浅析成本控制的产品分配方法

第第页浅析成本控制的产品分配方法牢靠性安排是把系统的牢靠性需求安排到每个子系统或部件的过程。这是一个从大到小、从上而下的过程[1-2]。该过程可以使各级设计人员明确其牢靠性设计目标以及组成系统的各子系统或单元之间的关系。牢靠性安排过程与系统组成单元的重要程度、故障率、使用环境、工作模式等因素有关。在安排过程中必需考虑系统以及其各组成单元的牢靠性与其性能、费用以及有效性的关系。目前常用的牢靠性安排方法有:等安排法、比例安排法、评分安排法、重要冗杂度安排法、拉格朗日安排法、动态规划法和直接寻查法等[3-5]。等安排法是在产品设计初始阶段的一个简洁安排方法,当产品试制结束会发觉前期安排的牢靠度与实际牢靠度相差较大。比例安排法是依据产品中各单元估计的故障率占产品估计故障率进行安排,如ARINC(AeronauticalRadioIncorporated,美国航空无线电公司)法,该方法一般需要参考旧系统的故障数据,使新系统简单继承旧系统中的不合理因素,使新系统的牢靠度安排布局不够合理。评分安排法是专家依据阅历,根据系统冗杂程度、环境、技术水公平因素对各单元进行评分,依据相对分值进行牢靠度安排,该方法的优点是动态性好,专家能够把握安排值对整个系统的影响,缺点是主观性强,得到的.安排结果一般并不是最优化结果。

重要度冗杂度安排法是依据产品中各单元的冗杂度及重要度进行安排,一般冗杂的分系统和单元安排较低的牢靠度,重要度高的分系统和单元安排较高的牢靠度,如AGREE(AdvisoryGrouponReliabilityofElectronicEquipment,电子设备牢靠性询问小组)法。该方法和评分安排法一样存在着主观性强,安排结果量化精确度差的特点。拉格朗日乘数法是利用拉格朗日乘数法在单一约束(如本钱)条件下,求组成产品各单元的最正确余度数。该方法只适用于单一约束,对于多约束的状况,需不断转变拉格朗日乘数的值进行调整,增加了运算的冗杂性。假如与其他算法相结合可取得满足的牢靠度安排结果。动态规划法是利用动态规划的最优化原理及状态的无后效性,进行牢靠性安排。该方法可以满意多目标的牢靠度安排过程优化,但该方法计算过程相对较冗杂。直接查寻法是在约束允许的范围内,通过一系列摸索,将安排给各单元的牢靠性,经综合后使产品牢靠性最高。该方法的缺点是为了得到高的牢靠性需要进行多次摸索,增加了牢靠度安排过程的冗杂性[6-9]。鉴于以上缘由,本文提出了一种基于本钱系数法的牢靠性安排方法。

2、基于本钱系数掌握的牢靠性安排方法。

〔1〕以本钱最低为目标的牢靠性安排模型牢靠性安排的数学模型为f(xi,λ,ωi,μi)=minz其中,xi为牢靠性安排值;λ为拉格朗日乘子;ωi为产品重要度系数;μi为专家看法重要度系数;z为本钱目标函数。以费用最小为目标进行牢靠性安排的目标函数为

〔2〕规章制定。

①技术成熟的子系统或单元,牢靠性指标尽可能与原有指标相全都(增加约束使xi=0)。

②对整个系统重要度大的单元(失效对整个系统影响大的单元)安排较高的牢靠度(在单位本钱上增加系数ω′i,使相对本钱值保持较低水平,即ci。

③在技术上简单实现或投入资金较少的单元安排较高的牢靠度(在单位本钱上增加系数v′i,使相对本钱值保持较低水平,即ci=civ′i)。

④足够敬重专家看法,将专家打分系统与安排〔方案〕结合起来,专家给定分值越高的系统,牢靠度提高值越高(在单位本钱上增加系数u′i,使相对本钱值保持较低水平,即ci=ciu′i)。

⑤对于牢靠度安排值造成费用增加值较高的状况,可采纳冗余系统使总体牢靠性满意要求。但由于ω′i,v′i,u′i,ci的值为计算前设定,因此,应用拉格朗日方程进行求解时不作为变量考虑。当系统牢靠度要求较高,一套系统增加各单元牢靠度很难满意要求的状况下,可以采纳系统冗余来提高整个系统的牢靠度水平,对于具有一套冗余的系统,数学模型如下

3、牢靠性安排流程。

牢靠性安排是把系统的牢靠性需求安排到更低一级(每个子系统或部件)的过程,在产品设计阶段的前期完成,使产品设计者或供应商供应满足的牢靠性指标,从而估量系统的牢靠性,获得满足的产品设计。在考虑各种设计方法时,系统的牢靠性保证是系统设计的一项重要因素,由以下约束来确定:f(R1(t),R2(t),…Rn(t))≥R*(t)其中,R*(t)是在时间t的系统牢靠性需求,f是牢靠度函数,Ri(t)(i=1,2,…,n)是各子系统安排的牢靠度。系统牢靠性安排过程如图1所示。

Step1猎取系统牢靠度目标值,各子系统(或部件)牢靠度的初始值。

Step2分析各子系统(或部件)的初始条件,成熟的子系统安排目标值定为0,即xi=0;设定子系统(或部件)重要度系数ωi、技术难度系数vi和专家评定系数ui。

Step3系数归一化处理:

4、实例验证。

TCN(TrainCommunicationNetwork)网络掌握系统包括TCN网关、车辆掌握单元VCU、故障诊断单元DVCU、远程I/O单元、智能显示单元、MVB总线中继器、MVB/CAN转换单元、MVB/RS485转换单元、MVB/ETHERNET转换单元和MVB终端器等。其中各单元的合同牢靠度与系统牢靠度如表1所示。表中,原有牢靠度Ri,牢靠度安排值xi,拉格朗日系数λ,本钱系数ci,单元费用C,合同牢靠度R*,系统牢靠度R。则依据本文提出的方法对系统各单元进行牢靠度安排,安排结果见表1。对于具有一套冗余的系统。表中给出的元器件本钱系数ci为虚拟本钱,并不代表该器件的实际价格;表中设定各元器件重要度系数ωi、技术难度系数vi和专家评定系数ui为本项目组成员针对某项目设定的参数值。在系统无冗余条件下,迭代6次得到拉格朗日乘子为30.13,获得各单元的牢靠度安排结果满意产品牢靠度为0.97的设计要求;在系统一套冗余条件下,迭代5次得到拉格朗日乘子0.73,获得各单元的牢靠度安排结果满意产品牢靠度为0.97的设计要求。

5、结束语。

牢靠性安排是产品牢靠性设计的重要任务之一,针对传统安排方法在对牢靠性安排过程中的主观性强、结果精确度差、安排布局不合理等问题,本文讨论了基于本钱系数掌握的牢靠度安排方法,综合考虑元器件重要度、技术实现难度等指标,建立牢靠度安排模型,并针对TCN网络掌握系统,应用拉格朗日乘数法对无冗余和有一套冗余