舰船系统有效可用度内涵分析及应用探讨

李能鹏，马丽萍

(中国舰船研究院，北京 100192)

舰船系统有效可用度内涵分析及应用探讨

李能鹏，马丽萍

(中国舰船研究院，北京 100192)

有效可用度(Effective Availability)是北太平洋公约组织(NATO)针对装备任务期间可用性问题而提出的全新概念，目前在国内外还未进行推广应用，我国还处于可行性探讨研究阶段。本文通过结合我国舰船系统任务期间武器装备的使用、维修及保障等特点，分析了有效可用度概念的内涵，以及有效可用度模型各参数的含义，提出了将有效可用度概念应用于舰船系统设计中的基本思想与途径等。

舰船系统;有效可用度

0 引言

可用度是构成装备效能的关键要素之一，可用度又是确定装备RMS(指可靠性、维修性和保障性)参数，并对这些参数进行权衡分析的依据。同时，可用度又是装备作战能力的主要特性，它把装备的可靠性、维修性、测试性和保障性等设计特性综合成为使用部门所关心的装备使用参数。

本文结合我国舰船任务特点，探索了在任务期间舰船系统可用度分析的新思想、新概念、新原理，研究提出了将有效可用度概念应用于舰船系统设计中的基本思路与途径。

1 有效可用度概念提出的背景

常用的可用度概念主要是指产品在任一随机时刻需要和开始执行任务时，处于可工作或可使用状态的程度。它反映的是与战备完好性有关的系统可靠性、维修性和保障性参数的综合影响。该可用度概念适用于所有武器装备产品，具有一定的通用性和普遍性，而且在很大程度上综合反映了武器装备的总体性能，如固有可用度综合反映了武器装备固有可靠性与维修性之间的定量权衡关系，而使用可用度则综合反映武器装备的硬件、软件、技术保障及环境条件的综合结果，是描述装备在实际使用环境中的可用性，它是度量武器装备保障性的最主要的综合参数之一。任务可用度是在持续时间T内能以预计的工作时间不发生任何不能加以纠正的供正常使用的故障的概率。该定义考虑了工作期间发生的随机故障，这样的故障必须在时间限期内得到修复。

可用度概念在使用过程中的影响因素、特点及局限性等分析比较如表1所示。

?

由于各军兵种的武器装备在研制、生产和使用中具有不同的特点，用户对可用度指标的要求也不尽相同，以舰船装备为例。

1)舰船系统是一个巨型的复杂系统，故障类型种类繁多，许多故障其实并不影响任务的完成，说明在任务期间不予修理或维护一般性故障产品，即不参与任务的某些系统，同样能完成任务，任务结束再修理。例如:典型护卫舰一般由通讯、导航、动力推进、电力、雷达、水声、指控、武器(含导弹、舰炮)等8个主要系统构成。其在各任务阶段中参与工作的各主要系统不完全一致，如表2所示。

?

武器装备使用部门试图找到一个只反映影响任务完成的致命故障的专业特性综合参数，从而真正全面反映任务期间的可用性问题。

2)按可修与不可修分，一般产品可分为可维修产品和不可维修产品。然而，有些产品在特定的使用环境下，既可定义为可维修产品，又可定义为不可维修产品。例如，在舰船系统这个特殊平台下，有些产品在任务期间是不可维修的，而在任务结束后是可维修的，如水中兵器系统;还有在任务期间可维修，但在舰船系统这个平台上，由于维修设备的限制、维修人员技术水平、备品备件的配置等原因不能在该平台上直接维修，即船员级无法维修，必须转移到中继级和基地级进行维修等。

3)由于现行受海军管理体制的限定，舰船装备在维修、保障过程中的管理延误时间和保障延误时间无法用统一标准来度量，每次相同的事件发生的延误时间差距较大，它对当前的使用可用度计算产生比较大的误差，因而力求在延误时间为理想的状态下，即没有延误时间的情况下分析装备的可用性问题。

通过综合上述分析研究认为，北太平洋公约组织(NATO)于2000年提出的“有效可用度”(Effective Availability)概念，能全面反映舰船武器装备可用度设计问题。本文将结合舰船特点，分析其概念的内涵及模型参数含义，从而指导舰船型号的研制工作。

