基于RCM的某类多型导弹电子设备维修决策

王　朕，秦　亮

（海军航空工程学院控制工程系，山东烟台264001）

基于RCM的某类多型导弹电子设备维修决策

王朕，秦亮

（海军航空工程学院控制工程系，山东烟台264001）

针对应用传统维修策略维修某类多型导弹电子设备的费时费力、代价高、效果差等缺点，分析了该类导弹电子设备的特点及故障规律，介绍了以可靠性为中心的维修（Reliability Centered Maintenance，RCM）分析过程和实施步骤，以该类中某型防空导弹测控机柜为对象开展基于RCM的预防性维修，并取得了较好的效果，其方法步骤对其他导弹电子设备的预防性维修具有很好的借鉴意义。

电子设备；故障规律；RCM；预防维修

军事装备是军队战斗力的重要组成部分，装备维修是保持、恢复乃至提高战斗力的重要因素。随着作训强度的增加、装备运用时间的增长，武器装备会逐渐进入故障高发期，传统的“随坏随修”和“定时维修”策略已不能满足装备的作战训练需求。近年来，基于可靠性的维修、基于状态的维修等新型预防性维修策略在军事装备维修中应运而生，实践也证明了预防性维修的有效性。以可靠性为中心的维修是以故障模式和故障影响分析为基础，以维修工作的适用性、有效性和经济性为决断准则，通过逻辑决断分析来确定设备的各种部件是否需要进行预防性维修工作，并确定工作类型、间隔期和维修级别。本文从基于可靠性的角度探讨对某类多型导弹电子设备开展预防性维修的策略及实施步骤。

1　RCM的发展及某型导弹电子设备特点

1.1RCM的发展

20世纪70年代中叶以来，军用电子设备的复杂化、自动化、大型化及信息化导致传统的“随坏随修”和“定期维修”在设备故障后果及经济影响后果上越来越不可接受。从20世纪60年代起，许多国家，特别是美国民航界运用现代科学技术，对飞机维修的基本规律进行了研究，逐渐形成了以可靠性为中心的维修理论。20世纪70年代后期，美国联合航空公司通过对可靠性与拆修间隔期之间的关系研究发现，89%的设备故障根本不需要做定时拆修，从而严重动摇了传统维修思想的基础。1978年，美国联合航空公司诺兰等发表了专著《以可靠性为中心的维修》，标志着建立在逻辑决断分析基础上的以可靠性为中心的维修更加理论化和系统化。20世纪80和90年代，RCM（Reliability Centered Maintenance）理论在实践上趋于成熟和完善。如今，国外典型的RCM逻辑决断图有4种：诺兰的RCM、MSG-3、RCMⅡ和美国海军的MILSTD-2173（AS），它们基本原理类似，但又各具特色，适用于不同的领域[1]。我军20世纪70年代后期引进以可靠性为中心的维修，1992年发布了GJB 1378《装备预防性维修大纲的制定要求与方法》，标志着RCM正式成为我军装备维修的重要理论之一[2-4]。

1.2某类多型导弹电子设备特点

该类导弹设备设计生产于20世纪70年代，受当时机械和电子器件制造工艺等条件所限，该类设备的特点：①电子设备体积普遍较大；②电子设备中的板卡以分立元件居多；③单个板卡的功能比较单一；④专用板卡较多，通用板卡较少；⑤系统集成技术较强。随着这些装备逐渐进入故障高发期或服役末期，在选择合适的维修方式进行维修时，就须要综合考虑作战效力、维修效果和经济代价等各种因素。

