羅 衛(wèi) 宋翰林

（中國(guó)人民解放軍91663 部隊(duì)，山東 青島 266071）

0 前言

備件供應(yīng)保障是確定裝備使用與維修所需備件的品種和數(shù)量，并解決它們的籌措、分配、供應(yīng)、儲(chǔ)運(yùn)、調(diào)撥以及裝備停產(chǎn)后的備件供應(yīng)等問(wèn)題的管理與技術(shù)活動(dòng)。其目標(biāo)是使裝備使用與維修中所需備件能得到及時(shí)和充分的供應(yīng)，并使備件的庫(kù)存費(fèi)用降至最低。為此，備件供應(yīng)保障主要解決兩個(gè)方面的問(wèn)題：一是，確定裝備備件的需求量，主要是確定保障時(shí)效期內(nèi)備件的品種和需求量，備件的需求量與裝備上工作部件的可靠性和使用時(shí)間有密切的關(guān)系；二是，確定裝備備件的庫(kù)存量，庫(kù)存量的大小取決于對(duì)庫(kù)存量的合理控制[1]。上述兩個(gè)方面的問(wèn)題由于受諸多不確定因素的影響，因此要準(zhǔn)確、合理地確定備件的需求量和庫(kù)存量實(shí)際上是極其復(fù)雜的工作。

1 備件的分類(lèi)

（1）按供應(yīng)的時(shí)間可分為：

安裝備件：保障設(shè)備/系統(tǒng)安裝所需的備件，包括在安裝、試驗(yàn)和評(píng)價(jià)維修設(shè)備/系統(tǒng)所需的常用和散裝件（如連接件、電纜）以及零部件。

初始備件：在裝備部署初期（1～2 年），用于保持和恢復(fù)裝備設(shè)計(jì)性能所必需的不可修復(fù)件和部分可修復(fù)件。不可修復(fù)件包括消耗性備件和部分易損壞備件。 可修復(fù)件主要提供修理周轉(zhuǎn)的更換件。 初始備件是從承制方那里采購(gòu) （或者是承制方制造或者是承制方從轉(zhuǎn)承制方、供應(yīng)方得到）的。

后續(xù)備件：在裝備穩(wěn)定使用階段，為保持和恢復(fù)裝備的設(shè)計(jì)性能所必需的可修復(fù)件和不可修復(fù)件。 該類(lèi)備件是承制方向使用方推薦的訂貨備件，作為已消耗掉的初始備件的補(bǔ)充件，由使用方選擇訂貨。

（2）按壽命分布分為：

指數(shù)壽命件：其故障率為常數(shù)；

正態(tài)壽命件：其故障率依賴(lài)時(shí)間；

威布爾壽命件。

（3）按結(jié)構(gòu)屬性分為：

電子件備件：其壽命分布一般按指數(shù)分布處理；

機(jī)械件備件：其壽命分布一般可按正態(tài)分布處理，屬限壽件，按壽命長(zhǎng)短又可進(jìn)一步劃分為全壽件 （整個(gè)服役期內(nèi)除執(zhí)行規(guī)定的保養(yǎng)外，不需翻修）、單壽件（對(duì)應(yīng)一個(gè)浴盆盆底長(zhǎng)度即翻修時(shí)限）、短壽件（基層級(jí)預(yù)防維修件，也叫易損件備件）；

其它件備件：如橡塑件、木材等，一般不假定壽命分布，其壽命按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)給出，也歸入限壽件。

