裝備綜合維修保障決策方法研究①

馬艷

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2017.30.242

摘 要：為了優(yōu)化裝備綜合維修保障模式，使裝備維修保障由定期修理向視情維修、預(yù)防性維修的方向轉(zhuǎn)變，本文重點(diǎn)研究了裝備綜合維修保障方案優(yōu)化方法、預(yù)防性維修和視情維修預(yù)測(cè)與決策方法，并在裝備實(shí)際使用中加以應(yīng)用，可以有效地降低裝備壽命周期費(fèi)用、提高裝備戰(zhàn)備完好性、延長(zhǎng)裝備使用壽命，對(duì)于優(yōu)化裝備保障力量體系、提高部隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力必將起到積極的作用。

關(guān)鍵詞：視情維修 預(yù)防性維修 戰(zhàn)備完好性 功能檢測(cè)

中圖分類號(hào)：TP206+.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）10（c）-0242-03

Abstract： In order to optimize the mode of weaponry integrated maintenance and support，the optimizing project and the prognostication and decision-making method of preventive maintenance and condition based maintenance are introduced in the paper， aiming to changing the mode of weaponry integrated maintenance and support. Practical application shows that the method can reduce expenditure， enhance the operational readiness， extend weaponry life. It can provide an effective way to optimize the force system of weaponry support and improve battle effectiveness.

Key Words： Condition based maintenance；Preventive maintenance；Operational readiness；Function test

隨著武器裝備智能化水平不斷提高，復(fù)雜性不斷增加，裝備的測(cè)試性、故障診斷以及維修保障等問題越來越受到人們的重視。當(dāng)前的裝備維修保障方式以修復(fù)性維修為主，從故障測(cè)試定位的角度來說，維修都是反應(yīng)式的而非先導(dǎo)式的，即出現(xiàn)故障以后才能做出反應(yīng)。這種保障方式不能預(yù)測(cè)保障物資、人員或訓(xùn)練的需求，而且需要對(duì)裝備進(jìn)行大量重復(fù)的、定期的檢測(cè)，容易造成裝備損傷從而降低裝備固有可靠性。而且反應(yīng)式維修需要儲(chǔ)備大量的備件、保障設(shè)備和人員，在出現(xiàn)故障時(shí)，常常由于缺乏準(zhǔn)備而不能及時(shí)修復(fù)，影響任務(wù)的執(zhí)行[1]。視情維修由于具有后勤保障規(guī)模小、經(jīng)濟(jì)可承受性好、高效率以及可避免重大安全事故等顯著優(yōu)勢(shì)而具有很好地前景[2-3]。

為了優(yōu)化部隊(duì)裝備維修保障模式和作業(yè)體系，使裝備維修保障的思路由目前的定期修理向視情維修、預(yù)防性維修的方向轉(zhuǎn)變，本文從優(yōu)化裝備維修保障方案出發(fā)，分析研究裝備視情維修、預(yù)防性維修預(yù)測(cè)與決策方法，為裝備維修保障和作戰(zhàn)使用的決策提供支撐，可以有效地降低裝備壽命周期費(fèi)用、提高戰(zhàn)備完好性、延長(zhǎng)使用壽命，對(duì)于優(yōu)化裝備保障力量體系、提高部隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力必將起到積極的作用。

1 裝備綜合維修保障方案優(yōu)化決策

裝備綜合保障方案優(yōu)化決策是通過對(duì)各個(gè)備選方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，從中優(yōu)選出最佳保障方案的過程。裝備保障方案優(yōu)化的評(píng)價(jià)因素很多，歸納起來主要有費(fèi)用、戰(zhàn)備完好性、人力資源、訓(xùn)練、修理級(jí)別、能源、生存性、運(yùn)輸性、保障設(shè)施等因素。各個(gè)評(píng)價(jià)因素從不同角度描述了裝備保障方案的特性，各種分析方法都有各自的評(píng)價(jià)目標(biāo)和適用范圍，在具體選擇評(píng)價(jià)因素和方法時(shí)，要從評(píng)價(jià)目的、工作量、可操作性等方面進(jìn)行綜合考慮。接下來以戰(zhàn)備完好性因素的權(quán)衡分析為例進(jìn)行裝備保障方案的分析決策。

1.1 戰(zhàn)備完好性權(quán)衡分析方法

戰(zhàn)備完好性是指單位接到作戰(zhàn)命令時(shí)，實(shí)施其作戰(zhàn)計(jì)劃的能力[4]。戰(zhàn)備完好性與可靠性和維修性設(shè)計(jì)、保障系統(tǒng)的特性和保障資源數(shù)量與配置有關(guān)。裝備的戰(zhàn)備完好性通常采用使用可用度來度量。使用可用度是與能工作時(shí)間和不能工作時(shí)間有關(guān)的一種可用性參數(shù)，是裝備在使用一段時(shí)間內(nèi)能工作時(shí)間與總時(shí)間的比值。它綜合反映了裝備的硬件、軟件、保障能力和環(huán)境條件，是平時(shí)度量戰(zhàn)時(shí)裝備潛在的戰(zhàn)備完好性的最理想的參數(shù)。通過比較不同保障方案的使用可用度，就可以對(duì)裝備綜合保障方案進(jìn)行戰(zhàn)備完好性的權(quán)衡分析，從備選的綜合保障方案中選取最優(yōu)方案。

