可靠性、維修性、保障性(RMS)是影響艦船武器裝備的作戰(zhàn)效能、作戰(zhàn)適用性、生存性及壽命期費用的重要因素,而對RMS的參數(shù)要求是承制方確定裝備技術(shù)方案而進行研制、生產(chǎn)和試驗的依據(jù),也是軍方進行監(jiān)控、考核和驗收的重要依據(jù)[1]。
RMS工作的首要任務(wù)之一是科學(xué)地確定RMS參數(shù)體系。艦用燃氣輪機作為一種新型艦船動力在國內(nèi)應(yīng)用時間很短,而RMS研究則剛起步,研究工作還較零散,不系統(tǒng),對艦用燃氣輪機RMS參數(shù)體系的研究還處于空白。本文根據(jù)艦用燃氣輪機的任務(wù)需求和使用環(huán)境特點建立了艦用燃氣輪機的RMS參數(shù)體系,以供艦用燃氣輪機RMS的研究者參考。
艦用燃氣輪機RMS參數(shù)體系的建立,首先必須完備,這不僅僅是為了監(jiān)控承制方,更重要的是只有具備了完備的參數(shù)體系,才能全面科學(xué)地進一步開展對艦用燃氣輪機的RMS驗證與評估工作。
參數(shù)體系還要體現(xiàn)裝備的先進性,在符合現(xiàn)代作戰(zhàn)理念上要有同等先進性,在同時代同類裝備上要有一定的持續(xù)(或可增長)先進性[2]。
艦用燃氣輪機雖然屬于燃氣輪機的一種,但它不僅在結(jié)構(gòu)上和航空燃氣輪機、陸用燃氣輪機不同,而且在任務(wù)需求和使用環(huán)境上也相差甚遠[3,4]。所以,在建立參數(shù)體系時,不能照搬航空燃氣輪機或陸用燃氣輪機的RMS參數(shù)。只有對其原理、結(jié)構(gòu)、功能進行充分分析的基礎(chǔ)上,結(jié)合艦艇對燃氣輪機的任務(wù)需求和使用環(huán)境,才能建立其特有的參數(shù)體系。
建立艦用燃氣輪機RMS參數(shù)體系是RMS驗證與評估工作的基礎(chǔ),而 RMS驗證與評估工作的重要基礎(chǔ)和必要條件是數(shù)據(jù)。因此,RMS參數(shù)數(shù)據(jù)的可采集性在一定程度上代表了RMS參數(shù)的可驗證性。通過對燃氣輪機的研制、試驗和使用中的數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)收集并進行科學(xué)的綜合分析,可以對燃氣輪機的RMS水平、作戰(zhàn)效能做出客觀的評定。通過分析還可以找出燃氣輪機存在的主要問題和薄弱環(huán)節(jié),為改進研制提供科學(xué)的依據(jù)和有力的指導(dǎo)。因此,要保證艦用燃氣輪機RMS要求的驗證評估工作順利開展,必須有較完整、準(zhǔn)確、充分的RMS數(shù)據(jù),才能通過數(shù)據(jù)的收集、分析和利用,對燃氣輪機的RMS水平作出客觀的評價,同時也為其質(zhì)量持續(xù)改進和可靠性增長打下良好的基礎(chǔ)。
所以在建立艦用燃氣輪機RMS參數(shù)體系中的定量參數(shù)時,必須考慮數(shù)據(jù)的可采集性。
在RMS的眾多參數(shù)中,可靠性、維修性和保障性雖然在形式上各有側(cè)重,但又有著千絲萬縷的聯(lián)系,有的是互為支撐,有的是互為制約。
