中國船舶重工集團(tuán)公司第七一○研究所 喬永珍

1.引言

在當(dāng)前形勢和條件下，武器裝備已經(jīng)成為世界各國研究和關(guān)注的重點(diǎn)。隨著武器裝備的不斷發(fā)展，組合引信方面也取得了相當(dāng)大的發(fā)展。

因此組合引信系統(tǒng)的維修和維修性是制約其發(fā)展的一個(gè)重要因素。因?yàn)榻M合引信系統(tǒng)無論是和平年代還是戰(zhàn)時(shí)時(shí)期都是非常重要的武器裝備系統(tǒng)，武器裝備的使用由于其操作和使用性能等因素勢必會帶來維修和維修性問題，所以研究和探討武器裝備的維修和維修性就顯得十分重要和必要。本文就組合引信系統(tǒng)的維修和維修性建模做一分析研究。

2.組合引信系統(tǒng)的維修和維修性

組合引信系統(tǒng)維修是指為使組合引信系統(tǒng)保持或恢復(fù)到規(guī)定狀態(tài)所進(jìn)行的全部活動(dòng)。根據(jù)武器系統(tǒng)的目的與時(shí)機(jī)可以分為：(1)武器系統(tǒng)的修復(fù)性維修：是指武器系統(tǒng)和裝備發(fā)生故障后，使其恢復(fù)到規(guī)定狀態(tài)所進(jìn)行的全部維修活動(dòng)。(2)預(yù)防性維修：是指通過對組合引信接收器系統(tǒng)的系統(tǒng)檢測、檢查和發(fā)現(xiàn)故障征兆并采取措施以防止故障發(fā)生，使其保持在規(guī)定狀態(tài)所進(jìn)行的全部維修活動(dòng)。

組合引信系統(tǒng)維修是指維修性是指武器裝備在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)按規(guī)定的程序和方法進(jìn)行維修時(shí)保持或恢復(fù)其規(guī)定狀態(tài)的能力。

3.組合引信系統(tǒng)的維修性建模

3.1 組合引信系統(tǒng)維修性模型的種類

從模型的性質(zhì)和形式分類，組合引信系統(tǒng)維修性模型的分類如圖1所示。

描述性模型：主要是運(yùn)用文字形式簡明闡述系統(tǒng)的構(gòu)成、環(huán)境、功能層次、要求以及維修事件、維修活動(dòng)、維修作業(yè)步驟和維修任務(wù)的描述。這類模型用于維修性預(yù)計(jì)、分配中的有關(guān)輔助描述。隨著維修性領(lǐng)域研究的深入，它會向定量模型靠近。

流程圖和圖解式模型：通常用來顯示維修作業(yè)體制職能和維修時(shí)間組成部分之間的基本邏輯關(guān)系。如維修職能流程圖、系統(tǒng)功能層次圖和維修時(shí)間分解圖等。它可以為維修性的定量研究提供支持。

計(jì)算模型：是維修系統(tǒng)各種參數(shù)和變量的數(shù)學(xué)邏輯關(guān)系的抽象表達(dá)。是維修性定量分析的重要工具。

仿真模型：它是運(yùn)用通用的計(jì)算機(jī)程序語言或?qū)Ｓ玫哪M語言編寫的計(jì)算機(jī)程序模型。對整個(gè)壽命周期中的工作進(jìn)行模擬，根據(jù)仿真得出的統(tǒng)計(jì)量，確定存在的問題和可能改進(jìn)的范圍。

3.2 建立維修性模型的原則

(1)真實(shí)性，模型必須客觀真實(shí)地反映所研究的現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的本質(zhì)。

(2)目的性，模型的建立要針對研究目的，預(yù)計(jì)和分配建立的模型也不盡一致。

(3)清晰性，明確地描述所研究的維修性問題。

(4)經(jīng)濟(jì)性，模型要繁簡適宜，經(jīng)濟(jì)適用。

(5)適應(yīng)性，適應(yīng)系統(tǒng)所處的環(huán)境和內(nèi)部條件。

3.3 維修性建模的步驟

(1)收集資料：主要包括：1)功能層次及其框圖；2)維修性建模的約束；3)系統(tǒng)的可靠性維修性定量要求和定性要求；4)可靠性分析的資料。

(2)確定目的：確定目的包括兩個(gè)方面，即建模的時(shí)機(jī)和建模的用途。

(3)確定建模的參數(shù)：由于維修性通常用維修時(shí)間、維修工時(shí)及故障隔離率等來表示，因此，維修性模型大致包括維修時(shí)間、維修工時(shí)及故障隔離率等模型。確定建模的參數(shù)要在上述兩項(xiàng)工作的基礎(chǔ)上進(jìn)行，參考GJB1909-94確定。最常規(guī)定的參數(shù)是平均修復(fù)時(shí)間(MTTR)。

