CC BY
125
Создание библиотеки оценки и расчета оптимальных запасов в комплектах ЗИП
Создание библиотеки оценки и расчета оптимальных запасов
в комплектах ЗИП
Новиков П.Г., Егоров А.М., Царенко А.В., Яковлев И.П.,
НИУ Высшая школа экономики, МИЭМ pasha-nadilomn@rambler.ru, amegorov93@yandex.ru, acidapple2010@mail.ru,
dragil@bk.ru
Аннотация
На современном этапе развития техники к радиоэлектронным приборам применяют достаточно высокие требования, в том числе и к комплектам ЗИП (запасные изделия и принадлежности). Поэтому необходимо совершенствовать методы расчета комплекта ЗИП и программное обеспечение для их проектирования. Данная статья содержит описание библиотеки для автоматизированной системы оценки, расчета и проектирования комплектов ЗИП.
1 Введение
Для проведения работ по техническому обслуживанию и ремонту необходимо иметь запасные части и материалы. В некоторых сферах, например ВПК, самолетостроение, атомная энергетика, необходимость в комплектах ЗИП особенно высока. В связи с этим производителям необходимо поставлять вместе с техническими приборами и устройствами комплекты запасных изделий и принадлежностей. Отсутствие комплектов ЗИП в системе с высокой готовностью к действию увеличивает время восстановления системы после поломки примерно в 15-20 раз. В настоящее время стоимость комплектов ЗИП составляет около 20% от общей стоимости технического прибора или устройства, а их содержание может привести к существенному увеличению расходов на эксплуатацию технического устройства. [2]
В связи с этим для повышения характеристик восстанавливаемости технических приборов и устройств и снижении экономических издержек при их проектировании, производстве и эксплуатации необходимо внедрение в практику автоматизированных систем расчета комплектов ЗИП с более совершенными методами их расчета.[5] Для оценки и расчета оптимальных запасов
комплектов ЗИП необходимо создать математическую библиотеку, которая будет содержать в себе все необходимые для этого методы и обеспечивать высокую скорость проведения вычислений.[7]
2 Типы комплектов ЗИП и стратегии пополнения
Существующие методики позволяют проводить расчет определенных типов комплектов ЗИП. Различают 3 типа комплектов ЗИП: одиночный комплект ЗИП, групповой комплект ЗИП и двухуровневая система ЗИП. Одиночный комплект ЗИП это комплект ЗИП, предназначенный для обеспечения эксплуатации одного изделия. Групповой комплект ЗИП обеспечивает эксплуатацию группы изделий.[1] Двухуровневая система ЗИП представляет собой совокупность одного комплекта ЗИП-Г (групповой комплект ЗИП) и нескольких комплектов ЗИП-О (одиночный комплект ЗИП) и предназначенный для обеспечения эксплуатации (ремонта и технического обслуживания) группы однотипных изделий, размещенных на одном объекте (в одном регионе). Подразумевается что комплекты ЗИП-О, ЗИП-Г и ЗИП-Г в двухуровневой системе ЗИП пополняются и неограниченного источника пополнения (НИП).[6]
Рисунок 1 - Типовые структуры использования ЗИП-О и ЗИП-Г
В методиках стандарта ГОСТ РВ 27.3.032005 используются четыре типа стратегий пополнения запасов в комплектах ЗИП:
• Периодическое пополнение (условный индекс а=1)
• Периодическое пополнение с экстренными доставками (а=2)
• Непрерывное пополнение (а=3)
• Пополнение по уровню неснижаемого запаса (а=4)
Для каждой стратегии пополнения разные формулы оценки и расчета оптимальных запасов в комплектах ЗИП. И для каждого типа комплекта ЗИП также свой набор формул.[6]
3 Структура библиотеки
Библиотека реализована в виде класса, в котором реализованы методы оценки запасов и расчета оптимального набора запасных частей для каждого типа комплекта ЗИП. В зависимости от типов вычислений реализованы свои методы для каждого типа вычислений: Оценка запасов ЗИП-О, ЗИП-Г и СЗИП, Прямая оптимизация (заданный показатель достаточности, который требуется оптимизировать при заданных ограничениях по суммарным затратам) ЗИП-О, ЗИП-Г и СЗИП, Обратная оптимизация (задача расчета оптимальных запасов в комплекте ЗИП при заданном ограничении на затраты) ЗИП-О, ЗИП-Г и СЗИП.[4] Каждый метод реализован с ключевым словом static для того чтобы использовать математические методы библиотеки без создания объекта класса. Это позволяет уменьшить расход памяти и тем самым ускорить работу программы, которая использует библиотеку.
Входным параметром библиотечной функции является матрица параметров для расчета, состоящая из 8 столбцов: номер запасной части, количество составных частей i-го типа в изделии, обслуживаемом комплектом ЗИП-О (или в группе из S изделий, обслуживаемых ЗИП-Г), интенсивность замен составных частей i-го типа, затраты на одну запасную часть i-го типа в единицах затрат, 5,6 и 7 столбцы - тип и параметры заданной стратегии пополнения запаса i-го типа в ЗИП, и начальный уровень запаса i-го типа в ЗИП.
Помимо матрицы параметров в библиотечные функции передается показатель до-
статочности и его вид, а также ограничение по затратам (для расчета оптимальных запасов). Вид показателя достаточности представлен в виде булевской переменной, так как существует два показателя достаточности: коэффициент готовности и среднее время задержки в удовлетворении заявок на запасные части. Для расчетов по комплектам ЗИП-Г и СЗИП (системам ЗИП) также приходит количество обслуживаемых образцов однотипных изделий.
