周亦軍 鄭 彤

(海軍駐四三八廠軍事代表室 武漢 430064)

?

裝備維修性的評(píng)價(jià)模型及算法研究

周亦軍 鄭 彤

(海軍駐四三八廠軍事代表室 武漢 430064)

論文討論了裝備維修性的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,定義了評(píng)價(jià)維修性的指標(biāo)因素。在此基礎(chǔ)上,利用有向網(wǎng)絡(luò)圖來描述維修性的評(píng)價(jià)模型,并利用矩陣的積和式算法作出定量評(píng)價(jià),該方法可以綜合考慮影響維修性的所有指標(biāo)及其相互關(guān)系。

維修性; 網(wǎng)絡(luò)圖; 矩陣

Class Number TH122

1 引言

裝備維修性[1～4]與很多因素有關(guān)。包括設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇、裝備的結(jié)構(gòu)性能、人員及設(shè)備等。因此,必須在設(shè)計(jì)階段考慮影響維修性的各種因素。對(duì)裝備的維修性有一個(gè)定性或定量的評(píng)價(jià)。現(xiàn)有的一些研究都僅從某個(gè)側(cè)面去理解、評(píng)價(jià)裝備的維修性[5～7],沒有考慮影響裝備維修性的各類因素。也未考慮有關(guān)因素之間的內(nèi)在關(guān)系。因此必須綜合考慮有關(guān)因素,在裝備設(shè)計(jì)階段提供一個(gè)簡單、合理且易行的維修性評(píng)價(jià)方法。

2 維修性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則及評(píng)價(jià)指標(biāo)

維修性設(shè)計(jì)是裝備或系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作中的一個(gè)重要組成部分,它要求設(shè)計(jì)者在裝備的初始設(shè)計(jì)階段將維修性作為設(shè)計(jì)的一個(gè)目標(biāo),以提高裝備的使用維修性能。維修性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是為了將裝備的維修性要求及使用和保障約束轉(zhuǎn)化為具體的設(shè)計(jì)而確定的通用或?qū)Ｓ迷O(shè)計(jì)準(zhǔn)則其目的是:指導(dǎo)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行裝備設(shè)計(jì),便于裝備設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行設(shè)計(jì)評(píng)價(jià),便于分析人員進(jìn)行維修性分析、設(shè)計(jì)。

維修性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則通常包括以下一般性的原則[8～10]: 1) 盡可能簡化裝備功能,減少零部件的品種和數(shù)量; 2) 合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),提高裝備可達(dá)性; 3) 采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化設(shè)計(jì); 4) 保證檢測診斷的迅速、準(zhǔn)確; 5) 采取防差錯(cuò)措施; 6) 考慮維修中的人機(jī)工程及維修安全性等。

根據(jù)上述維修性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,提出了以下九個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)因素:

1) 裝備設(shè)計(jì)簡化性

盡可能簡化、合并裝備功能,降低對(duì)使用和維修人員的技能要求,另外要盡量減少零部件的品種和數(shù)量。

2) 可達(dá)性

可達(dá)性是指在維修裝備時(shí),接近維修部位的難易程度。合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),合理地設(shè)置維修窗口和維修通道是提高裝備可達(dá)性的途徑。另外可達(dá)性還包括檢查點(diǎn)、測試點(diǎn)、拆裝空間等的布局。

3) 裝備裝配/拆卸性能

各個(gè)子裝配體、零部件、連接件的拆卸和裝配要簡單、省力。

4) 裝備設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化

包括優(yōu)先選用標(biāo)準(zhǔn)件;故障率高及易損壞的零部件應(yīng)具有良好的互換性和必要的通用性;裝備應(yīng)按功能設(shè)計(jì)成能夠完全互換的模塊,便于單獨(dú)進(jìn)行測試。這樣既有利于裝備的設(shè)計(jì)和制造,又有利于簡化維修作業(yè),提高裝備的維修性。

第三，優(yōu)化作業(yè)設(shè)置，提升作業(yè)的價(jià)值：教師在作業(yè)的設(shè)置中也存在著很大的不合理性，不考慮學(xué)生的完成時(shí)間大量的布置、不考慮學(xué)生學(xué)習(xí)的層次一味的追求難度、不考慮布置的多樣化使作業(yè)缺乏趣味性，這些問題都影響著學(xué)生作業(yè)的完成，也是學(xué)生抄襲作業(yè)的原因之一。因此教師在作業(yè)設(shè)置中要做到：精心備選作業(yè)，加強(qiáng)作業(yè)的針對(duì)性；作業(yè)的重心前移，減少作業(yè)量；分層設(shè)置作業(yè)，降低作業(yè)難度，體現(xiàn)作業(yè)的層次性；作業(yè)的形式要多樣化，增加作業(yè)的實(shí)用性和趣味性。

