戰(zhàn)術(shù)導彈發(fā)射裝置預防性維修方法研究

張彥忠，甄昕

（中國人民解放軍92941部隊93分隊，遼寧　葫蘆島　125001）

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戰(zhàn)術(shù)導彈發(fā)射裝置預防性維修方法研究

張彥忠，甄昕

（中國人民解放軍92941部隊93分隊，遼寧葫蘆島125001）

摘要：從制定戰(zhàn)術(shù)導彈發(fā)射裝置預防性維修體制的方法入手，分析研究了常見的基層級預防性維修工作的時機和內(nèi)容，給出了戰(zhàn)術(shù)導彈發(fā)射裝置預防性維修主要指標的數(shù)學模型并進行了實例驗證，為最終實現(xiàn)戰(zhàn)術(shù)導彈發(fā)射裝置最佳預防性維修方法的制定提供了科學的理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：發(fā)射裝置；維修策略；預防性維修；檢測間隔期

0　引言

預防性維修是指通過對產(chǎn)品的系統(tǒng)進行檢查、檢測和（或）定期更換以防止功能故障發(fā)生，使其保持在規(guī)定的狀態(tài)下所進行的全部活動。經(jīng)過多年的改革探索，預防性維修已經(jīng)逐漸地引起了裝備維修領(lǐng)域的重視，被廣泛地應用于武器裝備的維修中，并取得了很好的效果。國內(nèi)外武器裝備發(fā)展與應用的實踐也證明，開展預防性維修工作，改善裝備的維修性，對于提高部隊的戰(zhàn)斗力、節(jié)省裝備壽命周期費用有著極其重要的作用。因此，對戰(zhàn)術(shù)導彈武器系統(tǒng)的重要組成部分——發(fā)射裝置的預防性維修方法進行研究，有著重要的意義。

1　預防性維修方法概述

1.1預防性維修的時機與工作內(nèi)容

預防性維修一般包括擦拭、潤滑、調(diào)整、檢查、定期拆修和定期更換等內(nèi)容。開展這些活動的目的是為了發(fā)現(xiàn)并消除潛在的故障，或避免故障的嚴重后果，防患于未然。

對戰(zhàn)術(shù)導彈發(fā)射裝置進行預防性維修可以有效地預防能夠影響發(fā)射裝置安全性、使用性或經(jīng)濟性的故障發(fā)生。因此，開展發(fā)射裝置的預防性維修工作，就是要在故障對發(fā)射裝置的安全性、使用性和經(jīng)濟性產(chǎn)生影響之前，及時、有效地發(fā)現(xiàn)潛在的故障，并加以排除。

1.2預防性維修的實施條件

對于戰(zhàn)術(shù)導彈發(fā)射裝置的設(shè)備或部件，必須根據(jù)其故障后果和故障模型來選擇適當?shù)念A防性維修方法或故障檢測等。

設(shè)備或部件的每一項維修工作都必須滿足以下兩個要求。

a）適用性

維修工作必須是適用的，即技術(shù)可行。適用性取決于故障的性質(zhì)。適用的維修必須能夠預防故障發(fā)生或降低故障后果。不適用的維修會引入故障或沒有任何效果。

b）有效性

維修工作必須是有效的，即值得去做的。有效性反映了維修的結(jié)果，并取決于故障的后果。

預防性維修實施的選擇程序如圖1所示。

圖1　預防性維修實施的選擇程序

2　預防性維修間隔期的確定

對于戰(zhàn)術(shù)導彈發(fā)射裝置而言，設(shè)備或部件常見的預防性維修工作有很多，例如：保養(yǎng)、清潔、潤滑和操作人員監(jiān)控等，這些工作費用低、所需時間短，因而可安排在日常保養(yǎng)計劃中或在操作設(shè)備的過程中完成，無需另行確定其工作間隔期。因此，本文所要確定的預防性維修工作的間隔期針對的是兩類工作：一類是檢查工作，即使用檢查和功能檢測；另一類是定期報廢和定期拆修。

2.1發(fā)射裝置檢查工作間隔期的確定

2.1.1設(shè)備或部件使用檢查間隔期

通過使用檢查（只適用于隱蔽功能故障）可保證發(fā)射裝置的可用度，避免多重故障的嚴重后果。對于有安全性影響和任務性影響的情況來說，可以通過所要求的發(fā)射裝置的平均可用度來確定其使用檢查間隔期。