在貫徹RMS標(biāo)準(zhǔn)開展RMS工作中,傳統(tǒng)的觀念是:可靠性應(yīng)當(dāng)是首要的,相比之下維修性和保障工作主要是補充,是支持性的;裝備可靠性好,維修和有關(guān)的保障需求自然就少。實際上,如果過分強調(diào)可靠性,那么不僅在經(jīng)濟上不能達到費用—效能的最佳,而且由于沒有立足于實際工業(yè)基礎(chǔ)及生產(chǎn)工藝水平,使RMS工作偏離了在客觀約束條件下使裝備達到最小投入得到最大產(chǎn)出的初衷。另外,再高的可靠性,不僅和裝備本身有關(guān),而且和使用環(huán)境,使用者的技能有著密切的聯(lián)系,還要考慮戰(zhàn)場的不確定性對裝備可靠性的重要制約性。所以,應(yīng)該綜合權(quán)衡可靠性、維修性和保障性參數(shù)[5,6],使其一體化,從而形成最優(yōu)的參數(shù)體系。
艦用燃氣輪機作為艦船動力系統(tǒng)的重要組成部分,其參數(shù)體系的建立與艦船總體和系統(tǒng)參數(shù)的提出有密切關(guān)系。因此,艦用燃氣輪機RMS參數(shù)體系的建立應(yīng)以艦船裝備RMS參數(shù)體系為基礎(chǔ),充分考慮艦用燃氣輪機的使用、維修特點和任務(wù)需求,同時考慮我國艦用燃氣輪機研制、生產(chǎn)、維修的工業(yè)基礎(chǔ)來確定。
具體思路:根據(jù)我國艦用燃氣輪機研制程序、工業(yè)基礎(chǔ)、技術(shù)狀況、管理特點,分析燃氣輪機功能和組成結(jié)構(gòu)、典型任務(wù)剖面,研究作戰(zhàn)能力對燃氣輪機RMS的需求,在艦船裝備RMS參數(shù)體系研究的基礎(chǔ)上,建立艦用燃氣輪機RMS定量參數(shù)體系和主要定性要求,為進一步建立燃氣輪機RMS模型奠定基礎(chǔ)。
艦用燃氣輪機RMS參數(shù)體系由定量參數(shù)和定性要求兩部分組成。
根據(jù)上述研究思路選取17個參數(shù)作為RMS定量參數(shù)[1,7-12]。
1) 任務(wù)可靠度Rm:裝備在規(guī)定的任務(wù)剖面中完成規(guī)定功能的能力。
2) 平均故障間隔時間(MTBF):可修復(fù)的系統(tǒng)、設(shè)備在相鄰故障間的平均工作時間。
3) 平均嚴(yán)重故障間隔時間(MTBCF):與任務(wù)有關(guān)的一種可靠性參數(shù)。其度量方法是在規(guī)定的一系列任務(wù)剖面中,設(shè)備任務(wù)總時間與嚴(yán)重故障總數(shù)之比。
4) 啟動成功率Rs
5) 強迫停運率RFO:燃氣輪機除大修、檢查、清洗、維護等計劃(含視情維護)停運外的非計劃停運狀態(tài)。
6) 強迫降負荷率RFD
7) 使用壽命Tλ:在規(guī)定的使用條件下,具有可接受的故障率的工作時間區(qū)間。
8) 平均修復(fù)時間(MTTR):排除一次故障所需時間的平均值。其中排除故障的時間僅包括從維修操作準(zhǔn)備開始到完成修復(fù)工作,使產(chǎn)品恢復(fù)到規(guī)定狀態(tài)所使用的時間,而不包括由于管理或后勤供應(yīng)等原因所發(fā)生的延誤時間。
9) 恢復(fù)功能用的任務(wù)時間(MTTRF):在規(guī)定的任務(wù)剖面內(nèi),設(shè)備致命性故障的總維修時間與致命性故障總數(shù)之比。
10)提前拆修率(PRR):在大修間隔期內(nèi)發(fā)生故障的燃氣輪機數(shù)量占總?cè)細廨啓C數(shù)量的比例。
11)實際平均可達壽命TDMAL:在一年內(nèi),拆卸的燃氣輪機(包括到壽命期限燃氣輪機和發(fā)生故障的燃氣輪機)運行的時間總和與拆卸的燃氣輪機數(shù)量之比。
