凌讯消防装备管理系统（3）
上次讲完了消防装备管理系统的框架设计，这次小编给大家讲一下消防装备管理系统软件中消防装备储备量预测模型的构建。
1、消防装备储备量预测模型的构建概述
库存是指仓库内存储的物资，是为了满足在未来需要而暂时储备的资源。消防装备库存是指暂时存储在消防仓库内的消防物资，目的是为了给灭火救援行动提供装备保障，避免在灭火救援紧急行动中装备缺失的问题。消防装备的库存储备数量的多少直接影响着灭火救援行动中消防救援装备的保障效果。装备储备量少会难以为灭火救援行动提供保障；装备储备量过多虽然为救援行动提供足够的保障，但会出现消防资源的浪费，增加装备管理的工作量。因此谋求装备保障效果与装备储备量的平衡是消防装备建设工作的重要部分。目前，消防部队每年都会购入大批量装备作为库存储备装备。然而当前对于消防装备的储备量的多少依赖于管理员的经验，并且为了为灭火救援紧急行动提供足够的装备保障，对于装备储备量的确定遵循需求最大化的原则。因此致使装备的储备量过多，产生了极大的消防资源的浪费，为消防装备管理工作增加了巨大的工作量。
基于上述分析，为解决装备保障效果与装备储备量平衡的问题，本文深入分析了国内外装备备件预测方法，提出一种基于装备保障度的消防装备储备量预测模型，为装备的储备问题提供解决方案。装备消防装备的保障度是指能在任意的随机时刻能够获取到该类消防装备的概率％。对于装备的保障度评估可描述为：在装备总的使用时间己知、装备可修复的修复比己知、装备同时使用的数量、装备寿命服从确定函数分布以及该类装备的备件数量己知的情况下，可确定出装备的保障度１％。由此可知，在装备保障度己知的情况下，可逆过来推出基于当前保障度下需要的装备备件数量。因此，本文根据消防装备的消耗规律确定了消防装备的寿命分布，并依据消防装备的寿命分布对装备进行分类，依据不同分类装备的寿命分布情况给出不同的装备储备量预测模型，并结合消防装备的特性和管理方式给出备件储备量的具体计算流程。通过该模型能够极大地提升装备配备量的准确度，减少消防装备的开支，减轻消防装备的管理工作，为救援行动的实施提供可靠的装备物资基础。
２、消防装备分类原则与分类流程
2.1消防装备分类原则
通过对消防装备寿命数据进行详细的统计分析，本文发现当前消防装备的使用寿命长度分布主要服从三种分布函数，包括指数分布函数、正态分布函数和威布尔分布函数。因此依据装备寿命所服从的分布函数，将装备分为指数分布件、正态分布件和威布尔分布件等三种类型。通过对消防装备寿命分布数据的分析并结合三种分布的特点以及相关研究方向的成果，给出了三种分布在消防装备的适用范围，以及所属类型的消防装备。
（１）指数分布适用范围：指数分布用于描述泊松分布中事件发生的时间概率分布，对于服从指数分布的事件，其在任何时间发生事件的概率大小是相同的。因此可以理解为故障发生率相同的装备、在损耗故障之前正常使用的复杂部件或由随机高应力导致故障的装备或部件以及在特定使用期内出现故障且该装备为损耗型装备等都可以看作寿命分布服从指数分布多数的电子器件的寿命服从指数分布。对于消防装备来讲，装备中包含电子管、变压器、晶体管、电阻器等元件并且不会因为机械零件的疲劳、磨损、腐蚀、蠕变等损伤过程而引起的故障的装备其寿命都服从指数分布，如消防灭火药剂、漏电检测仪。