2　电子设备故障规律分析

2.1电子设备故障模式分布

1）正态分布[5-6]。正态分布称高斯分布，主要用于因磨损、老化、腐蚀而出现故障的设备故障统计分析。

电子设备故障概率密度函数为

式（1）中：σ为标准偏差；μ为均值或中位数。累积故障分布函数为

故障率函数为

2）威布尔分布[5-6]。通常电子设备中的继电器、断路器、开关、磁控管等元器件的故障服从威布尔分布。

故障密度函数为

累积故障分布函数为

故障率函数为

式（4）～（6）中：m为形状函数，用来表征分布曲线的形状；γ为位置函数，用来表征分布曲线的起始位置；t0为尺度参数，用来表征坐标的尺度。

3）指数分布[5-6]。指数分布是威布尔分布的特例，此时故障率函数为常数。在电子设备中，电路的短路、开路、机械结构的损伤所造成的故障都服从指数分布。

其故障率函数、累积故障分布函数和可靠度函数分别为：

2.2某类多型导弹电子设备故障规律分析

通过对状态统计数据及维修经验的分析总结，该类电子设备故障规律基本符合电子设备最经典的浴盆曲线故障规律，分为早期故障期、偶然故障期和损耗故障期。

通常，浴盆曲线不能用准确的函数关系表达，但在不同阶段，可用适当的理论分布函数近似表达。通过数据分析及故障建模，可用形状参数m≤1的威布尔分布来描述早期故障期设备故障；可用指数分布来描述偶然故障期设备故障；可用正态分布来描述损耗故障期设备故障。浴盆曲线的数学模型见式（10），示意图见图1。

式（10）中：λ(t)是设备总故障率；λ1(t)为早期故障率；λ2(t)为偶然期故障率；λ3(t)为耗损期故障率。

图1　浴盆曲线组成Fig.1 Bath curve composing

浴盆曲线是3种故障率的综合。通常，在设备早期故障期，λ3(t)较小可以忽略；在设备偶然故障期，λ1(t)和λ3(t)都较小、且变化趋势相反，可以忽略；在设备耗损故障期，λ1(t)对设备故障率没有较大意义，故可忽略。目前，某型导弹电子设备已经接近使用寿命的末期、处于耗损故障期，设备故障率随时间递增，可用λ(t)=λ2(t)+λ3(t)来描述其故障率，在开展基于RCM的维修时，可参考该数学模型。

3　RCM的分析过程及步骤

3.1RCM的分析过程

RCM的分析过程主要关心以下问题[7]：①在现行环境下，设备的功能及性能标准；②什么情况下设备无法实现其功能（即功能故障）；③引起各故障的原因（故障模式和原因）；④故障发生时出现的影响；⑤什么情况下各故障至关重要（故障后果）；⑥预防性维修工作是什么；⑦找不到核实的预防工作时的应急措施。

3.2RCM分析的步骤

1）确定重要功能产品。对于复杂、大型设备而言，其零部件数量很大，如果都要进行详细的以可靠性为中心的维修分析，工作量太大，也无此必要。实际上，很多产品的故障，对装备的使用来说其后果是可以容忍的，即不会带来严重影响，这类产品可以不做预防性维修。确定重要功能产品，就是对装备中的产品进行初步筛选，提出明显不需要作预防性维修工作的产品。

2）进行故障模式和影响分析（FMEA）。RCM的第二步，就是对选定的重要功能产品进行故障模式及影响分析，确定其所有的功能故障、故障模式、故障原因和故障等级[8-9]，为下一步维修工作逻辑决断分析提供所需信息。

3）进行逻辑决断分析，确定维修类型。重要功能产品的逻辑决断分析是以可靠性为中心的维修分析的核心，通常应用逻辑决断图确定对各重要功能产品须要做的预防性维修或其他处置，逻辑决断图如图2所示。

图2　RCM的逻辑决断图Fig.2 Graph of RCM logic decision

图2中，第1层是确定重要产品的故障影响。根据故障模式和影响分析，将功能故障划分为明显的安全性、任务性、经济性影响和隐蔽的安全性、任务性、经济性影响。其中，问题2提到的对使用安全的直接有害影响是指某故障或它引起的二次损伤直接导致危害安全的事故发生，而不是与其他故障的结合才会导致危害安全的事故发生；第2层考虑功能故障的原因，选择每个重要功能产品预防性维修工作类型。对明显功能故障的产品，可选择的维修类型包括保养、操作人员监控、功能检测、定时拆修、定时报废和综合工作；对隐蔽功能故障的产品，可选择的维修类型包括保养、使用检查、功能检测、定时拆修、定时报废和综合工作。

