楊明華，王國剛，梁 濤，韓小平

（1.裝甲兵工程學院 兵器工程系，北京 100072；2.廣州軍區(qū)裝甲裝備修理大隊，湖南 郴州 423026）

維修性仿真試驗理想故障診斷時間標準確定方法的研究

楊明華1，王國剛1，梁 濤2，韓小平1

（1.裝甲兵工程學院 兵器工程系，北京 100072；2.廣州軍區(qū)裝甲裝備修理大隊，湖南 郴州 423026）

為了更好地定量、定性分析維修性水平，應用于維修性仿真試驗中故障診斷時間數(shù)據(jù)的獲取，論文提出了理想故障診斷時間標準的概念。在制定理想故障診斷時間標準的過程中，選取典型故障診斷事件，以客觀統(tǒng)計的方法收集理想診斷時間數(shù)據(jù)，再對故障診斷基本操作單元分析、分解、歸類，得到理想故障診斷時間標準。理想故障診斷時間不受維修性定性因素的影響，得到的是純粹的定量指標，在維修性仿真試驗中相對一般的維修時間標準更具有通用性，使用范圍更加廣泛。

維修性；故障診斷；理想時間標準

0 引言

時間標準是在適當考慮操作者的疲勞及個人生理需求和不可避免的延誤情況下，對完成已規(guī)定方法的工作量的時間度量[1]。維修時間標準是指在規(guī)定條件下，按規(guī)定的方法和程序進行維修，完成特定的維修操作所消耗的標準時間。在維修性虛擬仿真試驗中，維修時間標準的制定是維修性預計、維修性評價的關鍵步驟。維修時間包括故障診斷時間和維修作業(yè)時間，石家莊軍械工程學院維修工程研究所借鑒工業(yè)工程領域的時間標準研究給出了維修作業(yè)時間標準制定的一般步驟和方法，由于考慮到故障診斷消耗時間變化大，沒有給出故障診斷的時間標準制定方法[2]。

維修時間的長短受維修對象的維修過程屬性影響很大，過程屬性屬于維修性定性要求范疇[3]，所以在傳統(tǒng)的維修性評價中，對維修對象的維修過程屬性進行了重復評價。因此本文提出理想維修時間的概念，即不受維修對象的維修過程屬性影響的純粹維修時間。相應的理想維修時間包括理想故障診斷時間和理想維修作業(yè)時間。理想維修作業(yè)時間標準的制定可以完全脫胎于維修作業(yè)時間標準的制定，所以本文在維修作業(yè)標準制定方法的基礎上進一步分析理想故障診斷時間標準定義及特點，以某武器系統(tǒng)基層級維修時間數(shù)據(jù)為依據(jù)[4]，研究故障診斷的理想時間標準的制定方法。

1 理想故障診斷時間標準

理想故障診斷時間標準中的 “標準時間”體現(xiàn)的應是平均水平的維修人員在標準的不受維修過程屬性影響的理想維修作業(yè)狀態(tài)下，以正常速度完成的故障診斷操作所消耗的時間。由于一般情況下操作時間與參數(shù)調(diào)整校核、模塊化、可達性、標準化、識別標志等都有一定的關系，而理想故障診斷時間不考慮以上不確定因素的影響，是處于理想環(huán)境下所得的診斷時間，因此理想故障診斷時間標準相對于一般的維修時間標準的相對時間變化要更小，即可信度更高。理想故障診斷時間標準的制定的前提假設為：①每個故障診斷事件只包含一個故障的診斷；②每個故障診斷事件都獨立且成功。另外參考工業(yè)時間標準特點，理想故障診斷時間標準應具備以下兩個特點[8]：

（1）客觀統(tǒng)計性。對于同一個故障診斷操作，雖然對作業(yè)進行了理想化，但每次完成所消耗的時間還是會有變化，整體上這些時間的量還是具有穩(wěn)定性的，相對變化較小。因此理想故障診斷時間標準的獲取應統(tǒng)計多次測量值或估算值，進行回歸處理后得到標準時間。

（2）條件普適性。所制定的理想故障診斷時間標準在具有普遍適用性的同時應考慮其時間標準的約束條件。理想故障診斷時間標準的制定條件是，維修對象的故障診斷過程中，維修人員以最舒服的姿態(tài)，最方便的工具，最簡單的維修路徑進行作業(yè)。

2 理想故障診斷時間標準制定過程與方法

2.1 選取典型故障診斷事件

原則上制定武器系統(tǒng)理想故障診斷時間標準應收集所有可能發(fā)生的故障診斷事件，對每一個事件進行分解、分析，達到基本涵蓋故障診斷工作所涉及的所有單元，從而確保理想故障診斷時間標準的全面性。由于系統(tǒng)復雜維修事件過多，考慮到很多故障診斷事件分解后的作業(yè)單元存在較多交叉與包含的關系，而且理想故障診斷操作測得的基本操作單元的時間更具有通用性，因此制定理想故障診斷時間標準過程中選取故障診斷事件的數(shù)量可大大減少。所以在理想時間標準制定過程中只需選取部分典型事件進行分析。