1.2 應(yīng)用實(shí)例

以某型裝備為例，其綜合保障方案是在1次大修期內(nèi)安排2次中修、7次小修和10次二級(jí)保養(yǎng)。2次大修之間的保養(yǎng)與修理工作安排如下（保障方案一）：

K-O-T-O-T-O-T-O-C-O-T-O-T-O-C-O-T-O-T-O-K

其中：K為大修；C為中修；T為小修；O為二級(jí)保養(yǎng)。

由于該裝備各系統(tǒng)的可靠性水平低，壽命較短，故考慮進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，提高裝備的可靠性水平，從而形成保障方案二。該方案是在1次大修期內(nèi)安排1次中修、3次小修和5次二級(jí)保養(yǎng)。2次大修之間的保養(yǎng)與修理工作安排如下（保障方案二）：

K-O-T-O-T-O-C-O-T-O-K

其中K為大修；C為中修；T為小修；O為二級(jí)保養(yǎng)。

假設(shè)通過更改設(shè)計(jì)后，每次大修、中修、小修、二級(jí)保養(yǎng)和非計(jì)劃維修所造成的停機(jī)時(shí)間與更改設(shè)計(jì)前相同。各種維護(hù)維修的平均停機(jī)時(shí)間見表1，裝備在各大修間隔期內(nèi)的平均運(yùn)行時(shí)間為900.4h。

經(jīng)計(jì)算，保障方案一的使用可用度為：A1=71.6%。endprint

保障方案二的使用可用度為：A2=76.9%。

由此可知，通過技術(shù)攻關(guān)，提高裝備的可靠性水平，減少裝備維修保障的工作量，可使裝備可用性水平得到提高，不僅可以大幅減少裝備維修保障費(fèi)用，還可以顯著地提高裝備的戰(zhàn)備完好性。在裝備改造費(fèi)用可接受的情況下，保障方案二優(yōu)于保障方案一。

2 裝備預(yù)防性維修預(yù)測(cè)與決策

預(yù)防性維修是通過對(duì)裝備的系統(tǒng)性檢查、檢測(cè)和定期更換以防止功能故障發(fā)生，使其保持在規(guī)定狀態(tài)所進(jìn)行的全部活動(dòng)。預(yù)防性維修是在裝備未發(fā)生故障前預(yù)先進(jìn)行的維修，目的是保持裝備的規(guī)定狀態(tài)，消除故障隱患，防患于未然，主要解決有壽件不同壽的問題。

2.1 備件的更換方式

在裝備實(shí)際維修過程中，備件存在兩種更換方式：全部更換和逐個(gè)更換。

2.1.1 全部更換

全部更換就是每隔預(yù)定的周期，將有關(guān)備件進(jìn)行全部更新，即使在使用期間有的備件因失效而剛剛更換不久，到時(shí)也要全部更換。這種方式適用于價(jià)格低廉而作用量又多的備件。

2.1.2 逐個(gè)更換

逐個(gè)更換就是在預(yù)定的更換時(shí)間內(nèi)如發(fā)生故障，則進(jìn)行更換，更換后重新記錄使用時(shí)間；若無故障，則到更換期時(shí)也要進(jìn)行更換。這種方式適用于價(jià)格較昂貴的備件。

2.2 預(yù)防性維修周期的確定方法

預(yù)防性維修周期的確定針對(duì)出發(fā)點(diǎn)不同通常有以下幾種方法。

（1）根據(jù)平均可用度最大確定預(yù)防性維修周期。

（2）根據(jù)平均總費(fèi)用最低確定預(yù)防性維修周期。

（3）根據(jù)平均可靠度確定預(yù)防性維修周期。

接下來以常用的根據(jù)平均可靠度確定預(yù)防性維修周期的方法為例進(jìn)行深入探討。

2.2.1 根據(jù)任務(wù)可靠度確定維修周期

裝備在實(shí)際使用中，執(zhí)行任務(wù)的時(shí)間并不連續(xù)，對(duì)其已工作了時(shí)間t后，再工作一段時(shí)間△t的可靠度有一定的要求。任務(wù)可靠度是指在執(zhí)行任務(wù)開始時(shí)刻t可靠的條件下，t+△t時(shí)刻后仍可靠的概率，即：

