艦炮武器系統(tǒng)維修性指標(biāo)驗(yàn)證方法

袁 軍，郝兆鈞，王寄明

(1.海軍裝備部，陜西 西安 710054；2.中國(guó)船舶工業(yè)系統(tǒng)工程研究院，北京 100094)

隨著艦炮武器系統(tǒng)技術(shù)的高速發(fā)展和進(jìn)步，艦炮裝備復(fù)雜化和費(fèi)用昂貴的局面越來(lái)越突出，因而對(duì)于艦炮武器系統(tǒng)的通用質(zhì)量特性的要求也越來(lái)越高。其中，維修性是艦炮武器系統(tǒng)的基本屬性之一，是與艦炮武器系統(tǒng)維修密切相關(guān)的設(shè)計(jì)特性[1]，反映了系統(tǒng)維修是否具備方便、快捷、經(jīng)濟(jì)的能力。艦炮武器系統(tǒng)如果維修問(wèn)題處理不好，不僅可能導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)損失，而且還可能因?yàn)椴荒芗皶r(shí)修復(fù)導(dǎo)致裝備使用效能的降低。因此，提高維修性水平是提升艦炮武器系統(tǒng)質(zhì)量和使用效能的重要手段[2]。

與此同時(shí)，在裝備鑒定或定型階段，為了更直接地證明艦炮武器系統(tǒng)的維修性水平是否滿足規(guī)定的維修性要求，需要開(kāi)展有針對(duì)性的維修性驗(yàn)證工作，并以之作為艦炮武器系統(tǒng)維修性鑒定和驗(yàn)收的依據(jù)[3]。

維修性驗(yàn)證工作一般由指定的試驗(yàn)機(jī)構(gòu)或由訂購(gòu)方和承制方聯(lián)合進(jìn)行試驗(yàn)、分析和評(píng)價(jià)工作，開(kāi)展維修性驗(yàn)證試驗(yàn)環(huán)境應(yīng)盡可能地與裝備的實(shí)際使用和維修環(huán)境保持一致或接近，其所用的保障資源也應(yīng)盡可能地與規(guī)劃的需求相一致[4]。開(kāi)展的試驗(yàn)工作要有足夠的樣本量，在嚴(yán)格的監(jiān)控下進(jìn)行實(shí)際維修作業(yè)，按照規(guī)定的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和判據(jù)，并詳細(xì)記錄[5]。

艦炮武器系統(tǒng)一般由機(jī)械部分和電氣部分組成，由于兩者在故障模式、維修環(huán)境、維修方式以及保障資源等方面相差較大，因此，艦炮武器系統(tǒng)維修性的定量要求也分為電氣部分平均故障修復(fù)時(shí)間(MTTRe)以及機(jī)械部分平均故障修復(fù)時(shí)間(MTTRm)，并分別開(kāi)展維修性驗(yàn)證工作。目前，現(xiàn)有的裝備維修性驗(yàn)證試驗(yàn)方法雖然較為成熟[6]，但由于裝備本身故障模式、維修環(huán)境、維修方式以及保障資源等方面不會(huì)存在較大差異，所需驗(yàn)證的維修性指標(biāo)也往往為單一指標(biāo)[7]，因此，對(duì)于艦炮武器系統(tǒng)這種機(jī)、電一體化裝備，目前還沒(méi)有完全適用的維修性指標(biāo)驗(yàn)證方法。

1 艦炮武器系統(tǒng)維修性驗(yàn)證方法

艦炮武器系統(tǒng)維修性指標(biāo)驗(yàn)證試驗(yàn)屬于統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)，要通過(guò)正規(guī)的試驗(yàn)方法，及時(shí)做出裝備維修性是否滿足要求的判定。

