雷达装备可修复备件保障评估指标研究*

王 静 宋宁哲 张 辉

(1.93534部队 天津 301900)(2.空军预警学院 武汉 430019)



雷达装备可修复备件保障评估指标研究*

王 静1宋宁哲2张 辉2

(1.93534部队 天津 301900)(2.空军预警学院 武汉 430019)

雷达可修复备件是重要的装备维修保障资源,对其高效合理的供应保障可以极大地提高装备战备完好性和降低寿命周期费用。通过对常用的使用可用度和备件保障概率两种指标进行分析,针对不足,提出了供应可用度指标,可以科学直观地衡量可修复备件供应保障能力。

装备维修; 备件; 评估指标

Class Number TN95

1 引言

雷达备件资源是装备就地“再生”最重要的维修保障资源之一,备件数量的确定以及在分级保障系统中的配置、供储关系等问题将直接影响装备战斗力的发挥。与不可修复备件相比,可修复备件具有费用高、故障随机性强、需求低等特点,是影响雷达装备维修保障费用和可用度的主要因素。因此,对可修复备件进行高效合理地供应保障是提高雷达装备的战备完好性和降低寿命周期费用的重要途径,其中选择合适的保障评估指标是合理评价保障效能的关键。结合雷达装备维修保障的实际情况,本文在现有的使用可用度和备件保障概率的基础上提出了供应可用度的概念。供应可用度可以更好地衡量可修复备件供应保障能力。

2 使用可用度

雷达装备属于典型的连续工作可修系统,通常选择可用度作为其战备完好性的度量参数。可用度与雷达装备的可靠性、维修性水平、保障系统的特性以及保障资源的数量与配置等多种因素密切关联,是对装备系统进行效能分析和综合保障分析的基础性指标。可靠性关心的是装备在功能状态及无故障工作历经时间的长短,因而决定了总工作时间TO。维修性关心的是在装备发生故障或可能发生故障情况下,为了恢复或保持装备性能,执行维修任务所经历时间的长短,包括预防性维修和修复性维修,因而决定了预防性维修时间TtPM和修复性维修时间TtCM。总保障延误时间为TtL。在统计时间T内,不考虑准备、待用和停用时间下,T=TO+TtCM+TtPM+TtL。

雷达装备的使用可用度(Operational Availability)表示为

(1)

如果不考虑TtL,便得到可达可用度(Achieved Availability):

(2)

由于Aa仅与工作时间、预防性维修时间和修复性维修时间有关,也称为维修可用度,适合在研制阶段评估装备在理想保障条件下可能达到的可用度。

如果希望分析预防性维修和修复性维修要素使用可用度的影响,可以利用文献[1]的结论,将AO进一步分解为

AO=Aop·Aoc

(3)

其中,Aop为预防性维修使用可用度,Aoc为修复性维修使用可用度。

(4)

预防性维修用备件和修复性维修用备件对使用可用度的影响可以分别考虑、分别计算,然后再取其和[2～3]。预防性维修所用的定期更换备件、定期报废备件和维护修理用的消耗品(件),可以通过以可靠性为中心的维修分析(RCMA)和维修任务分析(MTA)确定,并且这些备件都用于计划维修活动,一般不会导致装备计划外停机,所以备件供应规划的难点在于建立非计划维修的备件需求与使用可用度的函数关系。因此,在工程应用中,很多时候不考虑预防性维修,式(4)就是装备的使用可用度模型。

3 备件保障概率

使用可用度适用于装备保障论证性工作,却无法评价库存量大小对装备系统保障能力的影响,因此需要对备件库存的效果进行量化分析,所以提出了备件保障概率的概念。

GJB4355将备件保障概率(Probability of Spares Sufficiency,PSS)指在规定的时间内,需要备件时不缺备件的概率,亦称备件满足率(Fill Rate)。对于相同的定义,仅文献[4]就例举了三种叫法:成功概率(Probability of Success)、置信系数(Confidence Factor)、保险程度(Level of Protection),而文献[5]称之为不缺货概率。文献[6]提出备件置信水平,指出备件消耗量是随机变量,而备件规定储备量是某个级别上规定的备份量,在一定的维修条件下,规定的储备量只能以一定的保障概率来满足备件消耗量的需要,备件置信水平即反映了在规定的条件下,需要时有备件的概率。文献[7]指出备件保障率是在规定的期间内,备件实际保障供应的数量与需要保障供应的数量之比,也称为备件服务水平,或备件供应率、备件发付率等。文献[8]中备件的保障率指备件满足备件需求的比率。如果用P表示备件保障概率,则β=1-P称为备件短缺风险率。文献[9]将系统在指定的任务时间内,当部件失效后,能够立刻获得指定种类和数量备件的概率称为备件可用度。备件保障概率还有其他一些叫法,例如备件服务率、备件完备率、备件充足概率等。

对寿命分布服从指数分布的电子件,备件的保障概率表示为

(5)