(4)選用適用的模型。

(5)建立維修性模型。

3.4 系統(tǒng)維修性模型

3.4.1 平均修復(fù)時(shí)間(MTTR)模型

GJB451-89中，MTTR定義為：在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，產(chǎn)品在任一規(guī)定的維修等級上，修復(fù)性維修總時(shí)間與在該等級上被修復(fù)產(chǎn)品的故障總數(shù)之比。

假設(shè)系統(tǒng)由n個(gè)單元組成，各單元的故障率λi，已知各單元平均修復(fù)時(shí)間，系統(tǒng)平均修復(fù)時(shí)間為：

3.4.2 系統(tǒng)維修時(shí)間與系統(tǒng)維修事件的維修時(shí)間的關(guān)系模型

系統(tǒng)的維修時(shí)間是由各不相同的維修事件所需時(shí)間組成的，它們之間的關(guān)系可以通過“全概率公式”進(jìn)行描述。

在研究系統(tǒng)的修復(fù)時(shí)間時(shí)，αi與產(chǎn)生維修事件的故障所對應(yīng)的故障率相關(guān)，即：

式中，iλ表示產(chǎn)生第i個(gè)維修事件的故障所對應(yīng)的故障率。

在研究系統(tǒng)的預(yù)防維修時(shí)間時(shí)，iα與維修事件發(fā)生的頻率相關(guān)，即：

3.4.3 維修事件的維修時(shí)間與相關(guān)維修活動(dòng)時(shí)間的關(guān)系模型

維修事件的維修時(shí)間與相關(guān)維修活動(dòng)時(shí)間的關(guān)系模型有時(shí)也稱為“白箱”維修性數(shù)學(xué)模型。維修事件確定以后，根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和維修方案等，能夠確定出相應(yīng)的維修活動(dòng)或基本維修作業(yè)順序。歸結(jié)起來看，維修活動(dòng)或基本維修作業(yè)順序有3種形式：串行、并行及網(wǎng)絡(luò)。

串行作業(yè)模型：

一個(gè)維修事件是由多項(xiàng)維修活動(dòng)和基本維修作業(yè)或基本活動(dòng)組成。如果各維修活動(dòng)或基本維修作業(yè)是按一定順序依次進(jìn)行的，前一個(gè)作業(yè)完成后后一個(gè)作業(yè)開始，既不重疊也不間斷，我們就稱為串行維修作業(yè)，見圖2。在這種情況下，完成一次維修事件的時(shí)間就等于各維修活動(dòng)或基本維修作業(yè)時(shí)間的累加值。

設(shè)：T-完成某維修事件的維修時(shí)間，Ti-該次維修中第i項(xiàng)串行作業(yè)時(shí)間，M(t)-該次維修事件或活動(dòng)在時(shí)間t內(nèi)完成的概率，Mi(t)-第i項(xiàng)串行維修作業(yè)在時(shí)間t內(nèi)完成的概率，m-表示基本維修作業(yè)(或基本維修活動(dòng))的數(shù)目。則：

圖1 組合引信系統(tǒng)維修性模型的分類

其中：

并行作業(yè)模型：

如果構(gòu)成一個(gè)事件的各項(xiàng)活動(dòng)(或作業(yè))同時(shí)開始，則為并行作業(yè)。在復(fù)雜系統(tǒng)中，并行作業(yè)的情況很可能出現(xiàn)，常常由多人同時(shí)進(jìn)行維修，以縮短維修持續(xù)時(shí)間。因此，在并行作業(yè)中，維修事件應(yīng)是各項(xiàng)活動(dòng)時(shí)間的最大值，即：

該次維修事件或活動(dòng)在時(shí)間t內(nèi)完成的概率M(t)可近似表示為：

網(wǎng)絡(luò)作業(yè)模型：

如果組成維修事件的各項(xiàng)活動(dòng)（或基本維修作業(yè)）既不是串行又不是并行關(guān)系，一般說來無法直接用簡單的數(shù)學(xué)模型關(guān)系描述。此時(shí)，可采用網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃技術(shù)或隨即網(wǎng)絡(luò)理論來計(jì)算維修時(shí)間，也可采用網(wǎng)絡(luò)仿真的方法計(jì)算維修時(shí)間。

3.4.4 維修工時(shí)的數(shù)學(xué)模型

由維修工時(shí)的定義可知，其維修事件的維修工時(shí)Mci為：

式中，iα——第i個(gè)維修事件發(fā)生的概率；n——系統(tǒng)中的維修事件數(shù)。

3.5 組合引信系統(tǒng)任務(wù)維修性模型

3.5.1 組合引信系統(tǒng)任務(wù)維修性模型的特點(diǎn)