1.1 艦炮武器系統(tǒng)維修性指標(biāo)驗(yàn)證方法實(shí)施過(guò)程

艦炮武器系統(tǒng)維修性指標(biāo)驗(yàn)證方法實(shí)施過(guò)程如圖1所示。

1.2 確定試驗(yàn)方法

1.2.1 明確維修時(shí)間統(tǒng)計(jì)要求

首先，應(yīng)制定維修時(shí)間統(tǒng)計(jì)準(zhǔn)則。維修時(shí)間統(tǒng)計(jì)準(zhǔn)則是維修性試驗(yàn)時(shí)間數(shù)據(jù)收集與分析的依據(jù)，一般應(yīng)包含如下內(nèi)容：明確維修時(shí)間中各時(shí)間要素的定義、明確不應(yīng)計(jì)入統(tǒng)計(jì)的時(shí)間項(xiàng)。針對(duì)艦炮武器系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，機(jī)械部分和電氣部分平均故障修復(fù)時(shí)間統(tǒng)計(jì)準(zhǔn)則一般有：艦炮武器系統(tǒng)平均故障修復(fù)時(shí)間(艦員級(jí))是從試驗(yàn)人員到達(dá)裝備使用地開(kāi)始計(jì)算，對(duì)故障的現(xiàn)場(chǎng)可更換單元(LRU)采取換件修復(fù)，統(tǒng)計(jì)計(jì)算LRU在裝備上進(jìn)行故障隔離定位與隔離、接近、拆卸、更換、調(diào)整和檢驗(yàn)等時(shí)間。

其次，應(yīng)明確維修時(shí)間統(tǒng)計(jì)原則。一般來(lái)說(shuō)，除了明確不計(jì)算在內(nèi)的時(shí)間外，所有的維修停機(jī)時(shí)間，都應(yīng)在統(tǒng)計(jì)計(jì)算之內(nèi)。艦炮武器系統(tǒng)的故障修復(fù)時(shí)間是從維修人員到達(dá)裝備所在地進(jìn)行維修開(kāi)始計(jì)算，為便于拆卸待修復(fù)LRU而需打開(kāi)維修口蓋或者拆卸其他LRU，則打開(kāi)維修口蓋以及拆卸其他LRU的時(shí)間均應(yīng)計(jì)入該LRU的平均故障修復(fù)時(shí)間內(nèi)，進(jìn)行故障定位、隔離時(shí)，分析確定故障的時(shí)間也應(yīng)計(jì)入故障修復(fù)時(shí)間中，由裝備原發(fā)故障引起的從屬故障，其修復(fù)時(shí)間也應(yīng)計(jì)入統(tǒng)計(jì)時(shí)間內(nèi)。

而由于未遵守維修技術(shù)手冊(cè)和承制單位培訓(xùn)中規(guī)定的操作程序而造成維修和操作錯(cuò)誤所花費(fèi)的時(shí)間，排除因保障設(shè)備的安裝、拆卸或操作導(dǎo)致的故障所消耗的時(shí)間，意外損傷的修復(fù)時(shí)間，由模擬故障引起的從屬故障修復(fù)時(shí)間，以及由于維修工具、資料、設(shè)備、備件等產(chǎn)生的延誤時(shí)間等，均不計(jì)入LRU的修復(fù)時(shí)間。

1.2.2 明確試驗(yàn)要求和確認(rèn)技術(shù)狀態(tài)

首先，應(yīng)明確試驗(yàn)要求。一般情況下，艦炮武器系統(tǒng)的平均故障修復(fù)時(shí)間的指標(biāo)是訂購(gòu)方在研制要求中專(zhuān)門(mén)提出的。另外，根據(jù)需要，明確規(guī)定承制方風(fēng)險(xiǎn)α和訂購(gòu)方風(fēng)險(xiǎn)β，具體數(shù)值由雙方共同商定。

其次，應(yīng)明確艦炮武器系統(tǒng)技術(shù)狀態(tài)。要確認(rèn)艦炮武器系統(tǒng)的技術(shù)狀態(tài)是否與計(jì)劃交付的狀態(tài)一致，包括系統(tǒng)內(nèi)LRU組成和連接關(guān)系、LRU安裝情況、故障診斷方式以及設(shè)備和LRU的故障率。

1.2.3 明確艦炮武器系統(tǒng)維修方案

對(duì)于艦炮武器系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，維修方案主要涉及維修級(jí)別(艦員級(jí))以及維修級(jí)別下所具備的維修保障資源、維修人員數(shù)量和專(zhuān)業(yè)技能水平。

