祝華遠(yuǎn)，趙功偉，崔亞君，王靈芝，劉俊瀛

(海軍航空工程學(xué)院青島分院，山東 青島266041)

武器裝備在投入使用后能否形成保障能力，本質(zhì)上取決于裝備系統(tǒng)的保障特性，既要求主裝備本身具有便于保障的設(shè)計(jì)特性，又要求保障系統(tǒng)具有能夠?qū)χ餮b備實(shí)施有效保障的特性。與保障有關(guān)的裝備設(shè)計(jì)特性有可靠性、維修性、測(cè)試性等，凡是能使裝備便于保障或易于保障的設(shè)計(jì)特性都屬于裝備保障特性，它反映裝備可保障，即需保障和易保障的程度。評(píng)估是重要而有效的輔助決策手段，為支持做好航空裝備壽命周期，尤其是使用階段的保障特性考核驗(yàn)證工作，建立科學(xué)完善的評(píng)估指標(biāo)體系至為關(guān)鍵。

1 航空裝備保障特性綜合評(píng)估指標(biāo)體系構(gòu)建原則

建立評(píng)估指標(biāo)體系是一項(xiàng)很困難的工作，一般來說，評(píng)估指標(biāo)的范圍越寬，數(shù)量越多，確立評(píng)估指標(biāo)就越難，處理和建模過程就越復(fù)雜，歪曲系統(tǒng)本質(zhì)特性的可能性就越大。航空裝備保障特性綜合評(píng)估指標(biāo)體系構(gòu)建原則如下。

系統(tǒng)性原則。評(píng)估指標(biāo)體系能全面、系統(tǒng)地反映航空裝備保障特性各方面的特征和綜合情況，緊扣主要因素。

可測(cè)性原則。選用的評(píng)估指標(biāo)應(yīng)有可靠的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)，能夠進(jìn)行科學(xué)量化。

獨(dú)立性原則。各指標(biāo)之間不能相容，即不能相互代替或包含。

指標(biāo)節(jié)省原則。在不遺漏重要解釋因素的基礎(chǔ)上，應(yīng)使評(píng)估指標(biāo)盡可能的少。因?yàn)楫?dāng)構(gòu)建綜合評(píng)估模型進(jìn)行評(píng)估時(shí)，如評(píng)估指標(biāo)過多，會(huì)造成指標(biāo)間的多重相關(guān)性，進(jìn)而降低模型精度。

2 初擬航空裝備保障特性綜合評(píng)估指標(biāo)體系

裝備綜合保障的最終目標(biāo)是以可承受的壽命周期費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)武器裝備的戰(zhàn)備完好性、任務(wù)成功性和持續(xù)作戰(zhàn)能力要求，最終滿足平時(shí)和戰(zhàn)時(shí)的使用要求［1，2］，即航空裝備保障特性評(píng)估指標(biāo)應(yīng)能反映裝備戰(zhàn)備完好性、任務(wù)成功性、持續(xù)作戰(zhàn)能力及保障費(fèi)用等。

對(duì)于航空裝備保障特性，美軍一般選用使用可用度AO、能執(zhí)行任務(wù)率RMC作為平時(shí)的戰(zhàn)備完好性參數(shù);由于要求軍用飛機(jī)(特別是戰(zhàn)斗機(jī))具有較強(qiáng)的作戰(zhàn)能力，并能夠最大限度地連續(xù)出擊，選用出動(dòng)強(qiáng)度或出動(dòng)架次率RSG作為戰(zhàn)時(shí)的戰(zhàn)備完好性參數(shù);另，根據(jù)軍用飛機(jī)平時(shí)和戰(zhàn)時(shí)連續(xù)出動(dòng)的使用特點(diǎn)，一般選用再次出動(dòng)準(zhǔn)備時(shí)間TTA作為軍用飛機(jī)的系統(tǒng)保障性參數(shù)［3～5］。我軍一般選用使用可用度AO、固有可用度Ai作為裝備戰(zhàn)備完好性參數(shù);對(duì)于任務(wù)成功性，一般選用任務(wù)可靠度RM、任務(wù)成功概率PMC來表征;對(duì)于持續(xù)作戰(zhàn)能力，一般選用出動(dòng)架次率RSG，再次出動(dòng)準(zhǔn)備時(shí)間TTA等;對(duì)于壽命周期費(fèi)用，一般選用每飛行小時(shí)的直接維修費(fèi)用CDMF等［6-8］。