組合引信系統(tǒng)任務(wù)維修性模型對應(yīng)于任務(wù)可靠性模型，而任務(wù)可靠性模型是根據(jù)任務(wù)剖面建立的，可能有串聯(lián)、并聯(lián)、表決、冷貯備及其組合等多種形式的模型，且因任務(wù)而異。實(shí)際上任務(wù)維修性也與系統(tǒng)任務(wù)剖面有關(guān)，同時(shí)還與給定的任務(wù)剖面內(nèi)的維修原則(即維修時(shí)規(guī)定的狀態(tài))有關(guān)，這反映以下兩個(gè)特點(diǎn)：

在規(guī)定的任務(wù)剖面內(nèi)維修時(shí)機(jī)發(fā)生變化。首先是在規(guī)定的任務(wù)剖面內(nèi)有可能將預(yù)防性維修工作壓至最少，即減少了工作內(nèi)容和頻率；其次是在任務(wù)剖面內(nèi)對不影響任務(wù)的故障并不馬上著手進(jìn)行修理，往往需要等到一個(gè)任務(wù)結(jié)束時(shí)或系統(tǒng)喪失所需功能時(shí)才一并對故障單元進(jìn)行維修處理。這也可能降低了修復(fù)性維修的工作頻率，但有可能延長了各維修事件所需的時(shí)間。

維修內(nèi)容發(fā)生改變。由于任務(wù)剖面的特殊性，有的情況下并不要求將所有故障全部排除，只是能恢復(fù)必須功能即可；而在條件允許時(shí)則需修復(fù)全部項(xiàng)目，這都需要改變維修過程中的工作內(nèi)容，使完成各維修事件所需的資源發(fā)生改變，如維修時(shí)間變長或縮短。

由以上特點(diǎn)可以看出，組合引信系統(tǒng)任務(wù)維修性與系統(tǒng)所執(zhí)行的任務(wù)類型密切相關(guān)(體現(xiàn)在相應(yīng)的任務(wù)可靠性模型上)；其次是與各任務(wù)剖面中對維修所要求的規(guī)定狀態(tài)有關(guān)。第一個(gè)特點(diǎn)用于解決維修事件的種類與頻率的確定，由于預(yù)防性維修主要由預(yù)防維修計(jì)劃確定，可以控制其預(yù)防性維修頻率及內(nèi)容。第二個(gè)特點(diǎn)用于解決各維修事件所需的維修時(shí)間或資源的確定。

3.5.2 組合引信系統(tǒng)維修策略

組合引信系統(tǒng)維修策略分為以下3種：

維修策略——指對系統(tǒng)進(jìn)行維修時(shí)預(yù)先所規(guī)定的修復(fù)原則。不同的維修策略所消耗的維修資源將會不同。本指南只采用了最小維修和最大維修兩種維修策略，在實(shí)際工作中可能有多種。

最小維修策略——所謂最小維修就是只修復(fù)影響任務(wù)成功的關(guān)鍵部件，如故障的串聯(lián)單元、最容易修復(fù)的故障冗余單元（對一個(gè)冗余系統(tǒng)中僅修復(fù)一個(gè)單元即可，且只維修其平均修復(fù)時(shí)間最短的冗余單元），或其組合，使系統(tǒng)能在最短的時(shí)間內(nèi)繼續(xù)執(zhí)行任務(wù)。

最大維修策略——?jiǎng)t是指一旦開展維修則修復(fù)全部故障單元。

在規(guī)定的任務(wù)剖面內(nèi)，系統(tǒng)可靠性框圖模型已經(jīng)建立。典型的任務(wù)剖面維修要求為：在任務(wù)期間，只要系統(tǒng)沒有產(chǎn)生影響任務(wù)的故障則不進(jìn)行維修；在任務(wù)期間，如果出現(xiàn)系統(tǒng)故障，則進(jìn)行最小維修或最大維修。至于實(shí)際采用何種維修策略乃至其他的維修策略，則需根據(jù)具體情況或維修規(guī)定來定；任務(wù)結(jié)束后，如果系統(tǒng)中存在單元故障則進(jìn)行最大維修。

4.結(jié)束語

綜上所述，我們了解了武器裝備系統(tǒng)維修性的重要性。文中提出了組合引信系統(tǒng)的維修性建模的種類和建立模型的原則。通過研究組合引信系統(tǒng)維修模型中的平均修復(fù)時(shí)間（MTTR）模型、系統(tǒng)維修時(shí)間與系統(tǒng)維修事件的維修時(shí)間的關(guān)系模型、維修事件的維修時(shí)間與相關(guān)維修活動(dòng)時(shí)間的關(guān)系模型以及維修工時(shí)的數(shù)學(xué)模型4種模型，得知武器裝備維修建模的各種模式。同時(shí)，探討了武器裝備任務(wù)維修性模型的特點(diǎn)及其維修策略。