1.2.4 確定試驗(yàn)方法

確定試驗(yàn)方法時(shí)，應(yīng)根據(jù)合同中要求的維修性參數(shù)、風(fēng)險(xiǎn)率、維修時(shí)間分布假設(shè)以及試驗(yàn)經(jīng)費(fèi)和進(jìn)度要求等諸多因素綜合考慮，在保證滿足不超過(guò)訂購(gòu)方風(fēng)險(xiǎn)的條件下，盡量選擇樣本量少、試驗(yàn)費(fèi)用少、試驗(yàn)時(shí)間短的方法。

在GJB 2072《維修性試驗(yàn)與評(píng)定》規(guī)定了11種試驗(yàn)方法。艦炮武器系統(tǒng)維修性的定量要求包括電氣部分平均故障修復(fù)時(shí)間以及機(jī)械部分平均故障修復(fù)時(shí)間，并假設(shè)機(jī)械部分和電氣部分的維修時(shí)間分布未知。綜合考慮合同中規(guī)定的維修性參數(shù)、風(fēng)險(xiǎn)率、試驗(yàn)經(jīng)費(fèi)和試驗(yàn)進(jìn)度，選擇GJB 2072《維修性試驗(yàn)與評(píng)定》中編號(hào)9的試驗(yàn)方法作為艦炮武器系統(tǒng)維修性指標(biāo)驗(yàn)證方法[3]，如表1所示。

表1 艦炮武器系統(tǒng)維修性指標(biāo)驗(yàn)證方法

1.3 確定試驗(yàn)樣本量和樣本分配

確定艦炮武器系統(tǒng)維修性驗(yàn)證試驗(yàn)的樣本量可分為兩步：先確認(rèn)需要開(kāi)展試驗(yàn)的裝備類(lèi)型和數(shù)目，再確定每個(gè)裝備的試驗(yàn)樣本。

維修性驗(yàn)證試驗(yàn)中，只有樣本量足夠多，才能反映總體的維修性水平，如果樣本量過(guò)小，會(huì)失去其統(tǒng)計(jì)意義。艦炮武器系統(tǒng)維修性驗(yàn)證試驗(yàn)樣本量，可根據(jù)表1艦炮武器系統(tǒng)維修性指標(biāo)驗(yàn)證方法確定為不少于30個(gè)。艦炮武器系統(tǒng)維修性驗(yàn)證試驗(yàn)中，為了縮短試驗(yàn)時(shí)間，本方法擬經(jīng)過(guò)承制方和訂購(gòu)方商定后，采取模擬故障產(chǎn)生的維修作業(yè)作為試驗(yàn)樣本。

此外，采用模擬故障時(shí)，在什么部位、排除什么故障，需合理地分配到各有關(guān)零部件上，以保證能檢驗(yàn)整機(jī)的維修性。維修作業(yè)樣本的分配屬于統(tǒng)計(jì)抽樣的應(yīng)用范圍，是以裝備的復(fù)雜性、可靠性為基礎(chǔ)的，應(yīng)按照產(chǎn)品各組成LRU的相對(duì)故障發(fā)生頻率將維修作業(yè)樣本分配到各LRU，并盡可能保證每個(gè)LRU至少有一個(gè)維修作業(yè)樣本。在樣本量固定的情況下，采用按比例分層抽樣法進(jìn)行維修作業(yè)分配。

各LRU試驗(yàn)分配的樣本量可由式(1)計(jì)算得到：

Ni=CpiN，

(1)

(2)

式中：Ni為第i項(xiàng)LRU試驗(yàn)分配的樣本量；N為預(yù)先確定的試驗(yàn)樣本量；Cpi為各LRU的故障相對(duì)發(fā)生頻率；Qi為各設(shè)備中LRU的數(shù)量；λi為各項(xiàng)LRU的故障率；Ti為各LRU的工作時(shí)間和全系統(tǒng)工作時(shí)間之比；i為系統(tǒng)內(nèi)艦員級(jí)LRU的項(xiàng)數(shù)；K為系統(tǒng)內(nèi)艦員級(jí)LRU的總項(xiàng)數(shù)。

由于各LRU試驗(yàn)分配的樣本量需要取整數(shù)，各LRU試驗(yàn)分配的樣本量之和可能略超過(guò)預(yù)先確定的試驗(yàn)樣本量。

1.4 故障模擬

在艦炮武器系統(tǒng)維修性驗(yàn)證試驗(yàn)中，可按照分配的樣本數(shù)隨機(jī)抽取維修作業(yè)進(jìn)行試驗(yàn)，一般采用人為方法進(jìn)行故障的模擬。

