苗　磊

(海軍91049部隊，山東 青島 266102)

?

某型發(fā)動機(jī)任務(wù)備件需求研究

苗磊

(海軍91049部隊，山東 青島 266102)

摘要：針對備件短缺影響發(fā)動機(jī)完好率的問題，在分析發(fā)動機(jī)可靠性的基礎(chǔ)上建立了非齊次泊松過程的備件需求計算模型。通過算例分析，對某型發(fā)動機(jī)備件數(shù)量進(jìn)行了計算。結(jié)果表明，該模型能夠?qū)Πl(fā)動機(jī)備件需求的數(shù)量進(jìn)行準(zhǔn)確計算，對執(zhí)行任務(wù)的該型飛機(jī)所需攜帶備件數(shù)量具有較好的實際指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：發(fā)動機(jī)；備件需求；非齊次泊松過程

在外場維護(hù)時，發(fā)動機(jī)部件發(fā)生故障后能否及時得到替換對于提高發(fā)動機(jī)的完好率是非常重要的。經(jīng)常執(zhí)行遠(yuǎn)洋護(hù)航任務(wù)的某型飛機(jī)發(fā)動機(jī)，每架次任務(wù)飛行時間約為100 h，那么，每次執(zhí)行任務(wù)時，該型發(fā)動機(jī)應(yīng)該配備多少備件才能保證飛機(jī)具備較高的戰(zhàn)備完好率，是一個需要研究解決的重要問題。本文在分析某型發(fā)動機(jī)故障規(guī)律的基礎(chǔ)上，針對某型直升機(jī)經(jīng)常隨艦出海執(zhí)行任務(wù)的特點，對所需攜帶發(fā)動機(jī)備件進(jìn)行定量研究，為部隊圓滿完成任務(wù)提供決策支持。

1發(fā)動機(jī)故障規(guī)律分析

對于修復(fù)性維修所需備件，目前比較常用的方法是利用泊松過程的原理進(jìn)行數(shù)量確定。滿足泊松過程應(yīng)符合3個條件[1]：1)產(chǎn)品故障數(shù)量與時間起點無關(guān)，只與時間長短有關(guān)；2)產(chǎn)品在很短的時間內(nèi)發(fā)生2次以上的故障事件的概率幾乎為零；3)產(chǎn)品發(fā)生的不同故障是相互獨立的。發(fā)動機(jī)備件數(shù)量的確定應(yīng)滿足上述條件，因此，可以利用泊松過程原理對發(fā)動機(jī)備件數(shù)量進(jìn)行確定。

發(fā)動機(jī)是可修復(fù)系統(tǒng)，由于發(fā)動機(jī)發(fā)生故障的時刻是隨機(jī)出現(xiàn)的，可以把它看成是時間軸上依次出現(xiàn)的隨機(jī)點，所以，可用隨機(jī)點過程來描述發(fā)動機(jī)的故障過程。用于描述可修復(fù)系統(tǒng)的隨機(jī)點過程模型通常有3種：齊次泊松過程、由齊次泊松過程推廣的更新過程和非齊次泊松過程。

齊次泊松過程是基于故障強(qiáng)度函數(shù)等于常數(shù)的假設(shè)，對發(fā)動機(jī)而言，由于部附件劣化等原因，這一假設(shè)顯然不適合發(fā)動機(jī)故障過程。更新過程只可用于描述“修后如新”的可修系統(tǒng)的運行特征，而大多數(shù)發(fā)動機(jī)維修只涉及到更換一小部分系統(tǒng)的零件，即使維修使系統(tǒng)功能恢復(fù)到原來的水平，但系統(tǒng)的可靠度并沒有更新。非齊次泊松過程先后被稱為“最小維修”和“修后如舊”，“修后如舊”是指機(jī)器產(chǎn)品修復(fù)后恢復(fù)了正常功能，但其狀態(tài)與新產(chǎn)品并不完全一樣。發(fā)動機(jī)的可靠度在維修后和故障前基本是一樣的，非齊次泊松過程可作為發(fā)動機(jī)故障過程的可靠性模型；因此，本文采用非齊次泊松過程來對發(fā)動機(jī)所需備件數(shù)量進(jìn)行建模計算。

目前，國家軍用標(biāo)準(zhǔn)和各種文獻(xiàn)中提供的備件數(shù)量確定方法是根據(jù)產(chǎn)品的故障率來計算的[2]。本文采用非齊次泊松過程模型結(jié)合發(fā)動機(jī)部附件故障率來計算發(fā)動機(jī)在任務(wù)期間所需備件數(shù)量。

2基于非齊次泊松過程的備件需求計算模型

2.1非齊次泊松過程簡介

對于事件累積強(qiáng)度函數(shù)Λ(t)有如下的形式：

(1)

3)有獨立增量。

(2)

期望的事件數(shù)為：

(3)

