王 辛 張 坤
(中國(guó)飛行試驗(yàn)研究院,陜西 西安710089)
維修性作為航空產(chǎn)品重要的一種質(zhì)量特性,代表著當(dāng)用戶要對(duì)產(chǎn)品維修時(shí),產(chǎn)品能夠維修的難易程度。同時(shí),試飛階段作為新型航空產(chǎn)品的初始使用試驗(yàn)和評(píng)估階段,是對(duì)以維修性為代表的裝備維修保障能力進(jìn)行評(píng)估的最佳時(shí)期,能夠有效地促進(jìn)與支撐著新研航空產(chǎn)品維修性的不斷提高和改善。所以,試飛階段開展維修性驗(yàn)證工作具有重要意義。由于受到試飛進(jìn)度、周期以及高可靠性產(chǎn)品的逐漸增多的影響,使得試飛階段發(fā)生的故障越來(lái)越少,從而影響到維修性樣本的充分性。目前,為了解決這個(gè)難題,通過(guò)開展維修性模擬試驗(yàn)的方式對(duì)樣本進(jìn)行補(bǔ)充。
國(guó)軍標(biāo)GJB2072-1994《維修性試驗(yàn)與評(píng)定》[1]中規(guī)定,裝備維修性驗(yàn)證對(duì)維修性樣本的要求是優(yōu)先采用裝備在規(guī)定條件下鑒定試驗(yàn)時(shí)發(fā)生的自然故障所進(jìn)行的樣本作業(yè);當(dāng)自然故障所進(jìn)行的維修作業(yè)次數(shù)不足以保證試驗(yàn)方法所需的樣本量時(shí),可用模擬故障所進(jìn)行的維修作業(yè)次數(shù)補(bǔ)足;為縮短試驗(yàn)時(shí)間或是由于其它原因沒有自然故障,經(jīng)承制方與訂購(gòu)方商定也可采用全部由模擬故障所進(jìn)行的維修作業(yè)作為樣本。
然而使用模擬維修性樣本補(bǔ)充樣本選取時(shí),在什么部位,排除什么故障,如何合理地分配到各有關(guān)的零部件上,以便驗(yàn)證整機(jī)的維修性,這便是樣本的選取和分配問(wèn)題。維修性樣本的選取需要分析各種信息,使其具有較強(qiáng)的代表性。維修性樣本的分配屬于統(tǒng)計(jì)抽樣的應(yīng)用范圍,以裝備的復(fù)雜性、可靠性為基礎(chǔ)。常用的抽樣技術(shù)包括[2]:簡(jiǎn)單隨機(jī)抽樣、分層隨機(jī)抽樣、多階段抽樣、整群抽樣、系統(tǒng)抽樣和非概率抽樣等。如果采用固定樣本量試驗(yàn)法驗(yàn)證維修性指標(biāo),可運(yùn)用按比例分層抽樣進(jìn)行維修作業(yè)分配。如果采用可變樣本量的序貫試驗(yàn)法進(jìn)行檢驗(yàn),則應(yīng)采用按比例的簡(jiǎn)單隨機(jī)抽樣法。
維修性樣本的分配屬于統(tǒng)計(jì)抽樣的應(yīng)用范圍,為了使統(tǒng)計(jì)推斷的結(jié)果準(zhǔn)確可靠,則維修性樣本的分配非常重要,為了盡量保證抽取的樣本對(duì)總體的代表性,首先應(yīng)充分認(rèn)識(shí)維修性數(shù)據(jù)的特點(diǎn),從而認(rèn)真把握樣本分配的問(wèn)題。
1.1.1 維修任務(wù)的總體是高度不均勻且高度分層的,在每一層中各個(gè)個(gè)體是均勻的。在裝備的使用過(guò)程中,某項(xiàng)維修任務(wù)可能會(huì)經(jīng)常發(fā)生,并將提供具備特有均值的較大數(shù)據(jù)層;
1.1.2 對(duì)于裝備在使用階段所經(jīng)歷的實(shí)際維修時(shí)間,僅憑一個(gè)檢驗(yàn)試驗(yàn)樣本的檢驗(yàn)結(jié)果,往往在很大程度上使人產(chǎn)生錯(cuò)覺。為避免這種情況,應(yīng)采用專門的抽樣方法,并采取適當(dāng)?shù)念A(yù)防措施,如操作條件的模擬等;