（4）按可恢復(fù)性分為：

可修復(fù)件備件：可以通過(guò)修復(fù)性維修恢復(fù)其全部規(guī)定功能的件的備件；

不修復(fù)件備件：不能通過(guò)修復(fù)性維修恢復(fù)其全部規(guī)定功能或不值得修復(fù)的件的備件，又稱(chēng)為一次性備件。

（5）按備件存放時(shí)的狀態(tài)分為：

待修備件：不能使用的可修復(fù)備件；

準(zhǔn)備發(fā)放備件： 具有使用功能和滿(mǎn)足操作規(guī)范的可以發(fā)放的備件，該備件可以是新的、修復(fù)的或大修好的。

（6）按維修級(jí)別分為基層級(jí)備件、中繼級(jí)備件和基地級(jí)備件。

（7）從購(gòu)置費(fèi)用角度分為昂貴件和一般件。

（8）從對(duì)系統(tǒng)功能影響角度分為關(guān)鍵件和一般件。

（9）從標(biāo)準(zhǔn)化角度分為標(biāo)準(zhǔn)件和非標(biāo)準(zhǔn)件。

（10）按供貨源分為通用件（市售件）、專(zhuān)用件（制造廠(chǎng)產(chǎn)品）。

2 備件消耗因素分析

備件消耗率反映了裝備的可更換單元對(duì)備件需要的程度。引起備件消耗的因素是多方面的，它不僅與可更換單元的故障率有關(guān)，而且與維修策略、使用管理、零部件對(duì)損壞的敏感性等多種因素相關(guān)。在預(yù)計(jì)備件消耗率時(shí)，應(yīng)考慮下述因素的影響[2]。

（1）可更換單元的基本故障率（λ）

基本故障率是指當(dāng)可更換單元的環(huán)境因素、質(zhì)量等級(jí)、工作狀態(tài)等都符合規(guī)定的基準(zhǔn)條件時(shí)，該可更換單元的故障率，它僅與可更換單元的種類(lèi)、結(jié)構(gòu)、工藝有關(guān)?？筛鼡Q單元的故障率對(duì)備件消耗率有著最直接的影響。故障率從可更換單元本身的固有可靠性反映出使用過(guò)程中需要備件的趨勢(shì)。提高可更換單元的固有可靠性是降低備件消耗率的根本措施。 但可更換單元的故障率并不等于備件消耗率。 裝備發(fā)生故障后不一定都需要備件，而裝備未出現(xiàn)故障時(shí)，由于人為損壞或丟失備件，或進(jìn)行預(yù)防性維修等卻有可能需要備件[3]。

（2）環(huán)境影響因素

裝備所處的環(huán)境不同，其可更換單元的備件消耗率可能會(huì)大不相同。 參考可靠性預(yù)計(jì)方法和外軍的研究， 將裝備的使用環(huán)境分為好、中、差三類(lèi)。不同結(jié)構(gòu)屬性的部件受環(huán)境的影響程度也不同：對(duì)于電子器件，由于溫度、濕度、風(fēng)沙、振動(dòng)等環(huán)境因素影響，其備件消耗率會(huì)較大，所以其環(huán)境影響系數(shù)較大；非電子產(chǎn)品中的非金屬件次之；而金屬件受環(huán)境因素影響最小。各類(lèi)器件對(duì)應(yīng)不同環(huán)境的環(huán)境影響因子見(jiàn)表1。

表1 環(huán)境影響系數(shù)

（3）零部件對(duì)損壞的敏感性

在裝備搬運(yùn)、裝配與維修中，可能因人為差錯(cuò)、不按操作規(guī)程和嚴(yán)酷使用等而使備件遭受損壞。在裝配時(shí)，可能因安裝工具而損壞備件，在維修時(shí)，也可能由于調(diào)整不當(dāng)?shù)葥p壞備件，這是由于人為差錯(cuò)造成的，與該件本身的故障率并無(wú)關(guān)系，它與零部件對(duì)損壞的敏感性有關(guān)。敏感性系數(shù)取值見(jiàn)表2。

表2 敏感性系數(shù)

（4）修復(fù)性影響因素

故障單元修復(fù)后，仍可作為備件繼續(xù)使用，修復(fù)性影響考慮的就是單元故障后， 可修復(fù)比例對(duì)備件消耗的影響。 決策時(shí)， 可以根據(jù)FMEA 和相似產(chǎn)品的數(shù)據(jù)直接給出修復(fù)比例。 另外，也可以對(duì)修復(fù)性進(jìn)行分類(lèi)，分為可修、部分可修和不可修三類(lèi)，對(duì)應(yīng)的修復(fù)性影響系數(shù)見(jiàn)表3。

表3 修復(fù)性影響系數(shù)