2 有效可用度概念内涵分析

根据北太平洋公约组织提出的有效可用度定义为:舰船系统在最大的使用周期内的任意时刻可用状态的概率，这里考虑了所有的致命故障，包括海上可修和不可修以及预防性维修。

结合现行海军武器装备特点，对有效可用度概念解读如下:

1)一个致命的舰船系统故障通常是对每个系统或设备而言，一般是指某项规定功能的丧失。例如不能完成本次任务或导致任务失败等。

2)“最大使用周期”应指舰船系统在历次任务过程中，总任务时间最长的一次。任务时间是指舰船完成一次任务(如作战或训练、巡防)所需的时间，包括备航、航渡、完成任务和返航的总时间，不只仅指完成任务的时间。

3)定义针对的是在任务周期内的概率，而不是寿命周期可用状态概率。该特点是与我们常用的使用可用度定义最大区别之一，它反映的是任务周期内的概率，而不是使用可用度中计算的是整个寿命周期可用状态的概率，它们计算的时间区间重点不一样。

4)定义考虑的是所有导致系统功能失效的致命故障，而不是全部故障。该特点是与我们常用的使用可用度概念又一大区别，有效可用度定义关注的是平均致命故障间隔时间—MTBCF，而不是平均故障间隔时间—MTBF，说明有效可用度概念更重视任务期间的故障发生、维修费用、保障资源规划等，而不是全寿命周期的装备维修与保障等。

5)定义中的可修和不可修产品，其限定的范围是海上这个特定的使用平台，即在舰员级能否进行维修为判断依据，而不是以所有级别维修来判断可修与不可修设备。

3 有效可用度模型参数

3.1 模型提出

基于有效可用度定义，北约通过工程实践，提出的有效可用度模型经验如式(1)所示，该公式综合了产品基本可靠性、修复性维修、预防性维修以及不可修产品平均故障前时间等因素，从而得出系统有效可用度参数指标。

式中:AE为系统有效可用度;MTBCF为平均致命故障间隔时间(海上可修);MART为平均有效修理时间;MTTCFnr为平均致命故障前时间(海上不可修);PM downtime为总的预防性维修任务停机时间;Missiontime为任务时间。

3.2 模型参数理解

1)MTBCF

MTBCF表示海上可修产品平均致命故障间隔时间。GIB451-90中定义:它是与任务有关的一种可靠性参数，是一种合同可靠性参数。其度量方法为:在规定的一系列任务剖面中，产品任务总时间与致命性故障总数之比。其中，致命故障指舰船系统在任务期间某项功能的丧失，即使产品不能完成规定任务的或可能导致人或物重大损失的故障或故障组合。

2)MART

MART指系统平均有效修理时间。致命故障发生后，任务停止执行，而应用规定的修理程序和资源对系统性能进行修理和恢复的时间平均值，即指系统完全失效的修理时间平均值，也即停机修理时间均值。它是修复性维修，不含预防性维修，是实际停机修复时间均值，不含改进和延误时间。

该参数的使用是有效可用度模型与通常使用的可用度模型中最大的区别之一，其主要表现在几点:

①MART体现的是在任务期间的修理时间，而MTTR体现的是寿命期间的修理时间，

②MART体现的是由于导致任务中止的致命故障而进行的维修时间，而MTTR体现的是在规定的条件下和规定的时间内使系统恢复其原来功能的维修时间。

③MART是指在任务剖面内排除致命性故障时间的平均值，是任务维修性的参数，主要反映装备对任务成功性的要求，该项内容与我们通常提到的MTTR的定义相似。而MTTR反映的是在寿命剖面内排除所有故障的实际时间的平均值，是基本维修性参数，主要反映装备的战备完好性和对维修人力费用的要求。