（２）正态分布适用范围：正态分布也称为＂常态分布＂，具有极其广泛的实际背景，生产与科学实验中很多随机变量的概率分布都可以近似地用正态分布来描述，是研究物件由磨损、疲劳、腐蚀、蠕变等损伤事件做失效分布，对于给定寿命下装备疲劳强度的分布同样也用正态分布进行描述。对于消防装备而言，具有磨损、疲劳等特征的消防装备其寿命的分布服从正态分布。服从正态分布的装备其故障发生时间多集中在某一段时间内。消防装备寿命服从正态分布的主要有变压器、消防照明灯、弹体结构的装备、变压器、破拆器材、堵漏器材等。
（３）威布尔分布适用范围：是可靠性分析及寿命检验的理论基础，适用于机电类产品的磨损累计失效的分布形式，它可以利用概率值很容易地推断出自身分布参数，被广泛应用于各种寿命试验的数据处理和寿命分布模型Ｍ。威布尔分布可分一参数、二参数、三参数威布尔分布，对低应力水平的材料及零件的寿命试验多用三参数威布尔分布。消防装备寿命服从威布尔分布的主要有滚动轴承、发电机、液压泵、液压剪切钳、液压扩张器、生化洗消装置、空气填充泵、脉冲水枪、材料疲劳等。
2.2 消防装备分类流程
寿命分布类型模型其实一个对应的分布函数模型，因此确定消防装备的寿命分布模型既是确定该装备数据是否服从对应的函数分布模型。对于检验数据是否服从何种函数分布的方法通常有图示法、计算法等两种直接的方法，而图示法中针对分布的不同有不同的验证图形，如针对正态分布有Ｐ－Ｐ图和Ｑ－Ｑ图等，图形主要区分在于横纵坐标的数据不同。本文因数据量多，为方便起见采用通用的直方图作为图示法的检验图形，通过图形走势来确定装备的寿命分布模型。
为了确定消防装备使用寿命情况，明确消防装备寿命分布具体服从何种分布函数，需要对消防装备长期的历史数据做整理和分析，之后确定消防装备所服从的分布函数。确定消防装备寿命分布所服从的分布函数流程主要可以概括为以３个基本步骤：
步骤一：装备寿命数据的收集和整理；
步骤二：装备数据初步分析；
步骤三：装备寿命模型的确定；
本文按照上述步骤对某消防支队内装备历史数据进行寿命分布模型分析，完成了对消防装备服从寿命的确定和相关数据的计算。
（１）装备寿命数据的收集和整理。本文的数据来源是某支队下所有消防单位中所包含的消防装备的记录数据。本文对该支队所包含的装备记录数据中自２０１１年到２０１７年所有的数据进行汇总整理，将汇总到的数据依据装备分类的第五层级分类进行分类整理；对分类的装备数据按照装备状态为退役７报废和非退役／非报废两类进行分类整理。对退役报废类型数据统计该装备所使用寿命时长。由于现有消防装备管理系统对于消防装备没有明确的记录何时处于使用状态，何时处于未使用状态，因此为精确地计算出装备的真正所使用的时间，系统通过分析提出了计算方案。当前该支队下平均每天有５起灭火救援行动，每起事件平均救援行动时间为２小时，并且晚上出警的次数占每天出警次数的３／５，此外对于普通出库的装备视为执勤状态。因此对于所有装备统计其出库状态卞所处时间，对该时间数据乘以５／１２即可作为此装备的使用时长，对夜间使用装备在此基础上再乘以３／５，以此作为装备的真正使用寿命长度。
（２）装备数据初步分析。在收集、整理好消防装备的装备寿命数据之后，将同一分类的装备数据依据装备的使用寿命的时长进行统计。即将所有同类型的装备数据按照相同的起点计算其退役或报废的时间的长度以小时为单位进行统计。对整理好的数据，记录在ＥＸＣＥＬ表中，表中每条数据存储的格式按照：装备分类、装备名称、装备寿命长度（单位为小时）进行记录。将统计好的数据，按照固定区间长度进行分组，统计每组内数据出现的频数，依赖ＥＸＣＥＬ表将当前频数数据转化为图形格式，主要是柱状图或折线图。依据图形可大体得知装备寿命所服从的分布类型。