GJB 1909.5—94《武器裝備可靠性維修性保障性參數(shù)選擇—軍用飛機(jī)》在附錄中指出，根據(jù)作戰(zhàn)使用要求，在戰(zhàn)備完好性方面，可選用使用可用度AO、再次出動(dòng)準(zhǔn)備時(shí)間TTA、出動(dòng)架次率RSG等參數(shù);在任務(wù)成功性方面，可選用任務(wù)成功概率PMC等參數(shù);在維修人力及保障費(fèi)用方面，可選用平均故障間隔飛行小時(shí)TFBF、每飛行小時(shí)直接維修工時(shí)MDMMH/FH等參數(shù)。

基于以上分析，初擬的航空裝備保障特性綜合評(píng)估指標(biāo)體系如表1 所示。

表1 初擬的航空裝備保障特性綜合評(píng)估指標(biāo)體系

3 航空裝備保障特性綜合評(píng)估指標(biāo)篩選

3.1 使用可用度AO 與能執(zhí)行任務(wù)率RMC

使用可用度AO與能執(zhí)行任務(wù)率RMC均是航空裝備的戰(zhàn)備完好性參數(shù)，用來描述航空裝備執(zhí)行其任務(wù)的能力，用于評(píng)估航空裝備的作戰(zhàn)適應(yīng)性，把傳統(tǒng)的可靠性及維修性分析、后勤保障分析以及使用分析等所獲得的結(jié)果綜合成一種對(duì)實(shí)際作戰(zhàn)能力有實(shí)際意義的總體度量參數(shù)。

使用可用度AO與能執(zhí)行任務(wù)率RMC都可表示為航空裝備的能工作時(shí)間同能工作時(shí)間與不能工作時(shí)間之和的比，其不同之處在于，能執(zhí)行任務(wù)率RMC僅作為武器裝備外場(chǎng)統(tǒng)計(jì)用的戰(zhàn)備完好性參數(shù)，一般都利用時(shí)間比的百分?jǐn)?shù)來定義和計(jì)算。使用可用度AO除了用時(shí)間比來定義和計(jì)算外，還可用可靠性及維修性參數(shù)和保障系統(tǒng)參數(shù)來計(jì)算，不僅可以用于外場(chǎng)統(tǒng)計(jì)，還可用于試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)。根據(jù)可測(cè)性和獨(dú)立性原則，選用使用可用度AO作為航空裝備平時(shí)戰(zhàn)備完好性評(píng)估指標(biāo)。

3.2 任務(wù)可靠度RM 與任務(wù)成功概率PMC

在GJB 1909A—2009《裝備可靠性維修性保障性要求論證》附錄C 中給出的任務(wù)成功度的定義是“軍用飛機(jī)任務(wù)可靠性的概率度量。其計(jì)算方法為:按規(guī)定的任務(wù)剖面，成功完成任務(wù)次數(shù)與任務(wù)總次數(shù)之比?！币话憷猛鈭?chǎng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，其計(jì)算公式為

式中:NS為任務(wù)成功次數(shù);NC為成功出動(dòng)次數(shù)。

GJB 1909.5—94《裝備可靠性維修性參數(shù)選擇和指標(biāo)確定要求—軍用飛機(jī)》任務(wù)成功概率PMC的定義為“在規(guī)定任務(wù)剖面內(nèi)，產(chǎn)品能完成規(guī)定任務(wù)的概率?！睂?duì)于飛機(jī)整機(jī)來說，將“完成規(guī)定任務(wù)”認(rèn)為是“完成飛行任務(wù)”。