假設(shè)發(fā)射裝置的瞬時可用度為A（t），檢查間隔期為T，則平均可用度為：

由于在檢查間隔期內(nèi)不進行修理，故發(fā)射裝置的瞬時可用度也就是可靠度R（t），則上式可變?yōu)椋?/p>

若故障時間服從指數(shù)分布，故障率為λ，則由上式可得：

從上述公式可見，若給定Aˉ，則可以確定一個固定的T。若某項使用檢查工作使Aˉ達到規(guī)定的可用性水平時的檢查間隔期過短，則認為該項工作是無效的；反之，則有效。

2.1.2功能檢測間隔期

功能檢測只適用于發(fā)展緩慢的耗損性故障，且需要有確定潛在故障的判據(jù)。對于有安全性影響和任務性影響的情況來說，可通過檢查次數(shù)n與潛在故障發(fā)展到功能故障（P-F過程）的時間TB之間的關(guān)系來確定其間隔期。

假設(shè)規(guī)定的安全性或任務性影響故障發(fā)生的概率的可接受值為F，在TB期間要檢查的次數(shù)為n，則有：

式（4）-（5）中：P——一次檢查的故障檢出概率。

檢測間隔期T=TB/n。若T過短，則該工作就是無效的。

2.2定時拆修（修復）工作間隔期的確定

定時拆修（修復）和定時報廢兩類預防性維修工作都只適用于有耗損期的產(chǎn)品，因此，應當掌握產(chǎn)品的故障規(guī)律，特別是要掌握裝備進入耗損前期的工作時間Tw。這兩類預防性維修工作間隔期的確定方法是相同的，下面僅討論定時報廢的更換策略。

定時（期）報廢是指產(chǎn)品使用到一定時間后予以報廢并進行更換。按所用時間的計時方法的不同，定時更換策略可分為工齡定時更換和全部定時更換。

2.2.1工齡定時更換的間隔期

a）安全性影響和任務性影響

1）已知耗損期前的工作時間Tw及其分布

安全性影響和任務性影響這兩類維修工作的有效準則為：工作的間隔期T應短于產(chǎn)品的平均耗損期。Tw是一個隨機變量，如果已知Tw的分布，并給出工作間隔期T內(nèi)過早達到耗損期（即認為發(fā)生故障）的概率F的可接受水平要求，則可確定T。

2）按任務可靠度要求確定工作間隔期

任務期間的任務可靠度是指在執(zhí)行任務開始時刻t可靠的條件下，經(jīng)使用Δt時間后仍可靠的概率，即：

對于指數(shù)分布R（t+Δt|t）=exp（-λΔt），顯然，指數(shù)分布時，任務期間的任務可靠度與任務開始以前所積累的工作時間無關(guān)，故不作定時修復或更換。對于威布爾分布，當m＞1時，有：

因此，裝備工作到時間t后，在使用一段時間Δt任務期間的任務可靠度更為重要，故當任務可靠度將為某一規(guī)定的數(shù)值時的Δt可作為工作間隔期。

b）經(jīng)濟性影響

若已知定時更換一次裝備的平均費用Cp和故障后更換一次裝備的平均費用Cc，這里就要考慮故障后的損失費用，一般Cc＞Cp。在間隔期T內(nèi)，進行定時更換的概率為R（T），故障后進行更換的概率為[1-R（T）]，故更換間隔期內(nèi)的總平均費用為：

這時，在每一間隔期內(nèi)的平均工作時間為：

故單位工作時間總費用為：

將上式等號右邊對T求導，并令其為0，整理后可得：

故仍可利用統(tǒng)計數(shù)據(jù)作圖求得單位工作時間總費用最小的最佳更換間隔期。

2.2.2全部定時更換的間隔期

a）安全性影響和任務性影響

以可用度最大為目標時，確定最佳更換時間T。采用全部定時更換策略時，因時序圖和時間的計算方法與工齡更換策略不同，所以最佳間隔期T的求法也不相同。全部更換策略的時序圖如圖2所示。