1.5 試驗(yàn)結(jié)果評(píng)估

艦炮武器系統(tǒng)電氣部分平均故障修復(fù)時(shí)間(MTTRe)的樣本均值及方差分別為

(3)

(4)

則艦炮武器系統(tǒng)電氣部分平均故障修復(fù)時(shí)間(MTTRe)試驗(yàn)結(jié)果評(píng)估按式(5)判斷規(guī)則，如果

(5)

則符合維修性指標(biāo)要求而接收，否則拒絕。

同樣，艦炮武器系統(tǒng)機(jī)械部分平均故障修復(fù)時(shí)間(MTTRm)的樣本均值及方差分別為

(6)

(7)

則艦炮武器系統(tǒng)機(jī)械部分平均故障修復(fù)時(shí)間(MTTRm)試驗(yàn)結(jié)果評(píng)估按式(8)判斷規(guī)則，如果

(8)

則符合維修性指標(biāo)要求而接收，否則拒絕。

2 案例分析

某型艦炮武器系統(tǒng)根據(jù)研制要求，在定型階段開(kāi)展維修性驗(yàn)證工作，以此為案例，說(shuō)明艦炮武器系統(tǒng)維修性指標(biāo)驗(yàn)證方法的可行性。

樣本量初步確定為30，并采用按比例分層抽樣法對(duì)電氣部分和機(jī)械部分進(jìn)行維修作業(yè)分配，如表2、3所示。其中，各設(shè)備和LRU的故障率分別根據(jù)設(shè)備可靠性水平以及設(shè)備可靠性分配分析得到。

表2 電氣部分維修性驗(yàn)證試驗(yàn)比例分層抽樣分配

表3 機(jī)械部分維修性驗(yàn)證試驗(yàn)比例分層抽樣分配

電氣部分和機(jī)械部分維修樣本均為30個(gè)。依據(jù)試驗(yàn)樣本量和分配方法進(jìn)行故障模擬，開(kāi)展維修性驗(yàn)證試驗(yàn)并記錄數(shù)據(jù)，如表4所示。

表4 電氣及機(jī)械部分維修性驗(yàn)證結(jié)果記錄表 單位：h

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行維修性評(píng)估，得到電氣部分和機(jī)械部分評(píng)估結(jié)果,如表5、6所示。

表5 艦炮武器系統(tǒng)電氣部分維修性指標(biāo)評(píng)估結(jié)果

表6 艦炮武器系統(tǒng)機(jī)械部分維修性指標(biāo)評(píng)估結(jié)果

因此可知，該型艦炮武器系統(tǒng)維修性指標(biāo)滿足指標(biāo)要求要求。

3 結(jié)束語(yǔ)

艦炮武器系統(tǒng)為機(jī)、電一體化裝備，維修性定量要求包括電氣部分平均故障修復(fù)時(shí)和機(jī)械部分平均故障修復(fù)時(shí)間。為了完成艦炮武器系統(tǒng)維修性定量要求的驗(yàn)證，筆者給出了一種艦炮武器系統(tǒng)維修性指標(biāo)驗(yàn)證的方法，包括確定試驗(yàn)方法、確定試驗(yàn)樣本量和樣本分配、故障模擬以及試驗(yàn)結(jié)果評(píng)估等相關(guān)內(nèi)容等相關(guān)內(nèi)容。該方法適用于艦炮武器系統(tǒng)的維修性指標(biāo)驗(yàn)證和考核，為進(jìn)一步完善艦炮武器系統(tǒng)通用質(zhì)量特性體系打下了基礎(chǔ)。

艦炮武器裝備全壽命周期中，維修性信息的收集、分析和管理可以為裝備設(shè)計(jì)改進(jìn)、新裝備維修性指標(biāo)論證提供寶貴的信息，對(duì)于裝備“六性”工作具有重要的意義。目前，艦炮裝備的維修性信息收集、分析和管理工作較為零散，未來(lái)可加強(qiáng)維修性信息收集、分析和管理工作，建立相關(guān)信息管理體系。