④MART和MTTR都是不包括由于管理或后勤供应原因的延误时间，排除故障的实际时间包括准备、检测诊断、换件、调校、检验及原件修复等时间。

3)MTTCFnr

MTTCFnr是指海上不可修产品的平均致命故障前时间，指在规定的条件下和规定的时间内，产品任务期间单位总数与致命故障产品总数之比。

4)PMdowntime

PMdowntime指舰船系统任务期间总的预防性维修任务停机修理时间。PMdowntime与PMtime(预防性维修修理时间)的主要区别在于，前者是针对任务期间的预防性维修，而后者则是针对全寿命期的预防性维修。

5)Missiontime

Missiontime指舰船系统的使用周期任务时间。该任务时间在公式中的内涵表现在:①该时间是指舰船系统的执行任务时间，而不是寿命周期时间。②在规定条件下，舰船系统任一次可出航执行任务的时间最大值。

4 有效可用度概念应用

通过对有效可用度概念及其各参数的含义的分析研究，笔者认为该模型从以下几个方面能反映我国舰船系统任务期间的主要特点及特征:

1)能体现在海战场环境下舰船系统的基本特点，如:体现在海洋特殊环境下产品可修与不可修问题，体现在舰船系统平台上的维修体制问题等。

2)能全面、系统体现舰船系统在任务阶段的综合效能，包括可靠性、维修性、保障性、测试性等问题。

3)能体现舰船系统在任务阶段的任意随机时刻能执行任务概率与任务期间致命故障维修时间不可修产品发生故障的概率等的关系。

4)能体现可靠性指标、维修性指标与研制费用之间的权衡关系。

5)能体现舰船系统在最大任务周期内的可用度问题。

在舰船系统设计过程中，全面系统贯彻有效可用度的设计思想，可有效提升舰船装备综合作战效能。现结合我国舰船研制程序和特点，简要介绍有效可用度在舰船系统中的应用程序与方法。

有效可用度是系统的一种作战使用特性，由系统的设计可靠性、设计维修性及设计保障性来保证。因此，制定并实现有效可用度要求的过程，也是制定可靠性、维修性和保障性要求，并使装备具有任务所需要的可靠性、维修性及保障性，实现装备综合效能要求的过程，是有效地把装备的作战使用问题转变为设计或技术问题的过程。而有效可用度是舰船系统合同参数，必须将合同参数通过转换变成设计参数，进而在舰船设计中进行使用。其主要应用方法和途径如图1所示。

图1 总体应用途径Fig.1 Total applied approach

5 结语

通过前面的分析，笔者认为，有效可用度模型可应用于具有独立维修建制的舰船系统，并在执行任务期间可进行必要的维修作业。该模型也可应用于具有上述特征的其他行业武器系统或在某一武器系统中某个特定的任务剖面。有效可用度概念目前在国内外还未进行广泛推广应用，在我国还处于可行性探讨研究阶段。本文提出舰船系统有效可用度分析的基本思路与方法，可进一步促进有效可用度概念在我国舰船系统中的应用，从而真实反映舰船装备的任务作战水平。

［1］北约.可靠性与维修性要求文件编写指南［C］.北大西洋公约组织，2001.

［2］Schroeder Gene J.小型洲际弹道导弹可用性模型［C］.美国，2002.

［3］杨为民.可靠性维修性保障性总论［M］.北京:国防工业出版社，2001.

［4］王少萍.工程可靠性［M］.北京:北京航空航天大学出版社，2000.

Analysis and discussion on the connotation of the ship system's effective availability

LI Neng-peng，MA Li-ping
(China Ship Research and Development Acadamy，Beijing 100192，China)

NATO proposed the new conception—effective availability，against the available problems during the equipment on task.Now it isn't promoted and applied at home and abroad.Our country is in the feasibility of research stage.This article by combining our ships system tasks during the use of weapons and equipments，maintenance and support，analyzes the concept of availability，and the meaning of the availability model parameters，how effective are the concepts applied to adapt the system design in the basic thinking and approach，etc.

ship system;effective availability

U674.7

A

1672－7649(2011)06－0130－04

10.3404/j.issn.1672－7649.2011.06.030

2011－05－06

总装预研基金项目——舰船有效可用度分析研究

李能鹏(1975－)男，高级工程师，主要从事舰船可靠性研究工作。