裝備備件供應(yīng)保障研究

羅 衛(wèi) 宋翰林

（中國人民解放軍91663 部隊，山東 青島 266071）

0 前言

備件供應(yīng)保障是確定裝備使用與維修所需備件的品種和數(shù)量，并解決它們的籌措、分配、供應(yīng)、儲運、調(diào)撥以及裝備停產(chǎn)后的備件供應(yīng)等問題的管理與技術(shù)活動。其目標是使裝備使用與維修中所需備件能得到及時和充分的供應(yīng)，并使備件的庫存費用降至最低。為此，備件供應(yīng)保障主要解決兩個方面的問題：一是，確定裝備備件的需求量，主要是確定保障時效期內(nèi)備件的品種和需求量，備件的需求量與裝備上工作部件的可靠性和使用時間有密切的關(guān)系；二是，確定裝備備件的庫存量，庫存量的大小取決于對庫存量的合理控制[1]。上述兩個方面的問題由于受諸多不確定因素的影響，因此要準確、合理地確定備件的需求量和庫存量實際上是極其復(fù)雜的工作。

1 備件的分類

（1）按供應(yīng)的時間可分為：

安裝備件：保障設(shè)備/系統(tǒng)安裝所需的備件，包括在安裝、試驗和評價維修設(shè)備/系統(tǒng)所需的常用和散裝件（如連接件、電纜）以及零部件。

初始備件：在裝備部署初期（1～2 年），用于保持和恢復(fù)裝備設(shè)計性能所必需的不可修復(fù)件和部分可修復(fù)件。不可修復(fù)件包括消耗性備件和部分易損壞備件。 可修復(fù)件主要提供修理周轉(zhuǎn)的更換件。 初始備件是從承制方那里采購 （或者是承制方制造或者是承制方從轉(zhuǎn)承制方、供應(yīng)方得到）的。

后續(xù)備件：在裝備穩(wěn)定使用階段，為保持和恢復(fù)裝備的設(shè)計性能所必需的可修復(fù)件和不可修復(fù)件。 該類備件是承制方向使用方推薦的訂貨備件，作為已消耗掉的初始備件的補充件，由使用方選擇訂貨。

（2）按壽命分布分為：

指數(shù)壽命件：其故障率為常數(shù)；

正態(tài)壽命件：其故障率依賴時間；

威布爾壽命件。

（3）按結(jié)構(gòu)屬性分為：

電子件備件：其壽命分布一般按指數(shù)分布處理；

機械件備件：其壽命分布一般可按正態(tài)分布處理，屬限壽件，按壽命長短又可進一步劃分為全壽件 （整個服役期內(nèi)除執(zhí)行規(guī)定的保養(yǎng)外，不需翻修）、單壽件（對應(yīng)一個浴盆盆底長度即翻修時限）、短壽件（基層級預(yù)防維修件，也叫易損件備件）；

其它件備件：如橡塑件、木材等，一般不假定壽命分布，其壽命按經(jīng)驗數(shù)據(jù)給出，也歸入限壽件。

（4）按可恢復(fù)性分為：

可修復(fù)件備件：可以通過修復(fù)性維修恢復(fù)其全部規(guī)定功能的件的備件；

不修復(fù)件備件：不能通過修復(fù)性維修恢復(fù)其全部規(guī)定功能或不值得修復(fù)的件的備件，又稱為一次性備件。

（5）按備件存放時的狀態(tài)分為：

待修備件：不能使用的可修復(fù)備件；

準備發(fā)放備件： 具有使用功能和滿足操作規(guī)范的可以發(fā)放的備件，該備件可以是新的、修復(fù)的或大修好的。

（6）按維修級別分為基層級備件、中繼級備件和基地級備件。

（7）從購置費用角度分為昂貴件和一般件。

（8）從對系統(tǒng)功能影響角度分為關(guān)鍵件和一般件。

（9）從標準化角度分為標準件和非標準件。

（10）按供貨源分為通用件（市售件）、專用件（制造廠產(chǎn)品）。

2 備件消耗因素分析

備件消耗率反映了裝備的可更換單元對備件需要的程度。引起備件消耗的因素是多方面的，它不僅與可更換單元的故障率有關(guān)，而且與維修策略、使用管理、零部件對損壞的敏感性等多種因素相關(guān)。在預(yù)計備件消耗率時，應(yīng)考慮下述因素的影響[2]。