4 Поддержка многопоточности
Для более быстрого проведения вычислений библиотека использует многопоточ-ность. Так как ход вычислений подразумевает проведение однотипных вычислений для каждой запасной части в комплекте, то для каждой подобной итерации создается отдельный поток проведения вычислений. Таким образом, сильно ускоряется получения результата, особенно для очень больших комплектов ЗИП. Максимальное количество возможных потоков рассчитывается исходя из возможностей процессора, на котором проводятся вычисления.[3]
Библиотека использует расчеты в типе данных float, который в C# позволяет проводить расчеты до 8 знаков после запятой, что полностью удовлетворяет поставленным требованиям к точности проведения вычислений и результата.
5 Результаты вычислений
Результатом оценки запасов в комплектах ЗИП является вычисленные значения показателей достаточности At (среднее время задержки в удовлетворении заявок на запасные части) и K (коэффициент готовности) и суммарные затраты на запасные части в оцениваемом комплекте ЗИП. Итоговый результат оформлен в виде структуры с перечисленными параметрами.
Результатом прямой или обратной оптимизации комплекта ЗИП является массив количеств запасных частей, контрольный расчетный параметр ПД (показатель достаточности), булевский параметр, указывающий какой параметр ПД был рассчитан, и полученные после оптимизации суммарные затраты на запасные части. Итоговый результат оформлен также в виде структуры из перечисленных выше параметров. В массиве количеств запасных частей номер эле-
Создание библиотеки оценки и расчета оптимальных запасов в комплектах ЗИП
мента массива совпадает с номером запасной части в исходной матрице входных параметров.
6 Схема взаимодействия
Скомпилированная и отлаженная библиотека имеет формат *.dll, который очень удобно использовать для любых проектов на платформе Windows. Полученная библиотека будет интегрирована и использована в программном комплексе по расчету комплектов ЗИП для проведения всех необходимых расчетов. Использование библиотеки подразумевает ее подключение к проекту и использование как класс со статичными методами, то есть нет необходимости создавать объект класса и использовать расчетные методы непосредственно из него. В методы передается все необходимые входные параметры и матрицы, а на выходе получается либо полный расчет параметров комплекта ЗИП, либо результаты расчета его оптимального набора. Общий вид вызова расчетного метода имеет вид:
ZIP.ZIP.Result2 res; res =
ZIP.ZIP.PryamayaZadachaOptimiza ciiZIPG(matr, 30, S, PD); где ZIP - название библиотеки, далее ZIP -название пространства имен библиотеки, и PryamayaZadachaüptimizaciiZIPG название метода.
7 Особенности созданной библиотеки
Библиотека создается на языке C#, который не поддерживает указатели, поэтому основной проблемой является то, что на вход вычислений приходит матрица, каждая строка которой является отдельной запасной частью. В таком случае, если комплект ЗИП имеет очень большое количество запасных частей (особенно это касается системы ЗИП), то объем передаваемых на вход данных является очень большим, что сильно тормозит вычисления. Зато при использовании многопоточности происходит сильный выигрыш в скорости проведения вычислений, что более чем актуально для расчетов оптимальных запасов ЗИП, так как там очень много сложных повторяющихся вычислений.
Создание библиотеки, а не интегрированного математического модуля, суще-
ственно облегчает поддержку кода расчетного модуля. Ведь для того чтобы внести изменения в интегрированный математический модуль необходимо вносить изменения непосредственно в программный код программы, что в целом достаточно трудоемкий процесс и может понести за собой возникновение новых ошибок. А внесение изменений в библиотеку не подразумевает внесение изменений в код программы. Все изменения делаются непосредственно в библиотеке, если не меняется формат обмена данными, после чего программа использует уже обновленную версию, то есть изменения библиотеки не затрагивают код программы.
8 Заключение
Созданная библиотека позволяет проводить оценку и расчеты оптимальных комплектов ЗИП по всем требованиям в скорости и точности проводимых вычислений. Тестирование и отладка библиотеки не выявили ошибок в вычислениях. Библиотека имеет два недостатка: возможно снижение производительности на 5-10% из-за большого объема входных данных и отсутствие кроссплатформенности (созданная библиотека работает только под ОС Windows). Также библиотека выполнена в соответствии с ГОСТ РВ 27.3.03-2005.
В данный момент реализуется возможность расчета двухуровневой системы ЗИП, в состав которой входят разные комплекты ЗИП-О, решается задача двухпараметриче-ской оптимизации комплектов всех типов ЗИП.
9 Список литературы
ГОСТ 2.601-95 Единая система конструкторской документации.
Жаднов В.В., Авдеев Д.К., Тихменев А.Н. Проблемы расчета показателей достаточности и оптимизации запасов в системах ЗИП// Надежность, - 2011. - №3. - с.53 - 60.
Джеффри Рихтер. CLR via C#. Программирование на платформе Microsoft.NET Framework 4.5 на языке C#. - СПБ: изд-во Питер, 2016. -896 с.
Жаднов В.В. Автоматизация проектирования запасов компонентов в комплектах ЗИП. М.: Компоненты и технологии, 2010, №5, с.173-176.
Черкесов Г.Н. Оценка надежности систем с учетом ЗИП. - СПб: изд-во БХВ-Петербург, 2012. - 470 с.
ГОСТ РВ 27.3.03-2005. Надежность военной техники. Оценка и расчет запасов в комплектах ЗИП.
Черкесов Г.Н. О проблеме расчета надежности восстанавливаемых систем при наличии запасных элементов. Часть 1. М.: Надежность, №3, 2010. - С.29-39.