典型故障診斷事件選取應遵循以下四個原則：①所選的故障診斷事件應盡量覆蓋武器系統(tǒng)的各分系統(tǒng)的各個功能單元；②優(yōu)先選取診斷操作過程復雜繁瑣的故障診斷事件；③盡量避免選取故障診斷過程存在較多的交叉與包含關系故障診斷事件；④優(yōu)先選取發(fā)生頻率高的故障診斷事件。

2.2 故障診斷作業(yè)分解分析

對于指定維修級別的裝備故障診斷方案主要有BIT、ATE、人工測試，采用人工測試時，又分為需要拆卸和不需要拆卸作業(yè)兩種情況。當系統(tǒng)采用BIT或ATE進行測試時，故障診斷時間可根據(jù)BIT及ATE性能直接得出，這時一般不需要拆卸作業(yè)。如果不能直接隔離到可更換單元，而只能隔離到可更換單元組時，則需進一步的人工測試或交替更換。當故障信息完全可以通過外部測試點得到時，其故障診斷時間可根據(jù)測試點選擇過程確定。有些故障沒有可以利用的外部測試點，而且難以根據(jù)故障現(xiàn)象判斷出故障單元，這種情況下就需要通過拆卸檢查實現(xiàn)故障隔離[7]。此時，故障檢測、隔離及拆卸實際已融為一體。選取出典型故障診斷事件后，對診斷事件進行分析與分解，以獲取盡量詳盡的診斷過程信息。分析的主要過程就是將故障診斷事件由高層次到低層次分解為若干個診斷操作單元，故障診斷作業(yè)分解過程如表1所示。分解的底層是基本診斷操作單元。

故障診斷事件就是已知一個故障現(xiàn)象，去檢測定位到其故障原因。對故障原因進行隔離時，所采取的原則不同，則所需要的故障隔離時間一般也不同。一般的，故障隔離是把被測產(chǎn)品的故障隔離到規(guī)定等級可更換單元的過程。在對某一故障現(xiàn)象的幾個可能的原因進行故障隔離時，可采用以下四個原則[5]。

（1）故障檢修時間最短原則。即先對最容易檢測或修理 （時間短、需要工具少）的故障原因進行故障確認；若非此原因，則對相鄰的較容易檢修故障原因進行故障確認；最后才對最難檢修的故障原因進行檢測或修理。

（2）故障率最大原則。即先對最容易發(fā)生的故障原因（故障率最大）進行故障確認；若非此原因，則對相鄰的較容易出現(xiàn)故障的原因進行故障確認；最后對故障率最低的故障原因進行檢測或修理。

（3）綜合優(yōu)化原則。即針對故障率水平及檢測時間長短綜合權衡來進行故障確認。也就是故障率高且檢測時間短的，先進行檢測。

（4）按預定維修規(guī)程進行的原則。如果對故障原因診斷過程已經(jīng)有了維修規(guī)程，則檢測修理順序應優(yōu)先按維修規(guī)程來。

針對武器系統(tǒng)故障診斷的特征，我們這里選用故障率最大原則來進行故障原因的隔離。如表1中所示，針對一個故障事件，先對最容易出現(xiàn)的故障原因即故障率最大的故障原因進行確認。如果故障不是這個原因造成的則對相鄰的比較容易出現(xiàn)的故障進行檢測，依次類推直到找到故障原因?；驹\斷作業(yè)就是對每一個故障原因排查、檢測過程中的基本操作單元。故障率可根據(jù)武器系統(tǒng)維修記錄數(shù)據(jù)統(tǒng)計整理獲得。

表1 故障診斷事件分解Tab.1 Fault diagnosis event decomposition

2.3故障診斷操作單元時間數(shù)據(jù)的獲取

時間數(shù)據(jù)采用現(xiàn)場試驗記錄的方式獲取，故障診斷數(shù)據(jù)收集可采用表2的形式記錄。以多次現(xiàn)場試驗的形式獲取數(shù)據(jù)，并采用對維修操作人員調(diào)查咨詢的形式進行數(shù)據(jù)參考修正。所獲取的時間數(shù)據(jù)為理想故障診斷時間，因為不考慮其他因素的影響，所以數(shù)據(jù)結果適用條件更寬，而且不必明確故障診斷作業(yè)狀態(tài)，減少了工作量。獲得的理想故障診斷時間數(shù)據(jù)的準確性較高，能夠滿足維修時間預計的準確性要求。表中基本診斷作業(yè)主要包括 BIT測試、ATE測試、測試點觀測、拆卸作業(yè)。

表2 故障診斷操作單元時間數(shù)據(jù)的獲取Tab.2 Fault diagnosis operating unit time data acquisition

2.4 理想故障診斷時間標準

將分解后的故障診斷作業(yè)單元按故障診斷時間標準制定對象歸類，將故障診斷作業(yè)歸為基本作業(yè)和特殊作業(yè)兩類。具體內(nèi)容如表3所示。然后再將每一類作業(yè)時間標準制定對象根據(jù)相似性進行再次歸類。以診斷過程中的基本操作單元——拆卸為例，歸類結果以表4的形式給出。