（1）

（1）指數(shù)分布時(shí)，，任務(wù)可靠度與任務(wù)開始以前所積累的工作時(shí)間無關(guān)，故不作預(yù)防性維修。

（2）威布爾分布時(shí)（r=0，m=1），。

（3）若λ（t）不為常數(shù)，可用平均失效率表示，即：

若裝備的失效率服從浴盆曲線，且早期故障已在裝備出廠前剔除，則使用中主要考慮偶然失效和耗損失效，則，且用平均失效率表示，則有。于是可得：

（2）

由任務(wù)可靠度的要求確定維修周期，可按此式以不同的t及任務(wù)時(shí)間△t帶入計(jì)算任務(wù)可靠度，滿足任務(wù)可靠度要求的時(shí)間t即為預(yù)防性維修周期。

2.2.2 根據(jù)平均可靠度最大確定維修周期

設(shè)維修周期T中，平均維修時(shí)間為，平均可用時(shí)間為T-，若壽命服從指數(shù)分布，則平均可靠度為：

（t）dt= （3）

根據(jù)平均可靠度最大，可得：

（4）

2.3 應(yīng)用實(shí)例

某型測(cè)試系統(tǒng)的壽命服從指數(shù)分布，λ=0.0109/d，，求其平均使用可靠度最大時(shí)的維修周期。

由上式可得，T=13.58d，即每?jī)芍芫S修一次，其平均可靠度最大。

3 裝備視情維修預(yù)測(cè)與決策

裝備視情維修是根據(jù)裝備實(shí)際技術(shù)狀態(tài)控制其可靠性的一種維修方式，要求在裝備發(fā)生功能故障前采取措施。此維修方式是以裝備的實(shí)際技術(shù)狀態(tài)為依據(jù)決定是否需要修理，以及維修的深度、范圍和選定必要的維修作業(yè)活動(dòng)。視情維修能夠有效地預(yù)防故障，避免故障造成的損失；同時(shí)又能夠充分利用裝備的工作壽命，減少維修頻度和工作量，以及人為差錯(cuò)造成的故障，提高裝備的可用度。裝備視情維修預(yù)測(cè)與決策，就是在已知檢測(cè)結(jié)果的情況下評(píng)價(jià)裝備技術(shù)狀態(tài)，決定視情維修的周期，即檢測(cè)周期。

接下來以常用的根據(jù)功能檢測(cè)情況確定視情維修檢測(cè)周期的方法為例進(jìn)行深入的探討。

3.1 視情維修檢測(cè)周期的確定方法

裝備在實(shí)際使用中，必須定期進(jìn)行功能檢測(cè)，因而我們可以以此來確定潛在的故障隱患，分析出發(fā)展緩慢的耗損性故障。

功能檢測(cè)必須能夠?qū)蝹€(gè)故障或多重故障的發(fā)生概率控制在規(guī)定的可接受水平之內(nèi)，以確保使用安全和任務(wù)能力。一般可通過檢查次數(shù)n與潛在故障發(fā)展到功能故障（P-F過程）的時(shí)間TB的關(guān)系來確定檢測(cè)周期。

若規(guī)定的故障率的可接受值為F，一次檢測(cè)的故障檢出率為P，在TB時(shí)間要檢查的次數(shù)為n，則有：

（5）

功能檢測(cè)的檢測(cè)周期為：

（6）

3.2 應(yīng)用實(shí)例

某型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的導(dǎo)向葉片需用孔探儀作定期檢查，如發(fā)現(xiàn)葉片有裂紋時(shí)就應(yīng)該拆修發(fā)動(dòng)機(jī)，以防葉片折斷打壞發(fā)動(dòng)機(jī)。葉片從出現(xiàn)裂紋發(fā)展到折斷要經(jīng)過300h，一次孔探儀檢查的精度為0.90?，F(xiàn)要求把葉片在300h內(nèi)折斷的概率控制在0.001，試計(jì)算孔探儀檢查周期。

已知F=0.001，P=0.90，TB=300h，則有n=3，T=100h，即應(yīng)該100h做一次孔探儀檢查。

4 結(jié)論

裝備使用和維修保障是裝備戰(zhàn)斗力的倍增器，裝備使用和維修保障的預(yù)測(cè)與決策直接關(guān)系到裝備全系統(tǒng)全壽命管理的組織與實(shí)施。本文重點(diǎn)研究了裝備維修保障方案優(yōu)化方法、裝備預(yù)防性維修預(yù)測(cè)與決策方法和視情維修預(yù)測(cè)與決策方法，并在裝備實(shí)際使用中加以應(yīng)用，為降低裝備壽命周期費(fèi)用、提高裝備戰(zhàn)備完好性、延長(zhǎng)裝備使用壽命起到了積極的作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 胡冬，謝勁松.故障預(yù)測(cè)與健康管理技術(shù)在導(dǎo)彈武器系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].導(dǎo)彈與航天運(yùn)載技術(shù)，2010（4）：24-25.

[2] 洪晟，陶文輝，路君里，等.基于綜合PHM方法的導(dǎo)彈維修保障綜述[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2012，20（4）：862.

[3] 谷澤陽，李小民.無人機(jī)健康狀態(tài)綜合評(píng)估技術(shù)研究[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2014，22（8）：2501-2502.

[4] 魯培耿，隋景輝.海軍裝備試驗(yàn)常用詞典[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2007.endprint