5) 防差錯(cuò)性

從裝備結(jié)構(gòu)上采取措施消除發(fā)生差錯(cuò)的可能性,在維修的零部件、備品備件、專用工具等上面作出識(shí)別記號(hào),以便于區(qū)別辨認(rèn),避免因差錯(cuò)而發(fā)生事故。

6) 檢測及診斷性能

裝備在進(jìn)行恢復(fù)性維修時(shí)的不工作時(shí)間中,超過60%與測試診斷有關(guān)。裝備設(shè)計(jì)應(yīng)考慮故障檢測診斷的方便性,其中包括測試原理、測試方式、測試設(shè)備等。

7) 維修安全性及人機(jī)工程

研究在維修中人的各種因素對(duì)提高維修工作效率、減輕人員疲勞等方面的影響。為此,應(yīng)考慮維修操作空間、噪聲、人員安全性等因素以及降低對(duì)維修人員的技能要求。

8) 維修工具及維修設(shè)備

9) 維修安全性

結(jié)構(gòu)上采取相應(yīng)措施,從根本上防止維修中的事故。防止維修人員受到機(jī)械損傷及接近高溫有毒、放射性物質(zhì)等。

3 維修性評(píng)價(jià)模型

對(duì)前述九項(xiàng)維修性評(píng)價(jià)指標(biāo),可以根據(jù)一定的打分標(biāo)準(zhǔn)為它們作出定量評(píng)價(jià)。具體的打分標(biāo)準(zhǔn)可以參照MIL-HDBK-472 Maintainability Prediction的定義。該手冊是美國軍事部門針對(duì)武器、電子、機(jī)械類裝備可靠性及維修性制定的一系列標(biāo)準(zhǔn)手冊之一,它以0、2、4三個(gè)等級(jí)為打分標(biāo)準(zhǔn),為各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)打分并定義了打分依據(jù)。本文僅以可達(dá)性為例進(jìn)行說明,裝備可達(dá)性的打分標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 可達(dá)性打分標(biāo)準(zhǔn)

前述的指標(biāo)因素之間并不是相互獨(dú)立的,它們相互關(guān)聯(lián)并且相互影響。它們之間的關(guān)系稱之為關(guān)聯(lián)度,不同因素之間的關(guān)聯(lián)度有強(qiáng)有弱。這里仍然采用0、2、4分值標(biāo)準(zhǔn)來表示它們之間的關(guān)聯(lián)度。其中0表示不相關(guān),2表示弱相關(guān),4表示強(qiáng)相關(guān),具體如表2所示。

表2 維修性各指標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)度

表2中的1～9分別對(duì)應(yīng)九個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo),而每一行又分別表示每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)與其它九個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度。

4 維修性評(píng)價(jià)的矩陣積和式算法

如果在設(shè)計(jì)的初始階段就為設(shè)計(jì)者提供維修性的評(píng)價(jià)模型,就可以幫助設(shè)計(jì)者對(duì)裝備維修性有一個(gè)整體的把握,對(duì)裝備的維修性進(jìn)行綜合分析,并且通過修改設(shè)計(jì)提高裝備的維修性。如果要考慮所有九個(gè)維修性指標(biāo)和它們之間的關(guān)系,該模型就會(huì)變得比較復(fù)雜。本文采用矩陣對(duì)維修性模型進(jìn)行描述及分析計(jì)算。維修性關(guān)聯(lián)度矩陣維修性關(guān)聯(lián)度矩陣MF的定義為

式中,Ii為維修性指標(biāo)的打分值;fij為維修性指標(biāo)i相對(duì)于維修性指標(biāo)j的關(guān)聯(lián)度。

在上述維修性評(píng)價(jià)模型的基礎(chǔ)上,可以為裝備的維修性作出定量評(píng)價(jià),本文采用矩陣積和式函數(shù)來計(jì)算維修性綜合指數(shù)。積和式是矩陣的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)函數(shù),也被應(yīng)用于組合數(shù)學(xué)中。它可以表示一種結(jié)構(gòu)化的信息,因?yàn)榫仃囍械拿恳粋€(gè)元素及它們之間的關(guān)系都被考慮到。因此利用這一概念可以從集合的角度來表示裝備的維修性能。矩陣積和式的定義如下:

式中Sn表示n階矩陣對(duì)稱群。

積和式包含了各種維修性參數(shù),可以用它作為裝備維修性能的綜合指數(shù)。綜合指數(shù)越大表明該裝備的維修性能越好,這樣就可以利用該指數(shù)來評(píng)價(jià)不同的設(shè)計(jì)方案。利用裝備的維修性評(píng)價(jià)模型和矩陣的積和式算法,可以綜合考慮影響維修性的各種要素,在裝備設(shè)計(jì)初始階段就為設(shè)計(jì)者提供一個(gè)簡單、合理且易行的維修性評(píng)價(jià)方法。

5 實(shí)例分析

利用上述方法來評(píng)價(jià)兩種某驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的維修性能,從維修的角度來分析它們的結(jié)構(gòu),找出影響維修性能的指標(biāo)因素集,它們是設(shè)計(jì)簡化性、裝配、拆卸性、裝備設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化程度、人機(jī)工程及維修工具。參照MIL-HDBK-472的定義,對(duì)這兩種機(jī)構(gòu)的維修性指標(biāo)進(jìn)行打分,具體分值如表3所示。

表3 維修性指標(biāo)打分值

其矩陣表達(dá)式為

分別將這兩種不同方案的具體數(shù)值代入,可得

矩陣的積和式函數(shù)為per(MF)=V1V2V3V4V5+(f25f52V1V3V4+f45f542V1V2V3+f13f31V2V4V5+(f24f45f52V1V3+f32f25f52V1V4+[(f13f31)(f45f54)V2+(f13f31)(f25f52)V4],計(jì)算其數(shù)值,分別可得per(MF1)=160,per(MF2)=1152。該計(jì)算結(jié)果與實(shí)際吻合,采用液壓挺桿式的維修性能較好,裝配、使用、維護(hù)都十分方便。

6 結(jié)語

維修性能的好壞已經(jīng)成為衡量裝備質(zhì)量的重要方面,因此,需要做的已不僅僅是預(yù)測裝備或部件的故障發(fā)生率,而是要力求以最少的操作和最低的成本完成一件裝備或一個(gè)系統(tǒng)的維修工作。本文利用矩陣的積和式算法來計(jì)算維修性的綜合指數(shù)。這種量化的方法不僅考慮了所有影響維修性的因素,而且考慮了它們之間的相互關(guān)系及影響。因此可以合理且全面地評(píng)估設(shè)計(jì)方案的維修性能,在設(shè)計(jì)的初始階段就為設(shè)計(jì)者提供了一個(gè)簡單易行的評(píng)價(jià)工具,并用以不斷改進(jìn)設(shè)計(jì)。

[1] Shozo Takata, Yuu Inoue. Maintenance Data Management System[J]. Annals of the CIRP,1999,48(1):389-392.

[2] Vujosevic R, Raskar R Simulation. Animation and Analysis of Design Disassembly for Maintainability Analysis[J]. Production Research,1995,33(11):2999-3022.

[3] 章國棟.系統(tǒng)可靠性與維修性的分析與設(shè)計(jì)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1999.

[4] 高崎.可靠性與維修性工程[M].石家莊:軍械工程學(xué)院,2003.

[5] 俞華彪,吳培德.粗論渡河橋梁裝備可靠性維修性及其指標(biāo)參數(shù)[J].工兵裝備研究,2001,20(5):30-36.

[6] 高明君,郝建平.一種新的維修性分析方法——維修障礙分析法[J].軍械工程學(xué)院學(xué)報(bào),2005,34(4):34-38.

[7] 蔣國良,譚華.某型掃雷裝備維修保障性分析[J].解放軍理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2007,17(1):22-26.

[8] 韓小溪,胡光振,楊元.基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的維修性設(shè)計(jì)參數(shù)靈敏度分析[J].中國艦船研究,2008,25(6):43-47.

[9] 楊海華,金家善,何春雨.基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的維修性綜合評(píng)估方法研究[J].船海工程,2008,18(4):14-18.

[10] 龔劍,趙新文,蔡琦,等.基于故障樹的船用核動(dòng)力裝置維修性建模研究[J].中國艦船研究,2008,24(6):26-30.

The Evaluation Model and Algorithm of Equipment Maintainability

ZHOU Yijun ZHENG Tong

(Navy Representative Office in the 438th Factory, Wuhan 430064)

This paper discusses the design criteria of maintainability, defines the evaluation factor target maintainability. Directed network graph is used to describe the maintainability evaluation model, and a quantitative evaluation is made using the product and the algorithm of matrix. This method can consider the influence of all indexes of maintainability and their relationship.

maintainability, network graph, matrix

2015年1月7日,

2015年2月28日 作者簡介:周亦軍,男,工程師,研究方向:艦船電子武備系統(tǒng)和設(shè)備監(jiān)造。鄭彤,女,博士,工程師,研究方向:艦船導(dǎo)航與航洋地球物理。

TH122

10.3969/j.issn1672-9730.2015.07.041