表3 理想故障診斷時間標準對象歸類Tab.3 Fault diagnosis ideal time standard object classification

表4 基本診斷作業(yè)歸類Tab.4 Basic diagnostics operations classified

對故障診斷基本作業(yè)單元歸類后根據(jù)統(tǒng)計時間值進行歸并與區(qū)分處理，最后形成時間標準。表4中，對每一類基本理想故障診斷作業(yè)消耗時間數(shù)據(jù)相同或相近的合并為一個標準時間值， 即若tni＝tnj或 tni≈tnj， 則作業(yè) tni與作業(yè) tnj合并，由一個時間標準值表示，否則需要分別給出作業(yè)tni與作業(yè)tnj在對應操作條件下的標準時間值[8，9]。

以武器系統(tǒng)基層級故障診斷作業(yè)中螺栓解脫的時間標準為例，其時間標準的形式如表5所示。

3 理想故障診斷時間標準的應用

表5 武器系統(tǒng)解脫螺紋連接時間標準Tab.5 Weapon system release time standard threaded connections

得到武器系統(tǒng)的理想故障診斷時間標準后，使用相似方法可以得到理想維修作業(yè)時間標準。在進行維修性的虛擬仿真試驗中，不僅可以演示虛擬維修人診斷裝備故障，修復故障的過程，還可以根據(jù)時間標準分解操作過程中的各基本操作單元，獲得操作時間的量。這是從定量的角度評價維修性水平的前提。整個維修過程消耗的時間為T，則：

其中t診—維修事件中故障診斷消耗時間；t修—維修事件中維修作業(yè)消耗時間，△≥0為故障診斷與維修過程中相重合部分所消耗的時間。

4 結論

理想故障診斷時間標準是在借鑒工業(yè)工程領域的時間標準相關研究的基礎上，深入分析理想故障診斷時間標準的定義、特點，選取典型故障診斷事件，分解、分析故障診斷基本操作單元，總結了理想故障診斷時間標準制定的一般步驟和方法，并以某武器系統(tǒng)基層級維修時間數(shù)據(jù)為依據(jù)，制定理想故障診斷時間標準。理想故障診斷時間標準區(qū)別于一般故障診斷時間標準，去除了定量指標中定性因素的影響，可應用于維修性的虛擬仿真試驗中，有利于更加科學合理的評價維修性真實水平，所得結果也具有更高的可信度。

[1]王愛虎（譯）.方法、標準與作業(yè)設計[M].北京：清華大學出版社，2007.

[2]高明君.維修作業(yè)時間標準制定方法及應用研究[R].中國國防科學技術報告，2008.

[3]呂川.維修性設計分析與驗證[M].北京：國防工業(yè)出版社，2010.

[4]王建飛，姚鎏，王東軍，等.05式兩棲裝甲突擊車構造與使用[M].北京：解放軍出版社，2007.

[5]于永利，等.維修性建模指南[S].中華人民共和國國家軍用標準，2006.

[6]孫振翔.基于虛擬現(xiàn)實的維修工作評價技術[D].北京：北京航空航天大學論文，2005.

[7]倪紹徐，張裕芳，易宏，等.基于故障樹的智能故障診斷方法[J].上海交通大學學報，2008.

[8]Rotroff,Virgil H.Work Measurement.New York：Reinhold Publishing, 1999.

[9]Vladimir Rratov.Incubation time fracture criterion for FEM simulations[J].Acta Mechanical Sinica,2011，4.

Study on the Method for Determining Ideal Fault Diagnosis Time Standards of Maintainability Simulation Test

YANG Ming-Hua1，WANG Guo-Gang1，LIANG Tao2，HAN Xiao-Ping1
(1.Department of Arms Engineering,Academy of Armored Force Engineering,Beijing 100072,China；2.Troop No.63880 of PLA,Chenzhou Hunan 423026,China）

In order to better quantitative and qualitative analysis maintainability,and serviceability simulation applied to obtain fault diagnosis time,the concept of the ideal Fault Diagnosis time was standard.In formulating the ideal time standard Fault Diagnosis process,first select the typical Fault Diagnosis events to objective statistical methods of data collection the ideal time of diagnosis,and then the Fault Diagnosis basic operating unit analysis,decomposition,classification,fault diagnosis get the ideal time standard.Fault Diagnosis ideal time is not affected by the maintenance of qualitative factors.The result is purely quantitative indicators,in the maintenance of simulation experiments relative to the average repair time standards more versatile,using a wider scope.

maintainability；fault diagnosis；ideal time standards

TJ0

：Adoi:10.3969/j.issn.1002-6673.2014.03.044

1002－6673（2014）03－112－03

2014－04－09

楊明華（1965-），男，河北藁城人，副教授，碩士學位。研究方向：武器維修；王國剛（1989-），男，江蘇邳州人，碩士研究生。