1.1.3 對(duì)于每一種特定類型的維修任務(wù),其維修時(shí)間的分布不僅取決于各分系統(tǒng)的平均修復(fù)時(shí)間,而且還受下列各因素的影響:
①每一分系統(tǒng)所含單元的數(shù)量;
②各單元在系統(tǒng)內(nèi)所處的位置。因?yàn)槲恢糜绊懡咏⑦_(dá)到該單元所需的時(shí)間,所以即使完全相同的單元由于位置不同,達(dá)到該單元所需時(shí)間也不同;
③使維修活動(dòng)成為必要的頻數(shù)。因?yàn)檫@一頻數(shù)與每一個(gè)特定的單元在其特定的位置上的可能性(例如,由于受振動(dòng)、溫度、濕度、壓力等方面的影響)直接有關(guān)。
針對(duì)以上維修性數(shù)據(jù)的特點(diǎn),應(yīng)當(dāng)對(duì)維修性樣本進(jìn)行分配選取。
維修性樣本的分配,應(yīng)以系統(tǒng)的復(fù)雜性和可靠性分析為基礎(chǔ)。通常采用GJB2072—1994中的比例分層抽樣法進(jìn)行維修作業(yè)分配。但根據(jù)以往的工程經(jīng)驗(yàn),該方法在航空裝備試飛階段應(yīng)用時(shí)有著以下的局限性:
首先,試飛階段航空產(chǎn)品的維修作業(yè)屬于外場(chǎng)級(jí)維修,主要集中于產(chǎn)品各LRU的整體更換,按照傳統(tǒng)方法分配后,很多其它的維修作業(yè)樣本無(wú)法獲取真實(shí)的維修時(shí)間數(shù)據(jù)。因此,試飛階段更應(yīng)該考慮維修性驗(yàn)證樣本的結(jié)構(gòu)覆蓋充分性,保證每個(gè)LRU嚴(yán)格按照LRU的故障率進(jìn)行分配;其次,就該方法本身而言,實(shí)際應(yīng)用時(shí)按比例分層抽樣,不考慮維修作業(yè)時(shí)間分組的問(wèn)題時(shí),我們無(wú)法得到樣本量在某個(gè)具體維修作業(yè)上的分配數(shù)。當(dāng)考慮維修作業(yè)時(shí)間的分組問(wèn)題,可能會(huì)產(chǎn)生兩種特殊的情況,前者由于維修時(shí)間相差太大,分組后仍無(wú)法確定出分給該組的樣本數(shù);后者是維修時(shí)間相差不大,分組后同一組中分得的樣本很多,將這些樣本進(jìn)一步明確到具體的維修作業(yè)時(shí),同樣十分困難。所以,勢(shì)必造成在樣本分配的過(guò)程中,使試驗(yàn)的組織和實(shí)施人員無(wú)法方便地依據(jù)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)操作。
考慮到傳統(tǒng)方法在外場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用中的問(wèn)題,我們對(duì)傳統(tǒng)樣本分配方法的可操作性方面進(jìn)行改進(jìn),提出了一種基于外場(chǎng)可更換單元的維修樣本分配方法。該方法的思想為:維修樣本不按每個(gè)維修作業(yè)進(jìn)行樣本分配,而是按外場(chǎng)可更換單元(LRU)進(jìn)行樣本分配,分配給LRU維修性樣本后,從每個(gè)LRU中所有的維修作業(yè)隨機(jī)抽取所分配的樣本個(gè)數(shù),這樣就能保證樣本具有足夠的代表性,首先將能夠抽到樣本的LRU去掉,然后將剩余的LRU進(jìn)行分組;分組的原則是先將維修時(shí)間按照從大到小的方式排序,然后按照排序的順序?qū)Ω鱈RU的Cpi求和,當(dāng)Cpi的和與n的積大于1時(shí),為維修作業(yè)分配的一組。
航空裝備試飛階段基于外場(chǎng)可更換單元的維修樣本分配的具體方法步驟為:
①列出系統(tǒng)的組成單元。
②將各單元細(xì)分到需維修的產(chǎn)品層次(LRU)。
③估計(jì)每個(gè)LRU的平均維修時(shí)間Mcti。