（1）可更換單元的基本故障率（λ）

基本故障率是指當(dāng)可更換單元的環(huán)境因素、質(zhì)量等級、工作狀態(tài)等都符合規(guī)定的基準條件時，該可更換單元的故障率，它僅與可更換單元的種類、結(jié)構(gòu)、工藝有關(guān)?？筛鼡Q單元的故障率對備件消耗率有著最直接的影響。故障率從可更換單元本身的固有可靠性反映出使用過程中需要備件的趨勢。提高可更換單元的固有可靠性是降低備件消耗率的根本措施。 但可更換單元的故障率并不等于備件消耗率。 裝備發(fā)生故障后不一定都需要備件，而裝備未出現(xiàn)故障時，由于人為損壞或丟失備件，或進行預(yù)防性維修等卻有可能需要備件[3]。

（2）環(huán)境影響因素

裝備所處的環(huán)境不同，其可更換單元的備件消耗率可能會大不相同。 參考可靠性預(yù)計方法和外軍的研究， 將裝備的使用環(huán)境分為好、中、差三類。不同結(jié)構(gòu)屬性的部件受環(huán)境的影響程度也不同：對于電子器件，由于溫度、濕度、風(fēng)沙、振動等環(huán)境因素影響，其備件消耗率會較大，所以其環(huán)境影響系數(shù)較大；非電子產(chǎn)品中的非金屬件次之；而金屬件受環(huán)境因素影響最小。各類器件對應(yīng)不同環(huán)境的環(huán)境影響因子見表1。

表1 環(huán)境影響系數(shù)

（3）零部件對損壞的敏感性

在裝備搬運、裝配與維修中，可能因人為差錯、不按操作規(guī)程和嚴酷使用等而使備件遭受損壞。在裝配時，可能因安裝工具而損壞備件，在維修時，也可能由于調(diào)整不當(dāng)?shù)葥p壞備件，這是由于人為差錯造成的，與該件本身的故障率并無關(guān)系，它與零部件對損壞的敏感性有關(guān)。敏感性系數(shù)取值見表2。

表2 敏感性系數(shù)

（4）修復(fù)性影響因素

故障單元修復(fù)后，仍可作為備件繼續(xù)使用，修復(fù)性影響考慮的就是單元故障后， 可修復(fù)比例對備件消耗的影響。 決策時， 可以根據(jù)FMEA 和相似產(chǎn)品的數(shù)據(jù)直接給出修復(fù)比例。 另外，也可以對修復(fù)性進行分類，分為可修、部分可修和不可修三類，對應(yīng)的修復(fù)性影響系數(shù)見表3。

表3 修復(fù)性影響系數(shù)

（5）使用頻率

預(yù)計備件消耗率時，必須考慮可更換單元的使用頻率。 正常使用與非正常使用對備件消耗率也有著較大的影響。 非正常使用一方面表現(xiàn)為使用時間過長或應(yīng)力應(yīng)變狀況超出原設(shè)計規(guī)定的使用條件；另一方面，則表現(xiàn)為由于使用過少或沒有使用（如未定期通電、開機、運轉(zhuǎn)等），造成某些零部件變質(zhì)或性能下降。 使用頻率系數(shù)取值見表4。

表4 使用頻率系數(shù)

（6）備件管理

零部件因松動而脫落，在維護、修理和保管中丟失以及因保管不善而造成的備件失效等，都會引起備件消耗量的增加。

（7）預(yù)防性維修消耗

在預(yù)防性維修中，特別是定時更換策略下，所導(dǎo)致的備件消耗。備件的預(yù)防性維修消耗數(shù)等于年度預(yù)防性更換次數(shù)，該值依裝備的預(yù)防性維修方案、計劃而確定。

3 備件的供應(yīng)模型

備件數(shù)量是備件供應(yīng)保障過程的核心問題。確定某項備件數(shù)量所涉及的重要因素有很多，包括：該備件的可靠性；裝備上使用該備件的數(shù)量；備件可用概率；該備件對任務(wù)成敗的關(guān)鍵性；該備件的費用等。就裝備維修來講，在確定備件要求時應(yīng)當(dāng)考慮到：

（1）修復(fù)性維修和預(yù)防性維修實際所需備件。

（2）補償因在實施維修過程中可修復(fù)件的維修周轉(zhuǎn)所需備件的額外儲備。 用備件換下可修復(fù)件送修至修復(fù)返回作為備件，需要維修周轉(zhuǎn)時間，特別是中繼級或基地級維修工作繁忙，需等待時間愈長，補償所需的備件數(shù)就愈多。

（3）補償因采購備件從訂貨到交貨的時間所需備件的額外儲備。

（4）補償可修復(fù)件無法修復(fù)而報廢所需備件的額外儲備。

3.1 初始備件的供應(yīng)模型

備件數(shù)量主要取決于裝備中該部件的數(shù)量及它的壽命分布規(guī)律。據(jù)統(tǒng)計，壽命服從指數(shù)分布的部件約占全部部件的90%左右，電子件的壽命分布一般均可按指數(shù)分布處理。下面我們尋求指數(shù)壽命件備件需求量的計算模型[4]。