2.2備件需求的計算模型

在應(yīng)用非齊次泊松過程計算發(fā)動機(jī)備件需求量時，由于備件需求問題涉及因素眾多，本文對此問題進(jìn)行相應(yīng)的簡化與假設(shè)：主要研究在平穩(wěn)狀態(tài)下基層級備件的需求問題，并且不考慮飛機(jī)之間的串件修理對備件需求量的影響；所有故障都在外場使用過程中發(fā)生，故障件在外場可用備件更換；備件的缺貨將導(dǎo)致發(fā)動機(jī)停飛；各部件的故障與備件的缺貨的過程相互獨立；發(fā)動機(jī)的保障率與備件的儲備量相關(guān)。

在上述假設(shè)給定的前提條件下，本文建立了基于非齊次泊松過程的備件需求計算模型。備件需求量可采用隨機(jī)點過程中的非齊次泊松過程，利用該方法不僅可以進(jìn)行故障發(fā)生時間點以及時間間隔模擬，而且可以計算一定時間內(nèi)故障次數(shù)的期望。

(4)

式中，α的值根據(jù)多年的數(shù)據(jù)統(tǒng)計經(jīng)驗來確定，也稱其為保障率，其變化范圍一般取85%～92%。

(5)

(6)

計算出來的n是根據(jù)故障率計算出來的航空裝備的故障數(shù)。對于不可修件，是備件的需求量；對于可修件，是維修方式為最小維修時發(fā)生的故障次數(shù)。本文中，由于艦上不具備維修發(fā)動機(jī)部附件的條件，發(fā)動機(jī)所有件均作不可修件處理。

3備件需求算例分析

計算得出的起動電磁活門故障服從威布爾分布，故障率函數(shù)式為：

(7)

在護(hù)航時4臺發(fā)動機(jī)總工作時間400 h、保障率為92%的條件下，由式6可計算出起動電磁活門的備件需求量。

由式1代入數(shù)據(jù)，得：

(8)

(9)

根據(jù)式8、式9，得到起動電磁活門備件需求個數(shù)隨工作時間變化情況如圖1所示。

圖1　92%保障率下起動電磁活門備件需求量

從圖1可以看出，發(fā)動機(jī)工作400 h所需起動電磁活門備件數(shù)為3個。按同樣的方法，計算起動電磁活門在保障率為89%條件下的備件需求數(shù)(見圖2)。

圖2　89%保障率下起動電磁活門備件需求量

對比圖1和圖2發(fā)現(xiàn)，在保障率分別為89%和92%的條件下，所需備件數(shù)量幾乎無差別，故統(tǒng)一采用92%的保障率計算其他備件的需求量。

磁性屑末檢測器的故障時間服從正態(tài)分布，故障率函數(shù)表達(dá)式為：

(10)

磁性屑末檢測器的備件需求量如圖3所示。

圖3　磁性屑末檢測器備件需求量

放氣活門的故障時間服從指數(shù)分布，故障率函數(shù)表達(dá)式為：

(11)

放氣活門的備件需求量如圖4所示。

圖4　放氣活門備件需求量

按此方法對發(fā)動機(jī)其他部附件的備件需求進(jìn)行研究，計算出2架直升機(jī)執(zhí)行任務(wù)時發(fā)動機(jī)總工作400 h所需備件數(shù)(見表1)。

表1　發(fā)動機(jī)備件需求

4結(jié)語

本文通過分析發(fā)現(xiàn)發(fā)動機(jī)的故障發(fā)生時間服從非齊次泊松過程，基于此特性設(shè)計了一種基于非齊次泊松過程的備件需求計算模型，通過對起動電磁活門、磁性屑末檢測器和放氣活門的算例分析表明，該模型能夠?qū)Πl(fā)動機(jī)備件需求數(shù)量進(jìn)行準(zhǔn)確計算，可以應(yīng)用于實際工作中。

參考文獻(xiàn)

[1] 單志偉，劉福勝．備品備件需求確定方法探討[J]．裝甲兵工程學(xué)院學(xué)報，2005,19(3)：1-4.

[2] 陳鳳騰，左洪福，王華偉，等．基于非齊次泊松過程的航空備件需求研究和應(yīng)用[J]．系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，2007,29(9)：1585-1588.

責(zé)任編輯鄭練

The Investigation of Requirement of the Run Short of Spare Part for Certain Engineer

MIAO Lei

(Navy 91049 Unite, Qingdao 266102, China)

Abstract：According to the whole probability of certain engineer because of the run short of spare part question, the non-uniform Possion processing compute model of the run short of spare parts is founded based on reliability analysis of certain engineer. Through the analysis, the numbers of the run short of spare parts are computed. Through the results, we can find that this model can exactly compute the number of the run short of spare parts, this can provide preferable practice application value for practice with numbers of certain plane.

Key words:engineers, the run short of spare, non-uniform Possion processing

收稿日期：2015-08-31

作者簡介：苗磊(1982-)，男，大學(xué)本科，工程師，主要從事導(dǎo)彈發(fā)動機(jī)等方面的研究。

中圖分類號：V 235.13

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A