（5）使用頻率

預(yù)計(jì)備件消耗率時(shí)，必須考慮可更換單元的使用頻率。 正常使用與非正常使用對(duì)備件消耗率也有著較大的影響。 非正常使用一方面表現(xiàn)為使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或應(yīng)力應(yīng)變狀況超出原設(shè)計(jì)規(guī)定的使用條件；另一方面，則表現(xiàn)為由于使用過(guò)少或沒(méi)有使用（如未定期通電、開(kāi)機(jī)、運(yùn)轉(zhuǎn)等），造成某些零部件變質(zhì)或性能下降。 使用頻率系數(shù)取值見(jiàn)表4。

表4 使用頻率系數(shù)

（6）備件管理

零部件因松動(dòng)而脫落，在維護(hù)、修理和保管中丟失以及因保管不善而造成的備件失效等，都會(huì)引起備件消耗量的增加。

（7）預(yù)防性維修消耗

在預(yù)防性維修中，特別是定時(shí)更換策略下，所導(dǎo)致的備件消耗。備件的預(yù)防性維修消耗數(shù)等于年度預(yù)防性更換次數(shù)，該值依裝備的預(yù)防性維修方案、計(jì)劃而確定。

3 備件的供應(yīng)模型

備件數(shù)量是備件供應(yīng)保障過(guò)程的核心問(wèn)題。確定某項(xiàng)備件數(shù)量所涉及的重要因素有很多，包括：該備件的可靠性；裝備上使用該備件的數(shù)量；備件可用概率；該備件對(duì)任務(wù)成敗的關(guān)鍵性；該備件的費(fèi)用等。就裝備維修來(lái)講，在確定備件要求時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮到：

（1）修復(fù)性維修和預(yù)防性維修實(shí)際所需備件。

（2）補(bǔ)償因在實(shí)施維修過(guò)程中可修復(fù)件的維修周轉(zhuǎn)所需備件的額外儲(chǔ)備。 用備件換下可修復(fù)件送修至修復(fù)返回作為備件，需要維修周轉(zhuǎn)時(shí)間，特別是中繼級(jí)或基地級(jí)維修工作繁忙，需等待時(shí)間愈長(zhǎng)，補(bǔ)償所需的備件數(shù)就愈多。

（3）補(bǔ)償因采購(gòu)備件從訂貨到交貨的時(shí)間所需備件的額外儲(chǔ)備。

（4）補(bǔ)償可修復(fù)件無(wú)法修復(fù)而報(bào)廢所需備件的額外儲(chǔ)備。

3.1 初始備件的供應(yīng)模型

備件數(shù)量主要取決于裝備中該部件的數(shù)量及它的壽命分布規(guī)律。據(jù)統(tǒng)計(jì)，壽命服從指數(shù)分布的部件約占全部部件的90%左右，電子件的壽命分布一般均可按指數(shù)分布處理。下面我們尋求指數(shù)壽命件備件需求量的計(jì)算模型[4]。

設(shè)裝備中第種部件的壽命服從指數(shù)分布，故障率為λ，裝備在兩兩不重迭的各個(gè)時(shí)間間隔]中，該類(lèi)部件出現(xiàn)的故障相互獨(dú)立，且在[t,t+Δ t ]內(nèi)最多出現(xiàn)一個(gè)故障(Δt→0)，即：

Δt→0 時(shí)，0·Δt 為高階無(wú)窮小，那么在 [0,t ]內(nèi)，當(dāng)備件量kpi為零，即kpi=0 時(shí)，裝備的可靠工作概率為：

當(dāng)備件量kpi=1 時(shí)，裝備的可靠工作概率為：

當(dāng)備件量kpi=k 時(shí)，裝備的可靠工作概率為：

這樣根據(jù)系統(tǒng)可靠工作的概率要求和第種部件的平均故障率，就可以計(jì)算出該種備件的需求數(shù)量。 于是我們可以得到：

若裝備中某部件的壽命服從指數(shù)分布，該部件的備件需求量可按下式確定：

其中：P——裝備中某部件要求的備件保障度；

j——遞增變量，從0 開(kāi)始逐一遞增至某s 值，使上式右邊值≥P；

s——所需備件數(shù)量；

n——裝備中該部件的件數(shù)；

λ——該部件的故障率；

t——保障時(shí)效內(nèi)裝備累積工作時(shí)數(shù)， 對(duì)不同情況t 應(yīng)分別處理：

（1）對(duì)不可修復(fù)件，t 取保障時(shí)效期內(nèi)裝備累積工作時(shí)數(shù)（h）或備件更新周期內(nèi)裝備累積工作時(shí)數(shù)（h）；