設(shè)裝備中第種部件的壽命服從指數(shù)分布，故障率為λ，裝備在兩兩不重迭的各個時間間隔]中，該類部件出現(xiàn)的故障相互獨立，且在[t,t+Δ t ]內(nèi)最多出現(xiàn)一個故障(Δt→0)，即：

Δt→0 時，0·Δt 為高階無窮小，那么在 [0,t ]內(nèi)，當(dāng)備件量kpi為零，即kpi=0 時，裝備的可靠工作概率為：

當(dāng)備件量kpi=1 時，裝備的可靠工作概率為：

當(dāng)備件量kpi=k 時，裝備的可靠工作概率為：

這樣根據(jù)系統(tǒng)可靠工作的概率要求和第種部件的平均故障率，就可以計算出該種備件的需求數(shù)量。 于是我們可以得到：

若裝備中某部件的壽命服從指數(shù)分布，該部件的備件需求量可按下式確定：

其中：P——裝備中某部件要求的備件保障度；

j——遞增變量，從0 開始逐一遞增至某s 值，使上式右邊值≥P；

s——所需備件數(shù)量；

n——裝備中該部件的件數(shù)；

λ——該部件的故障率；

t——保障時效內(nèi)裝備累積工作時數(shù)， 對不同情況t 應(yīng)分別處理：

（1）對不可修復(fù)件，t 取保障時效期內(nèi)裝備累積工作時數(shù)（h）或備件更新周期內(nèi)裝備累積工作時數(shù)（h）；

（2）對可修復(fù)件又分兩種情況：①基層級更換，后送中繼級或基地級修復(fù)，此時取修理周轉(zhuǎn)期內(nèi)裝備累積工作時數(shù)（h）；②在基層級對該件進行修復(fù)，此時當(dāng)滿足該件的平均故障間隔時間（MTBF）遠大于該件的平均修復(fù)時間（MTTR）時，在至少準備一個供換件修理的情況下，t 取該件的 MTTR（h）。

3.2 后續(xù)備件供應(yīng)模型

隨裝備一起交付部隊的初始備件，是研制單位根據(jù)裝備的各種戰(zhàn)技術(shù)性能和相似裝備的備件消耗情況而配備的，只能體現(xiàn)裝備備件消耗的一般規(guī)律。 后續(xù)備件是裝備進入穩(wěn)定使用階段需求的備件，體現(xiàn)的是該裝備備件消耗的具體規(guī)律，由使用部隊根據(jù)裝備初始保障期的實際使用情況，統(tǒng)計備件消耗規(guī)律，修訂初始備件供應(yīng)而確定的。一般由使用部隊向軍械處申報下一年需請領(lǐng)的備件計劃，所以后續(xù)備件供應(yīng)一般以年為單位來計算，也可稱為年度備件需求量。

如果裝備使用信息收集的及時完整，并且能夠準確地確定零部件的預(yù)防性和修復(fù)性維修更換間隔時間，則可按下述模型計算：

（1）對不可修復(fù)件，確定備件數(shù)量的計算模型為：

式中：S——所需備件數(shù)；

N——裝備總數(shù)；

n——每臺裝備上該部件的件數(shù)；

Top——供應(yīng)保障計劃時效期；

TBR——部件的平均維修更換間隔時間

TBRpt——預(yù)防性維修更換間隔時間；

TBRct——修復(fù)性維修更換間隔時間；

μ——備件廢品率。

（2）對可修復(fù)件，其修復(fù)后將歸入周轉(zhuǎn)備件繼續(xù)使用，所以確定的是周轉(zhuǎn)期內(nèi)的備件數(shù)量，計算模型為：

式中：Tom——備件修復(fù)周轉(zhuǎn)時間；

τ——修復(fù)后可繼續(xù)使用的百分數(shù)。

4 結(jié)束語

本文通過對各種影響備件消耗因素的分析，針對耗損類型的備件和可修復(fù)類型的備件，建立了數(shù)學(xué)模型。 通過該模型可以預(yù)計裝備工作在標準條件下的備件需求量，以準確地反映裝備備件供應(yīng)保障的實際情況，為裝備綜合保障決策提供科學(xué)的依據(jù)。

［1］陳學(xué)楚.裝備系統(tǒng)工程[M].北京：國防工業(yè)出版社，2005.

［2］李建平，石全，甘茂治.裝備戰(zhàn)場搶修理論與應(yīng)用[M].北京：兵器工業(yè)出版社，2000.

［3］周正伐.可靠性工程基礎(chǔ)[M].北京：宇航出版社，1999.

［4］方龍耀.彈藥倉庫保障力量需求數(shù)學(xué)計算模型探討[J].倉儲管理與技術(shù)，2005.