艦船戰(zhàn)儲器材輪換時間研究

趙 翀 馬 野 彭 亮

（1.中國人民解放軍海軍大連艦艇學院研究生管理大隊，遼寧 大連 116018；2.中國人民解放軍海軍大連艦艇學院艦炮系，遼寧 大連 116018）

0 引言

艦船戰(zhàn)儲器材就是海軍為保障戰(zhàn)前整修、參戰(zhàn)期間的使用和維修（包括輕度、中度和重度損傷所導致的維修）而統(tǒng)一籌措的裝備組件、部件、設備和備件等器材的總稱。具有總量不變，平時不得隨意動用等特點，因此導致當前大量艦船戰(zhàn)儲器材得不到更新使用而閑置積壓在庫，甚至新的裝備技術產(chǎn)生后，一些仍在使用年限的器材被淘汰，造成資金浪費。而對在儲器材進行輪換更新是解決這一問題行之有效的方法[1]。

我國對戰(zhàn)儲器材輪換更新工作研究起步較晚，在艦船戰(zhàn)儲器材管理中并沒有輪換更新的相關規(guī)定，更缺乏科學有效的輪換更新機制。國內(nèi)學者對戰(zhàn)儲器材的輪換更新進行了一定的研究，提出了存在問題與相應策略[2]，但這些策略多是在宏觀層次提出的建立一個什么樣的機制，對于怎樣建立并沒有過多的闡述，文獻[3]對航空戰(zhàn)儲器材進行的研究不能完全適用于艦船器材。因此，對艦船戰(zhàn)儲器材輪換更新的細節(jié)問題進行深層次的探索研究是當前急需解決的問題，而輪換時間的確定是首先要研究的問題。本文通過建立退化模型來預測失效時間，并以此為依據(jù)確定輪換時間。

1 艦船戰(zhàn)儲器材退化模型

退化是自然界所有事物的基本特性，通常被認為是熱力學第二定律的表現(xiàn)之一，即孤立系統(tǒng)的熵（無序程度）會隨著時間增加[4]。也就是說，不管器材開始被加工得多么精細，總會隨著存儲時間發(fā)生退化。為了研究器材的存儲壽命，首先應該建立器材的關鍵參數(shù)隨時間的退化模型。

設S 為某器材的關鍵參數(shù)（如強度、電容電漏、晶體關門門檻電壓等），當S 隨著時間t 發(fā)生退化時，假定S 是單調(diào)函數(shù)，且S 的變化是緩慢的。將S 在t=0 處泰勒級數(shù)展開，得到麥克勞林級數(shù)：

式（1）中的高階項可以用一個指數(shù)為m 的冪函數(shù)近似，則有：

其中，m 為冪律指數(shù)；A0為一個與器材有關的系數(shù)，且必須是時間t 的m 次冪的倒數(shù)；A0和m 可由觀測到的退化數(shù)據(jù)擬合得到。當式（2）中取+A0時，則說明S 是隨時間單調(diào)增加的；當式（2）中取-A0時，則說明S 是隨時間單調(diào)減小的。

以S 是隨時間單調(diào)增加為例，三種器材參數(shù)隨時間增大情況下的退化曲線如圖1 所示。

為方便計算式（2）中相關參數(shù)，將式（2）兩邊同時取自然對數(shù)得

其中：

三種器材的對數(shù)坐標圖如圖2 所示。圖中直線斜率表示器材隨時間退化的指數(shù)m，截距表示系數(shù)A0。根據(jù)圖可得出參數(shù)m 與A0的值，從而計算失效時間。

圖1 器材參數(shù)S 隨時間增大

圖2 對數(shù)坐標下S 隨時間的變化

2 艦船戰(zhàn)儲器材輪換時間

2.1 失效時間

艦船戰(zhàn)儲器材的失效時間是指器材在存儲過程中隨著時間的變化，性能、功能會發(fā)生退化將最終導致器材不能正常工作的時間。

根據(jù)公式（2）求解時間t，得到：

則：

其中，TF 表示當S 退化到某一臨界值，致使器材失去正常功能時所經(jīng)歷的時間，即失效時間。為給定的參數(shù)退化臨界值，當提高該臨界值時，計算出的失效時間TF 也相應變大。

2.2 輪換時間

根據(jù)戰(zhàn)儲器材的相關規(guī)定，被輪換出庫的器材應具有一定的價值，能夠完成一定的工作任務，因此必須在完全失效之前將其輪換出庫，則規(guī)定輪換時間為：

3 實例分析

以在儲艦船戰(zhàn)儲器材中某型號半導體器件為例進行實例驗證。對倉庫中2007 年入庫的某型號半導體器件的門檻電壓進行抽樣檢測，測試其門檻電壓隨時間的變化，得到的測試結(jié)果如表1 所示。

表1 某型半導體在儲器材檢測數(shù)據(jù)

選擇冪律模型，觀察表中數(shù)據(jù)可知器件參數(shù)Vth隨時間減小，使用式（2）表示其退化模型：

兩邊取對數(shù)得

使用表1 結(jié)果計算相應參數(shù)得出結(jié)果如表2 所示。

表2 各參數(shù)計算結(jié)果

圖3 仿真結(jié)果

得到該擬合直線為：

y=0.7705x-3.6916

則：

m=0.7705

A0=exp(-3.6916)=0.0249/y0.7705

得到退化模型為：

因此，根據(jù)式（4），當Vth=0.8(Vth)0，求得失效時間為：

根據(jù)式（7），輪換時間為

TA=0.8TF=6.4≈6y

該批次型號的半導體應6 年輪換一次。

4 結(jié)束語

通過建立退化模型預測在儲器材的失效時間，并以此推出器材輪換時間。該方法形式簡單、便于操作、容易實現(xiàn)，所得結(jié)果符合實際情況。為戰(zhàn)儲器材輪換時間的確定提供良好的決策支持。

［1］王軍生,劉濤,呂衛(wèi)民.戰(zhàn)儲器材輪換機制研究[J].國防科技,2011(06)：47-51.

［2］陸勝,馮凱,龔衛(wèi)鋒,等.戰(zhàn)備物資儲備輪換更新機制初探[J].物流技術,2007,26(04)：109-112.

［3］郭清風.航空戰(zhàn)儲物資輪換方式研究[J].物流科技,2013(09)：94-95.

［4］J.W.麥克弗森.可靠性物理與工程[M].秦飛,等,譯.北京：科學出版社,2013.