圖2　全部更換策略時序圖

假設(shè)在一個更換間隔期內(nèi)，產(chǎn)品故障被修復后的故障率λ（t）不改變，則有：

系統(tǒng)的可用度為：

將上式對T求導，并令其為0，得：

設(shè)產(chǎn)品的壽命服從威布爾分布，即：

可得：

由上式可見：

1）當m＜1（早期故障）時，T＜0，早期故障期全部定時更換不合理；

2）當m=1（偶然故障，指數(shù)分布）時，T=∞，隨機故障期的更換間隔期無限長，即不必進行全部定時更換工作；

3）當m＞1（損耗故障）時，可確定T，即耗損故障期可進行全部定時更換。

b）經(jīng)濟性影響

以平均費用最低為目標確定更換期。設(shè)全部定時更換費用為Cp，故障后單個更換費用（含故障損失費用）為Cc，更換間隔期為T，更換間隔期內(nèi)故障發(fā)生的平均次數(shù)為H（T），則一個更換間隔期的總費用為：

假設(shè)在一個更換間隔期內(nèi)，產(chǎn)品被修復后的故障率λ（t）不改變，則有：

將上式兩邊除以T，可以得到單位工作時間的平均費用為：

將上式對T求導，并令其為0，可得：

故前面的結(jié)論同樣適用于以平均費用最低為目標的最佳維修間隔期的計算，即：

3　實例分析

反艦導彈發(fā)射裝置的使用壽命一般與所在艦艇的壽命相當，通常情況是所在艦艇退出現(xiàn)役，發(fā)射裝置也隨之退役，而在此過程中極少出現(xiàn)整體更換發(fā)射裝置的情況（戰(zhàn)損除外，但發(fā)射裝置中的電子部件有可能更換），所以在部隊使用訓練及維修保障工作中，對發(fā)射裝置進行預防性維修最常遇到的是使用檢查間隔期的確定問題。下面舉例說明如何確定使用檢查隔離期。

例：假設(shè)反艦導彈發(fā)射裝置（包括機械及電子部件）的壽命服從指數(shù)分布，在2.1中，已經(jīng)給出了戰(zhàn)術(shù)導彈發(fā)射裝置預防性維修間隔期的數(shù)學模型（3），為了更好地將該理論應用于實踐中，根據(jù)常規(guī)典型戰(zhàn)術(shù)導彈發(fā)射裝置平均可用度和失效率的取值范圍，對式（3）進行了實例分析。

表1　發(fā)射裝置使用檢查隔離期

由表1和圖3-4所描述的數(shù)據(jù)關(guān)系，對于滿足公式（3）的產(chǎn)品可以推廣得到具有普遍意義的以下兩點結(jié)論。

圖3　失效率與檢查間隔期之間的關(guān)系

圖4　平均可用度與檢查間隔期之間的關(guān)系

b）當產(chǎn)品的失效率相同時（λ值相同，或者說可靠性相同），產(chǎn)品的平均可用度越高（A值越大），則使用檢查間隔期越短，而且平均可用度與使用檢查間隔期基本呈線性關(guān)系。

4　結(jié)束語

預防性維修策略的制定實際上是建立在系統(tǒng)可靠性工程基礎(chǔ)之上的。一定要通過大量的試驗或理論分析，弄清楚產(chǎn)品的故障機理、故障模式和故障規(guī)律，并在此基礎(chǔ)上進一步地給出預防性維修的檢測判據(jù)，形成預防性維修策略，以保證預防性維修工作的順利開展。

在制定反艦導彈發(fā)射裝置的預防性維修策略時，必須充分地利用該裝備的可靠性論證、設(shè)計和可靠性、維修性試驗所得到的結(jié)果，結(jié)合裝備設(shè)計規(guī)范和該裝備的FMEA分析結(jié)果，制定出最佳的預防性維修策略。

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Research on the Preventive Maintenance Method of Tactical Missile Launcher

ZHANG Yan-zhong，ZHEN Xin
（Unit 93 Troop 92941 of PLA，Huludao 125001，China）

Abstract：Starting from the design method of the preventive maintenance ststem of tactical missile launcher，the timing and content of the common grass-root level preventive maintenance work are analtzed. Besides，the mathematical models of the main indicators of the preventive maintenance for tactical missile launcher and a verification example are given，which provides a scientific basis for the development of the best preventive maintenance method of tactical missile launcher.

Key words：launcher；maintenance strategt；preventive maintenance；inspection interval

作者簡介：張彥忠（1965-），男，吉林白城人，中國人民解放軍92941部隊93分隊高級工程師，從事導彈火控系統(tǒng)試驗與研究工作。

收稿日期：2015-10-08

doi:10.3969/j.issn.1672-5468.2016.02.003

中圖分類號：TJ 761.1；TB 114.3

文獻標志碼：A

文章編號：1672-5468（2016）02-0010-05