④列出每項(xiàng)需維修的產(chǎn)品的故障率λi。故障率λi可由可靠性試驗(yàn)或預(yù)計(jì)數(shù)據(jù)估計(jì)。對(duì)不同維修級(jí)別只列出相應(yīng)維修級(jí)別所能排除故障的故障率。
⑤列出需維修產(chǎn)品層次中每項(xiàng)產(chǎn)品(LRU)的數(shù)目Qi和每項(xiàng)產(chǎn)品的工作時(shí)間的加權(quán)系數(shù)Ti。開機(jī)時(shí)全程工作產(chǎn)品的等于1,非全程工作產(chǎn)品的等于其工作時(shí)間與全程工作時(shí)間之比。
⑥計(jì)算各LRU的QiλiTi故障率及其相對(duì)發(fā)生頻率Cpi,即
式中,m為組成單元的數(shù)目。
⑦計(jì)算各類LRU應(yīng)分配的試驗(yàn)樣本量ni。ni=nCpi,ni為第i個(gè)LRU應(yīng)抽取的次數(shù)。若ni≥1,按照四舍五入的原則取整數(shù),即是該部件應(yīng)抽取的次數(shù)。若則結(jié)束抽取。
⑨重復(fù)步驟⑧,直至全部維修作業(yè)都進(jìn)行分組,結(jié)束抽取。在最后一組,若ni<1,可按四舍五入的原則進(jìn)行規(guī)整。
⑩試驗(yàn)分配樣本量規(guī)整。在上述⑧至⑩步驟計(jì)算試驗(yàn)樣本量的過(guò)程中,均采取四舍五入的原則進(jìn)行規(guī)整,如果最后抽取的樣本量少于試驗(yàn)要求的樣本量,則將所有剩余的維修作業(yè)按Cpi從大到小的順序重新進(jìn)行排序,從Cpi最大的LRU開始逐個(gè)抽取,直至抽取的樣本量滿足試驗(yàn)要求為止,則樣本分配完畢;如果最后抽取的樣本量多于試驗(yàn)要求的樣本量,則將所有抽到的維修作業(yè)按Cpi從大到小的順序重新進(jìn)行排序,去掉Cpi最小的一個(gè)或幾個(gè)樣本,使抽到的樣本量與試驗(yàn)要求的樣本量相等即可。
方法實(shí)施的流程圖如圖1所示。
假設(shè)需要驗(yàn)證樣本總量n=30,已知某航空裝備系統(tǒng)的組成單元及LRU數(shù)目Qi、每個(gè)LRU的故障率λi、工作時(shí)間系數(shù)Ti,現(xiàn)對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行樣本分配。
由第一次樣本分配可知,分配之后的總樣本量26小于固定的樣本量30,所以必須進(jìn)行第二次的樣本分配,把剩余的4個(gè)樣本分配下去。
把分配結(jié)果為0的部件拿出來(lái),重新按照估計(jì)的平均維修時(shí)間按從大到小進(jìn)行排列;組類進(jìn)行抽取時(shí)采取發(fā)生的相對(duì)頻率的順序抽?。◤拇蟮叫。?。
本文通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)維修性樣本分配方法在航空裝備試飛階段實(shí)際應(yīng)用時(shí)存在問(wèn)題進(jìn)行了分析,并結(jié)合試飛階段的實(shí)際特點(diǎn),建立了一種基于LRU的維修性樣本分配方法。該方法從LRU結(jié)構(gòu)覆蓋充分性出發(fā),從每個(gè)LRU中所有的維修作業(yè)隨機(jī)抽取所分配的樣本個(gè)數(shù),既保證了樣本具有足夠的代表性,又大大增強(qiáng)了方法的實(shí)際操作性,使其更貼合航空裝備外場(chǎng)實(shí)際維修保障模式。
[1]GJB2072-94.維修性試驗(yàn)與評(píng)定國(guó)防科工委軍用標(biāo)準(zhǔn)化中心[S].
[2]曾秋成.技術(shù)數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法[M].合肥:安徽科學(xué)技術(shù)出版社,1981.