（2）對(duì)可修復(fù)件又分兩種情況：①基層級(jí)更換，后送中繼級(jí)或基地級(jí)修復(fù)，此時(shí)取修理周轉(zhuǎn)期內(nèi)裝備累積工作時(shí)數(shù)（h）；②在基層級(jí)對(duì)該件進(jìn)行修復(fù)，此時(shí)當(dāng)滿(mǎn)足該件的平均故障間隔時(shí)間（MTBF）遠(yuǎn)大于該件的平均修復(fù)時(shí)間（MTTR）時(shí)，在至少準(zhǔn)備一個(gè)供換件修理的情況下，t 取該件的 MTTR（h）。

3.2 后續(xù)備件供應(yīng)模型

隨裝備一起交付部隊(duì)的初始備件，是研制單位根據(jù)裝備的各種戰(zhàn)技術(shù)性能和相似裝備的備件消耗情況而配備的，只能體現(xiàn)裝備備件消耗的一般規(guī)律。 后續(xù)備件是裝備進(jìn)入穩(wěn)定使用階段需求的備件，體現(xiàn)的是該裝備備件消耗的具體規(guī)律，由使用部隊(duì)根據(jù)裝備初始保障期的實(shí)際使用情況，統(tǒng)計(jì)備件消耗規(guī)律，修訂初始備件供應(yīng)而確定的。一般由使用部隊(duì)向軍械處申報(bào)下一年需請(qǐng)領(lǐng)的備件計(jì)劃，所以后續(xù)備件供應(yīng)一般以年為單位來(lái)計(jì)算，也可稱(chēng)為年度備件需求量。

如果裝備使用信息收集的及時(shí)完整，并且能夠準(zhǔn)確地確定零部件的預(yù)防性和修復(fù)性維修更換間隔時(shí)間，則可按下述模型計(jì)算：

（1）對(duì)不可修復(fù)件，確定備件數(shù)量的計(jì)算模型為：

式中：S——所需備件數(shù)；

N——裝備總數(shù)；

n——每臺(tái)裝備上該部件的件數(shù)；

Top——供應(yīng)保障計(jì)劃時(shí)效期；

TBR——部件的平均維修更換間隔時(shí)間

TBRpt——預(yù)防性維修更換間隔時(shí)間；

TBRct——修復(fù)性維修更換間隔時(shí)間；

μ——備件廢品率。

（2）對(duì)可修復(fù)件，其修復(fù)后將歸入周轉(zhuǎn)備件繼續(xù)使用，所以確定的是周轉(zhuǎn)期內(nèi)的備件數(shù)量，計(jì)算模型為：

式中：Tom——備件修復(fù)周轉(zhuǎn)時(shí)間；

τ——修復(fù)后可繼續(xù)使用的百分?jǐn)?shù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)各種影響備件消耗因素的分析，針對(duì)耗損類(lèi)型的備件和可修復(fù)類(lèi)型的備件，建立了數(shù)學(xué)模型。 通過(guò)該模型可以預(yù)計(jì)裝備工作在標(biāo)準(zhǔn)條件下的備件需求量，以準(zhǔn)確地反映裝備備件供應(yīng)保障的實(shí)際情況，為裝備綜合保障決策提供科學(xué)的依據(jù)。

［1］陳學(xué)楚.裝備系統(tǒng)工程[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2005.

［2］李建平，石全，甘茂治.裝備戰(zhàn)場(chǎng)搶修理論與應(yīng)用[M].北京：兵器工業(yè)出版社，2000.

［3］周正伐.可靠性工程基礎(chǔ)[M].北京：宇航出版社，1999.

［4］方龍耀.彈藥倉(cāng)庫(kù)保障力量需求數(shù)學(xué)計(jì)算模型探討[J].倉(cāng)儲(chǔ)管理與技術(shù)，2005.