12) 保障設(shè)備利用率RSEU:使用已有的保障設(shè)備數(shù)量與需要的保障設(shè)備數(shù)量之比。
13) 備件滿足率RSA:在規(guī)定的時間周期內(nèi),某個維修級別實際使用的備件數(shù)量與維修需要的備件數(shù)量之比。
14) 備件使用率RSU:在規(guī)定的時間周期內(nèi),某個維修級別實際使用的備件數(shù)量與能夠提供的備件數(shù)量之比。
15) 故障檢測率(FDR):在規(guī)定期限內(nèi)和規(guī)定條件下用規(guī)定的方法能夠正確檢測出的故障數(shù)與所發(fā)生的故障總數(shù)之比。
式中,D0為正確檢測出的故障數(shù);D1為所發(fā)生的故障總數(shù)。
16) 故障隔離率(FIR):在規(guī)定的期限內(nèi),產(chǎn)品被檢測出的故障,在規(guī)定的條件下用規(guī)定的方法能夠正確隔離到少于或等于I個可更替單位的百分?jǐn)?shù)。
式中,I0為故障中定位到規(guī)定可更換單元的故障數(shù);I1為檢測到的故障數(shù)。
17) 虛警率(FAR):在規(guī)定的期限內(nèi),測試裝置發(fā)生的虛警次數(shù)與顯示的故障總數(shù)之比。
式中,N0為設(shè)備發(fā)生的虛報警數(shù);N1為實際發(fā)生的故障數(shù)。
將上述艦用燃氣輪機RMS定量參數(shù)進行分類表達,形成艦用燃氣輪機RMS定量參數(shù)的基本集(表1)。
RMS定性要求是定量參數(shù)的補充,是RMS要求的重要組成部分。艦用燃氣輪機的RMS定性要求根據(jù)其特點提出不同要求。
1) 可靠性定性要求有:采用成熟技術(shù)、簡化設(shè)計、熱設(shè)計、降額設(shè)計、環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計、冗余設(shè)計、人—機工程設(shè)計、確定關(guān)鍵件和重要件、軟件工程等。
2) 維修性定性要求有:可達性、標(biāo)準(zhǔn)化(通用化、系列化、組合化)、互換性、防差錯措施及識別標(biāo)記、維修安全、維修技能、維修通道、維修工具和設(shè)備等。
表1 艦用燃氣輪機RMS定量要求參數(shù)基本集
注:
1) △表示適用; ○表示選用。
2) 測試性參數(shù)這里主要針對燃氣輪機的控制系統(tǒng)部分。
3) 對于保障資源中的保障設(shè)施利用率、人員培訓(xùn)率等一般針對艦船總體和系統(tǒng)級提出。
3) 保障性定性要求有:保障設(shè)備要求[13]、人員與人力要求、供應(yīng)保障要求、訓(xùn)練與訓(xùn)練保障要求、技術(shù)資料要求、計算機資源保障要求、包裝運輸貯存裝卸、接口設(shè)計要求等。
4) 測試性定性要求有:故障定位能力、綜合測試能力等。
艦用燃氣輪機RMS定性要求詳見表2。
艦用燃氣輪機RMS參數(shù)體系的建立是艦用燃氣輪機RMS研究工作的重要內(nèi)容。本文立足于國內(nèi)艦用燃氣輪機工業(yè)基礎(chǔ),結(jié)合RMS工作的時代發(fā)展,綜合考慮多種因素,提出了艦用燃氣輪機RMS參數(shù)體系,對各項目做了明確的定義,對定量參數(shù)給出了計算公式,可作為艦用燃氣輪機RMS研究的參考。
表2 艦用燃氣輪機RMS定性要求基本集
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