任務(wù)成功概率PMC度量方法為

式中:NS為任務(wù)成功次數(shù);NT為總的任務(wù)次數(shù)。

從內(nèi)涵上講，任務(wù)可靠度RM度量中的“完成任務(wù)的次數(shù)”是指成功出動(dòng)的次數(shù)中完成任務(wù)的次數(shù);而任務(wù)成功概率PMC度量中所用的“完成任務(wù)的次數(shù)”是指規(guī)定出動(dòng)的次數(shù)中完成任務(wù)的次數(shù);在GJB451A—2005《可靠性維修性保障性術(shù)語》［20］中對(duì)成功概率的定義為“產(chǎn)品在規(guī)定的條件下成功完成規(guī)定功能的概率。它通常適用于一次性使用產(chǎn)品。”因此任務(wù)成功概率PMC一般用來表征像導(dǎo)彈、彈藥等一次性使用的裝備，而航空裝備是屬于可間歇使用的裝備。為了更好地表征裝備任務(wù)成功性，選用任務(wù)可靠度RM作為航空裝備任務(wù)成功性評(píng)估指標(biāo)。

3.3 每飛行小時(shí)直接維修工時(shí)MDMMH/FH與每飛行小時(shí)直接維修費(fèi)用CDMF

每飛行小時(shí)直接維修費(fèi)用CDMF度量方法為

式中:C 為單位工時(shí)費(fèi);CMMF為每飛行小時(shí)維修器材費(fèi)用。

可以看出，CDMF和MDMMH/FH兩個(gè)指標(biāo)之間有包含關(guān)系。根據(jù)獨(dú)立性原則，只能選擇其一;鑒于前者會(huì)隨著時(shí)間和地點(diǎn)的推移而不斷發(fā)生變化，選用每飛行小時(shí)直接維修工時(shí)LDMF作為維修人力及保障費(fèi)用指標(biāo)。

篩選后的航空裝備保障特性綜合評(píng)估指標(biāo)體系如表2所示。

4 航空裝備保障特性綜合評(píng)估指標(biāo)分解

4.1 使用可用度AO

GJB451A—2005《可靠性維修性保障性術(shù)語》［20］使用可用度Ao的定義為“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)。其一種度量方法為產(chǎn)品能工作時(shí)間與能工作時(shí)間、不能工作時(shí)間的和之比。”

由使用可用度的定義可知其度量模型如下

式中:TO為工作時(shí)間;TS為待命時(shí)間(能工作不工作時(shí)間);TCM為修復(fù)性維修總時(shí)間;TPM預(yù)防性維修總時(shí)間;TD為管理和延誤保障時(shí)間。

表2 篩選后的航空裝備保障特性綜合評(píng)估指標(biāo)體系

由于待命時(shí)間和延誤時(shí)間與部隊(duì)的使用策略和使用管理水平有關(guān)，在裝備設(shè)計(jì)過程中不能控制，在工程中可使用可達(dá)可用度Aa為綜合參數(shù)，進(jìn)行可靠性維修性單項(xiàng)要求的分解與權(quán)衡。Aa不用日歷時(shí)間計(jì)算，用實(shí)際消耗的時(shí)間計(jì)算。則可達(dá)可用度為

式中:TBF為平均故障間隔時(shí)間;TMT為平均維修時(shí)間，包括MCT平均修復(fù)時(shí)間和MPT平均預(yù)防性維修時(shí)間。

平均故障間隔時(shí)間TBF度量方法為

式中:K2為運(yùn)行比;Ke為環(huán)境因子;TFBF為飛機(jī)平均故障間隔飛行小時(shí)。

如只考慮裝備保障特性，平均故障間隔時(shí)間TBF又可由裝備可靠性參數(shù)飛機(jī)平均故障間隔飛行小時(shí)TFBF來表征。

4.2 任務(wù)可靠度RM

假設(shè)任務(wù)故障服從指數(shù)分布，則任務(wù)可靠度RM可用如下計(jì)算公式

式中:T 為飛機(jī)任務(wù)時(shí)間;TBCF為飛機(jī)平均嚴(yán)重故障間隔時(shí)間。

飛機(jī)平均嚴(yán)重故障間隔時(shí)間TBCF度量方法為

式中:K4為致命性故障因子。

可以看出，任務(wù)可靠度RM在一定程度上也可用裝備可靠性參數(shù)飛機(jī)平均故障間隔飛行小時(shí)TFBF來表征。

4.3 出動(dòng)架次率RSG

在GJB 1909A—2009《裝備可靠性維修性保障性要求論證》附錄C 中對(duì)出動(dòng)架次率RSG的定義為“度量軍用飛機(jī)在規(guī)定的使用及維修保障方案下，每架飛機(jī)每天能夠出動(dòng)的次數(shù)，也稱單機(jī)出動(dòng)率或戰(zhàn)斗出動(dòng)強(qiáng)度。”它是軍用飛機(jī)最常用的戰(zhàn)時(shí)戰(zhàn)備完好性參數(shù)，計(jì)算模型如下

