基于故障樹(shù)的備件需求預(yù)測(cè)研究*

任 喜 趙建軍 孫懷亮

(1.海軍航空工程學(xué)院 煙臺(tái) 264001)(2.91202部隊(duì) 葫蘆島 125004)(3.中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所 青島 266000)

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基于故障樹(shù)的備件需求預(yù)測(cè)研究*

任 喜1,2趙建軍1孫懷亮3

(1.海軍航空工程學(xué)院 煙臺(tái) 264001)(2.91202部隊(duì) 葫蘆島 125004)(3.中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所 青島 266000)

作為裝備備件需求預(yù)測(cè)的重要方法之一,故障樹(shù)分析法是對(duì)現(xiàn)有成熟裝備的主要預(yù)測(cè)方法。在分析裝備結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,結(jié)合裝備故障情況建立相關(guān)故障樹(shù)模型,并通過(guò)某型導(dǎo)彈的例子給出了在保障度一定的前提下,如何對(duì)裝備中備件進(jìn)行有效的預(yù)測(cè)配置,為備件需求預(yù)測(cè)研究提供了必要的理論基礎(chǔ)。

備件; 需求預(yù)測(cè); 故障樹(shù); 保障

Class Number E92

1 引言

故障樹(shù)分析法(Fault Tree Analysis,FTA)是分析裝備的可靠性分析的重要方法。FTA可以用來(lái)進(jìn)行定性與定量分析。FTA是由美國(guó)Bell實(shí)驗(yàn)室科技人員在1962年進(jìn)行火箭發(fā)射系統(tǒng)的安全評(píng)估時(shí)提出的。隨后波音公司分別在定性與定量上發(fā)展了故障樹(shù)分析法。如今,它已經(jīng)是可靠性分析和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的最常用分析方法之一。

2 故障樹(shù)結(jié)構(gòu)的建立

故障樹(shù)的建立是從頂事件的確定開(kāi)始的,主要是解決該頂事件發(fā)生的最終原因是什么的問(wèn)題,最終分解到不能再分解的單元結(jié)束。該分析方法一般從裝備的組成結(jié)構(gòu)入手,通過(guò)對(duì)裝備原理分析,在結(jié)構(gòu)圖的基礎(chǔ)上給出該裝備的故障樹(shù),然后通過(guò)最小割集的方法對(duì)系統(tǒng)系統(tǒng)可靠性進(jìn)行評(píng)估計(jì)算。

圖1 用最小割集的串聯(lián)結(jié)構(gòu)表示的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

如圖1所示,若令n代表某一故障樹(shù)中不同底事件的個(gè)數(shù),則可稱(chēng)該故障樹(shù)為n階故障樹(shù)?？紤]到一個(gè)具有k個(gè)最小割集的系統(tǒng)(K1,K2,…,Kk)。該系統(tǒng)可以用并聯(lián)的k個(gè)最小割集的串聯(lián)結(jié)構(gòu)來(lái)表示。

(1)

設(shè)所有的最小割集結(jié)構(gòu)相互獨(dú)立,則頂事件在時(shí)刻t發(fā)生的概率Q0(t)為

(2)

由于在多個(gè)最小割集結(jié)構(gòu)中可能會(huì)發(fā)生同樣的底事件,則最小割集并聯(lián)結(jié)構(gòu)之間顯然是存在正相關(guān)性的,故有

(3)

當(dāng)所有的qi(t)均非常小時(shí),則有

(4)

這一估計(jì)通常被用做計(jì)算機(jī)編程中進(jìn)行故障樹(shù)分析。當(dāng)至少一個(gè)qi(t)的數(shù)量級(jí)在10-2左右時(shí),上式同樣適用。

(5)

顯然有

(6)

3 實(shí)例分析

某型導(dǎo)彈彈體的組成結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 導(dǎo)彈彈體的組成結(jié)構(gòu)