（３）装备寿命模型的确定。依据装备寿命长度频数分布图，在大体确定其所服从的分布函数后，依赖ＥＸＣＥＬ表格中对当前数据插入函数公式的功能，对装备频数数据做频数概率计算，例如对于正态分布来讲，可通过ＮＯＲＭＤＩＳＴ函数对当前数据进行计算并返回正态分布函数值。之后在频数分布图上插入当前概２１率的分布图，若两者走势相同，即可确定当前装备寿命分布服从何种分布函数，若差别较大，则利用其他分布函数公式对频数做概率计算，做出分布图，最终确定装备分布函数。如图３－１所示是消防照明灯组装备的ＥＸＣＥＬ统计表和生成的直方图，对将近５００条灯组使用时间进行区间划分并统计频数以及分布概率，通过图形可确定此装备寿命分布服从正态分布。同时可计算出装备寿命数据的期望值和方差值，精准的给出当前装备寿命分布函数公式。如图所示，装备使用寿命分布服从期望为１７７３．８２、方差为３７．６５的正态分布。
3.3装备储备量预测模型构建
在确定消防装备寿命分布所服从的分布函数后，通过分析，本文给出装备储备量预测的计算模型。依赖装备储备量计算模型，可准确计算出为达到指定保障度所需的消防装备储备量。
模型中的保障度概率数是一个期望值，指消防部队对某类装备期望达到的保
障度。保障度的具体数值需要结合消防部队实际的灭火救援行动需求以及以往灭火救援行动的历史数据进行统计与分析指定。
3.3.1服从指数分布的装备储备量计算模型
对于寿命服从指数分布的消防装备，可依据是否是消耗型或能否修复类型装
备进行划分，划分为消耗型（不可修复型）和非消耗型（可修复型）两类。
（１）消耗型（不可修复型）装备的储备量计算模型。上文中提到对于消防
部队的仓库视作冷储备系统，即在仓库中储备期间的装备的故障发生率为零。则对于消防装备寿命服从指数分布的消耗型或不可修复型的装备物资，其装备备件的储备数量可按照如下公式作为计算模型：
式（１）中各参数所表达的含义如下：＇（ｗ）消防装备储备装备的保障度，即能在任意的随机时刻能够获取该类消防装备的概率；２表示消防装备的失效率即装备在使用时出现的故障率；Ｎ为所需计算的类型装备同时使用的数量；ｎ表示对于当前类型的消防装备其期望的储备数量；ｔ为该类型装备的使用时间。在给定装备备件的保障度Rp(N）、使用时间ｔ、装备的故障率Ａ和装备使用数量即可算出当前条件下的装备储备量ｎ。
当Nλt＞５时，寿命服从指数分布的装备的储备数量可以近似的用正态分布
计算，这时备件需求量的计算式简化为：
式中Up为正态分布分位数，其值的大小需要查询正态分布的统计分布数值表。
（２）可修复型（非消耗型）装备的储备量计算模型。对于寿命服从指数分
布的可修复型装备，单件装备的工作时的故障率为λ；故障可修复但修复率为u；装备的持续工作时间为ｔ；装备备件保障度为Rp(N)，此时依靠上述不可修复的计算模型己不可靠。对于此种情况来讲，假设其具有ｎ个备件装备，装备在出现故障后及时维修，修复后作为备件使用；并且故障装备只能逐个进行修复，同样的对于备件装备的故障率视为零。那么可能有ｎ＋１中情况出现，计在每种情况停留的时间为Ti(i∈（0，n）)，则７；表示ｎ个备件装备正常运行停留的时间；；表示有一个装备在维修，其余ｎ－１个备件装备正常运行停留的时间；以此类推；
首次出现装备备件不足的情况的平均时间为：
本章首先描述了当前消防管理工作中消防装备储备量预测工作的问题和现状，只有描述了当前解决该类问题的主要方法，即依赖装备寿命分布的分布函数。
之后阐述了如何确定消防装备寿命分布函数流程，并基于该分布给出了消防装备在基于一定保障度的条件下储备量的计算模型，阐述了确定计算模型中相关参数的确定方法。最后演示了某几种消防装备储备量的预测实例。