式中:TFL為飛機(jī)每天能飛行的小時(shí)數(shù);TDU為飛機(jī)平均每次飛行的小時(shí)數(shù);TGM為飛機(jī)地面運(yùn)動(dòng)時(shí)間;TTA為飛機(jī)再次出動(dòng)準(zhǔn)備時(shí)間;TCM為飛機(jī)每出動(dòng)架次的平均修復(fù)性維修時(shí)間;TPM為飛機(jī)每出動(dòng)架次的平均預(yù)防性維修時(shí)間;TAB為飛機(jī)每出動(dòng)架次的平均戰(zhàn)斗損傷修理時(shí)間。

出動(dòng)架次率是飛機(jī)連續(xù)出動(dòng)能量的度量，是反映航空兵部隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力的重要參數(shù)，與飛機(jī)的可靠性、維修性、測(cè)試性、維修保障能力、機(jī)場(chǎng)條件、氣象條件和機(jī)場(chǎng)條件等因素有關(guān)，與戰(zhàn)時(shí)要求直接相關(guān)，對(duì)平時(shí)訓(xùn)練沒有意義，因?yàn)樵谄綍r(shí)訓(xùn)練中，飛機(jī)的出動(dòng)架次率明顯低于其實(shí)際能力。

由于TFL、TDU、TGM與飛機(jī)使用要求緊密相關(guān)，TAB與戰(zhàn)斗損傷率與部隊(duì)損傷修理能力密切相關(guān)，均與裝備保障特性關(guān)聯(lián)度很小，平均維修時(shí)間TMT包含每出動(dòng)架次的平均修復(fù)時(shí)間TCM和每出動(dòng)架次的平均預(yù)防性維修時(shí)間TPM，故如只考慮裝備保障特性，出動(dòng)架次率RSG可用裝備維修性參數(shù)TMT和再次出動(dòng)準(zhǔn)備時(shí)間TTA來表征。

5 航空裝備保障特性綜合評(píng)估指標(biāo)體系

測(cè)試性是指產(chǎn)品能及時(shí)并準(zhǔn)確地確定其狀態(tài)(可工作、不可工作或性能下降)，并隔離其內(nèi)部故障的能力，通常作為維修性的一部分。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，特別是信息技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，航空裝備日趨復(fù)雜，測(cè)試性的地位和作用更加突出。目前，測(cè)試性已經(jīng)成為一種獨(dú)立的保障特性。表征裝備測(cè)試性的主要參數(shù)有故障檢測(cè)率RFD、故障隔離率RFI、虛警率RFA等。對(duì)于裝備測(cè)試性，遵循指標(biāo)節(jié)省原則，可用綜合指標(biāo)ST來表征［9，10］

通過對(duì)初擬的航空裝備保障特性綜合評(píng)估指標(biāo)體系進(jìn)行篩選和分解，構(gòu)建的航空裝備保障特性綜合評(píng)估指標(biāo)體系如表3 所示，評(píng)估指標(biāo)與航空裝備綜合保障目標(biāo)之間的關(guān)系如圖1 所示。

表3 航空裝備保障特性綜合評(píng)估指標(biāo)體系

圖1 評(píng)估指標(biāo)與航空裝備綜合保障目標(biāo)之間的關(guān)系

6 結(jié)束語

基于航空裝備綜合保障目標(biāo)要求，通過定性分析、指標(biāo)篩選和分解，建立了航空裝備保障特性綜合評(píng)估指標(biāo)體系，可為考核驗(yàn)證航空裝備壽命周期、尤其是使用階段的保障特性提供支持，并可為其他裝備保障特性綜合評(píng)估指標(biāo)體系構(gòu)建工作提供指導(dǎo)和借鑒。

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