在導(dǎo)彈實(shí)際使用過(guò)程中,由于導(dǎo)引頭、發(fā)動(dòng)機(jī)、彈身、彈翼以及引戰(zhàn)系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)水平很高,所以現(xiàn)在下面故障圖的繪制中,以上因素均不作考慮。進(jìn)而根據(jù)結(jié)構(gòu)圖可以得到導(dǎo)彈的故障樹(shù)如圖3所示。

圖3 導(dǎo)彈的部件級(jí)故障樹(shù)

根據(jù)上述分析,該故障樹(shù)的結(jié)構(gòu)函數(shù)為

Φ(x)=X1∪X2∪X3∪X4∪X5∪X6X7∪X8X9

(7)

假設(shè)導(dǎo)彈貯存的保障可靠性要求指標(biāo)不小于90%,各部件的貯存可靠性指標(biāo)分配方法按照最少工作量分配法進(jìn)行分配。慣性測(cè)量裝置、彈上計(jì)算機(jī)、舵機(jī)、燃燒舵組件、空氣舵以及各型熱電池組的貯存可靠性指標(biāo)表示為R1,R2,R3,R4,R5,R6,其值分別為:0.90,0.97,0.92,0.94,0.89,0.90。

理論表明,對(duì)于串聯(lián)系統(tǒng)只提高那些可靠性較低的部分單元的可靠性,即可保證實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的可靠性指標(biāo),又可使提高系統(tǒng)可靠性所需的總工作量最少,該方法即被稱(chēng)為最少工作量分配法。

根據(jù)上述分析可得,對(duì)備件的需求分別是:由于彈上慣導(dǎo)裝置的貯存可靠性指標(biāo)僅有0.90,故應(yīng)儲(chǔ)備有相應(yīng)的備件,而對(duì)于彈上計(jì)算機(jī)、舵機(jī)、燃燒舵組件、空氣舵等組件,由于其貯存可靠性指標(biāo)均大于0.90,故原則上可以不儲(chǔ)備相應(yīng)的備件,而對(duì)于熱電池組,由于其為兩組并聯(lián)形式,該結(jié)構(gòu)的貯存可靠性指標(biāo)為0.988,遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿(mǎn)足該導(dǎo)彈的裝備保障指標(biāo)需求。

4 結(jié)語(yǔ)

在實(shí)際情況中,應(yīng)該根據(jù)彈庫(kù)貯存導(dǎo)彈的數(shù)量進(jìn)行合理備件和需求預(yù)測(cè),在實(shí)際使用中,由于導(dǎo)彈平時(shí)的測(cè)試難免會(huì)存在誤操作,故實(shí)際需求中將略大于理論的備件需求。

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Prediction of Spare Parts Demand Based on Fault Tree Analysis

REN Xi1,2ZHAO Jianjun1SUN Huailiang2

(1. Naval Aeronautical and Astronautical University, Yantai 264001) (2. No. 91202 Troops of PLA, Huludao 125004) (3. Chinese Academy of Fishery Sciences Yellow Sea Fisheries Research Institute, Qingdao 266000)

As one of the important methods and equipment spare parts demand forecasting, fault tree analysis is a major prediction of the existing mature equipment. Based on the analysis of equipment structure, combined with the establishment of related equipment failure fault tree model, and through the example of a certain type of missile under the protection degree is given certain preconditions, how the spare parts and equipment for effective forecasting configuration, the demand for spare parts prediction provides the necessary theoretical basis. Case studies demonstrate the effectiveness of this method.

spare parts, demand forecasting, fault tree, support

2014年11月7日,

2014年12月30日

任喜,男,博士研究生,研究方向:武器裝備保障。趙建軍,男,博士生導(dǎo)師,研究方向:武器裝備保障及系統(tǒng)標(biāo)校。孫懷亮,男,工程師,研究方向:核工程與核技術(shù)。

E92

10.3969/j.issn1672-9730.2015.05.030