式中:S为某零部件的备件需求量;N为单部装备机用部件数;λ为故障率;t为累积工作时间,在P已定时,可以求解S。

备件满足率的期望值称为备件期望满足率(Expect Fill Rate,EFR),Sherbrooke通过库存量S和待接收备件数的稳态概率来计算EFR[10]。若待接收件数小于或等于S-1,说明现有库存有备件,即备件需求可以得到满足。

EFR=P(SR=0)+P(SR=1)+…+P(SR=S-1)

=P(SR≤S-1)

(6)

总的来说,PSS与EFR共同特点就是仅与库存量有关,计算方便、度量直观,因此可用于衡量库存的管理水平,多用于装备保障论证性工作和初始备件的估算,但无法评价库存量大小对装备系统保障能力的影响。对于可修复备件来说,修理机构的修复时间是影响备件周转速度的重要因素。在备件满足率较低时,如果修复时间很短,备件不能得到满足持续的时间也就很短,从而装备的停机时间也会很短,同样可以获得较高的使用可用度。因此,备件保障概率只反映了备件库存的效果,而不能反映修理能力的影响。

4 供应可用度

使用可用度和备件保障概率虽然能对备件的保障评估方法进行了分析,但不够全面合理,因此本文在基于使用可用度和备件保障概率同时参考其他文献的基础上将供应可用度的概念用于雷达装备可修复备件保障评估研究。

根据文献[10],在不考虑预防性维修时,使用可用度可以表示为

(7)

(8)

式(8)等号右边第一个表达式就是在工程中常用的可达可用度,为了在研制阶段评估装备硬件在理想保障条件可能达到的可用度,记为Aa,也称维修可用度,意义与式(2)相同。一旦确定维修人员编制、检测设备和预防性维修策略,就可以计算维修可用度,它是由平均维修间隔时间TBM决定的唯一量。

与维修可用度类似,为了衡量备件供应对使用可用度的影响,可以定义备件供应可用度指标,是指在统计时间内装备平均工作时间和因缺少备件造成装备不能工作时间总和之比。

(9)

AO=Aa·AS模型将维修性与保障性分开,使用可用度近似等于维修可用度和供应可用度的乘积。备件供应可用度反应了备件供应保障对装备使用可用度影响的程度,因此选择备件供应可用度作为雷达备件保障系统的系统能力评估参数是科学的、合理的。

依据式(9)可以得出,通过缩短TSR可以提高AS,同样也提高了战备完好性。由于TSR是由备件的短缺所导致,可将基层级从出现短缺到重新获得备件视为一个排队过程,备件短缺数形成一个“虚拟”的队列,当一件备件完成修复或得到上级的补给,一件短缺数就离开队列,则平均保障延误时间可以理解为平均逗留时间,期望短缺数就等同于排队系统平均顾客数。

根据排队论Little定律,对于稳定的排队系统,平均排队顾客数等于顾客平均到达率与顾客平均排队时间的乘积,系统平均顾客数等于顾客平均到达率与顾客平均逗留时间的乘积[11]。

(10)

(11)

当第i项备件短缺到达率为1/TBM时,则有

TSR=E(Si)TBM

(12)

可得单项备件的供应可用度为

(13)

对于有I项备件的串联系统,装备系统的供应可用度为

(14)

其中S=(S1,S2,…,SI)。

因此,通过求出备件在库存量Si时的期望短缺数E(Si),就可以求出该备件的供应可用度,很显然AS(Si)的大小介于0与1之间,可以科学直观地表示备件供应保障能力。

5 结语

备件保障评估指标是否合理是全面评价保障效能的关键。使用可用度与雷达装备的可靠性、维修性水平、保障系统的特性以及保障资源的数量与配置等多种因素密切关联,适用于装备保障论证性工作,却无法评价库存量大小对装备系统保障能力的影响。对于可修复备件来说,修理机构的修复时间是影响备件周转速度的重要因素。备件保障概率虽然反映了备件库存的效果,但不能反映修理能力的影响。本文提出的供应可用度指标可以综合衡量备件库存水平和备件维修性水平。

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[10] Sherbrooke C C. Optimal Inventory Modeling of Systems[M]. Boston: Kluwer Academic Publishers,2004:89-93.

Research on the Assessment Index of Radar Spare Parts Support

WANG Jing1SONG Ningzhe2ZHANG Hui2

(1. No. 93534 Troops of PLA, Tianjin 301900)(2. Air Force Early Warning Academy, Wuhan 430019)

Radar spare parts are important resources for equipments maintenance and support. Implementing the supply support of spare parts efficiently and reasonable can improve the equipments readiness and reduce life cycle cost greatly. Through analyzing with two conventional indexes of spares support, including operational availability and probability of spares sufficiency, support availability is proposed to serve as the capacity evaluation index of spare parts supply support for radar equipments.

equipment maintenance, spare parts, assessment index

2015年4月13日,

2015年5月20日

王静,女,硕士研究生,研究方向:装备维修管理。宋宁哲,男,博士,副教授,硕士生导师,研究方向:装备保障。张辉,男,博士,讲师,研究方向:军事信息系统。

TN95

10.3969/j.issn.1672-9730.2015.10.034