，i≠2,k；λij、mttrij分別為各部件i(i＝1、2、3、4、k)的零件或元器件j的故障率和平均修復時間。同上，對於開關單元k的第二種影響模式，空調系統在t時刻可能處於的五種狀態，可確定在t時刻後的δt時間內，系統從某一狀態i轉移到其它四種狀態中任一狀態j的狀態轉移概率p′ij(δt)。步驟4、建立所述空調系統的維修性數學模型：為便於對空調系統的維修性進行分析，明確空調系統的特點如下：①一旦構成系統的某一零件或元器件故障，修理工立即對其維修，若此時另一零件或元器件也出現故障，則必須等待維修；②若兩個支路單元，或一個支路單元和開關單元k同時處於故障或維修狀態，則在所有單元修好後，空調系統才重新工作；③空調系統的所有零件或元器件的維修相互獨立，修理時間均服從指數分布；④空調系統的所有零件或元器件的故障模式相互獨立，故障均服從指數分布，製冷制熱部件僅在工作狀態發生故障；⑤空調系統初始工作時處於正常狀態；⑥空調系統在第一支路與第二支路之間的切換時間忽略不計。根據馬爾科夫鏈的相關理論，可得系統的轉移率矩陣：式中：令pj(t)＝p{n(t)＝j}；表示t時刻系統處於狀態j的概率。解方程組：可得：式中：從而求得系統的穩態可用度：而系統穩態故障率為：將(3)式相關參數代入上式可得：從而求得系統的平均無故障工作時間：和平均維修時間：同上，可求得開關單元k的第二種影響模式下的所述空調系統的平均無故障工作時間：和平均維修時間：步驟5、建立評估程序：5.1確定構成空調系統各部件的零件或元器件故障率λij、平均修復時間mttrij和系統運行參數d；5.2由(1)式分別計算開關單元k、支路單元i和支路單元ii的故障率λk、λi、λii；5.3由(2)式分別計算開關單元k、支路單元i和支路單元ii的修復率αk、αi、αii；5.4將λk、λi、λii和αk、αi、αii代入分別代入(4)、(5)式，求得空調系統在開關單元k的第一種影響模式下的平均無故障工作時間mtbfs和和平均維修時間mttrs；5.5將λk、λi、λii和αk、αi、αii代入分別代入(6)、(7)式，求得空調系統在開關單元k的第二種影響模式下的平均無故障工作時間mtbf′s和平均維修時間mttr′s。實施例：將前述空調系統維修性模型和實施程序應用於某型號掛壁式空調維修性的預測，元器件或零部件的故障率和平均維修時間數據見下表1。表1空調系統的零件或元器件故障率和平均維修時間數據(時間單位：工作日)系統構成部件零件或元器件λijmttrij開關單元k控制器6.26667×10-63控制部件1電源信號線1.86239×10-61變壓器1.04556×10-71遙控器3.03206×10-61環境感溫頭3.39800×10-71管溫感溫頭1.88850×10-61顯示板5.16233×10-73接收器1.56833×10-71製冷和制熱鄯件2冷凝器9.47500×10-73蒸發器7.12278×10-73壓縮機啟動電容3.92078×10-71壓縮機2.96672×10-63單向閥1.30694×10-83主毛細管4.24750×10-71溫控器2.61383×10-81電加熱管2.48317×10-73過濾器7.18833×10-83連接管路3.16278×10-61二通截止閥2.02572×10-73三通截止閥3.59406×10-73電磁閥線圈3.92078×10-83四通換向閥1.22850×10-63風路部件3貫流風葉3.09739×10-63塑封電機2.74456×10-73導風機構3.79011×10-73步進電機5.88111×10-73風機啟動電容9.80167×10-81軸流風葉4.31283×10-73鐵殼電機4.63961×10-73框架部件4內機框架3.16272×10-63將表1數據代入公式(1)、(2)，可分別求出兩支路循環調配系統各單元的故障率和修復率，如表2所示。表2兩支路循環調配系統的各單元數據再將表2數據代入(4)至(7)式，可分別求得開關單元k的第一種影響模式即開關單元k故障而系統並不立即故障的系統平均無故障工作時間和平均維修時間：和開關單元k的第二種影響模式即開關單元k故障則系統立即故障的系統平均無故障工作時間和平均維修時間：而傳統的維修性估計方法是將構成系統各單元的元器件或零件的維修均視為一個獨立的維修項目，整個系統的平均維修時間為：將表1數據代入上式，可求得：mttr″s＝2.18589(工作日)(10)當系統與單元、單元與各元器件或零件的功能關係服從串聯模型時，系統的故障率為：系統的平均無故障工作時間：根據《掛壁式空調系統的可靠度預測與分配模型及其應用研究》文獻[1]的研究結論，可以推出空調整機系統的故障率為：λ″s＝(2.62560+1.07952×d)×10-5；代入(11)式，可確定空調系統的平均無故障工作時間：根據(8)、(9)、(10)和(12)式，圖3給出了mtbfs、mtbf′s和mtbf″s隨參數d的變化規律，圖4給出了mttrs、mttr′s和mttr″s隨參數d的變化規律；表3則進一步給出了d的部分取值時，mtbfs、mttrs、mtbf′s、mttr′s、mtbf″s和mttr″s的估計結果。表3不同d值時的空調系統平均無故障工作時間和平均維修時間由圖3、圖4和表3中的數據可知，隨著運行比d值的增加，不同情況下的空調系統平均無故障工作時間均隨之約有減小，反映製冷制熱部件隨著工作時間的增加而出現故障並進而導致系統故障的可能性增加。對於開關單元k的第二種影響模式，即開關故障立即導致系統故障這一開關影響模式，其本質上是構成系統各單元、零部件或元器件的功能關係服從串聯模型，基於馬爾科夫鏈理論計算所得的系統平均無故障工作和平均維修時間與基於串聯模型假設的傳統估計方法所得結果具有極好的一致性，平均無故障工作時間兩條曲線基本吻合，平均維修時間兩條曲線的差異也極小，在相同運行比d值下，各項指標的最大相對誤差均小於3％，這也證明了本發明所給出方法及模型的正確性。相較於開關單元k的第二種影響模式，故障開關單元k僅在進行功能切換時才導致系統故障的影響模式即第一種影響模式，這種開關影響模式更貼近工程實際，對於相同的運行比d值，系統具有更高的平均無故障工作時間，平均無故障工作時間延長超過42％。本發明首先通過對空調系統工作原理的分析，建立系統的維修物理模型，分析開關單元對系統的影響模式，確定系統可能所處的所有狀態；其次，在開關單元的不同影響模式下，確定系統從一個狀態轉移到任一其它狀態的轉移概率，進而應用馬爾科夫鏈理論建立系統維修性的數學模型；最後，得出預測評估系統的平均無故障工作時間和平均維修時間的公式，以此為基礎建立評估程序。本發明建立了掛壁式空調系統的零件或元器件、單元與系統維修性指標之間的函數關係，使得在空調系統的設計開發過程中開展維修性的預計與分配成為可能，也可用於預測空調系統安裝使用後的維修性，為制定科學的售後維修策略提供決策依據。參考文獻：[1]劉衛東、劉洋、張芳、王懷中、李捷.掛壁式空調系統的可靠度預測與分配模型及其應用研究[j].工業工程與管理.2016，21(1)：143-149。當前第1頁12