如果因为信息不足或其他原因导致不能确定维修类型，则设定暂定措施，保证装备使用的安全性和任务能力。

4）进行统计分析，确定预防性维修的间隔期。预防性维修间隔期的确定比较复杂，一般根据类似产品以往的经验、承制方对新产品维修间隔期的建议、统计分析建模和有经验的工程人员的判断进行确定。对单个板卡或模块，可按照单个最优策略确定其预防性维修间隔期；如果是复杂装备或成套装备，则应采用组合维修或机会维修方式，使总体的工作效果最优，并尽量把维修工作对装备影响相同的间隔安排在一起[10-11]。通常，对隐蔽性故障，要确定使用检查间隔期；对产生安全性影响或装备任务性影响的故障，要确定检测间隔期；对有明显耗损期的重要产品，要确定定时拆修与定时报废间隔期。

4　应用实例

本文用RCM理论对该类导弹中的某型防空导弹测控机柜部分进行分析，并得出了该机柜合理的预防性维修大纲，在实际维修中取得了较好效果。

4.1确定重要功能产品

该机柜在主要完成测试指令或测试数据的传输及转换、高频信号源的产生及各功能模块的多路供电功能，产品的功能树如图3所示[12]。通过对测控机柜长期状态监控数据、电子器件故障规律及实际维修记录分析表明，高频信号源模块、电压/时间和电压/频率转换模块、多路信号开关转换模块、串行码形成模块一般不会发生故障，故不对其作RCM分析，只对其他模块进行分析。

图3　某型防空导弹测控机柜产品“功能树”Fig.3“Function tree”of certain defence air-raid missile testing equipment

4.2FMEA分析

图3中的电源模块、继电器指令形成模块和多路信号开关转换模块主要有电阻、电容、电感、继电器、数字芯片等器件组成，其故障主要由器件老化、短路、开路等原因引起，符合2.2中的故障规律分布。针对这些故障特点进行FMEA分析记录并将结果填入FMEA分析记录表，见表1。

表1　故障模式和故障影响分析记录表Tab.1 Analysis record sheet of fault mode and fault effects

4.3逻辑决断分析

测控机柜的重要功能产品的故障模式与故障原因一旦确定，就要对每个故障原因按图2所示的逻辑决断图进行分析决断，产生的故障影响主要有安全性、任务性和经济性影响。由于重要产品的故障主要有元器件老化、开路、短路等原因引起，此类故障不会产生重大经济影响，因此，只分析安全性和任务性影响。

测控机柜的RCM分析记录如表2所示。

4.4根据逻辑决断表制定预防性维修大纲

测控机柜的预防性维修大纲是规定测控机柜预防性维修需求的汇总文件，制定预防性维修大纲要根据RCM逻辑决断表来完成，预防性维修大纲包括产品项目、实施维修工作的类型、方式、维修间隔期、维修级别。为提高维修工作效率，还需要把维修时间间隔各不相同、工作类型相同的维修工作组合在一起，从而形成预防性维修大纲。

测控机柜的RCM维修大纲如表3所示。

表2　测控机柜的RCM分析记录表Tab.2 RCM analysis record sheet of testing equipment

表3　测控机柜的RCM维修大纲Tab.3 RCM maintenance conspectus of testing equipment

5　结束语

RCM分析法是一种逻辑性非常强的装备管理模式方法，简单实用、易于操作，依据RCM逻辑决断制定的预防性维修策略能显著减少装备维修中普遍存在的维修过剩、耗时过长、经费过多、效率地下、资源浪费等问题。由于某类导弹电子设备型号种类多、单套数量少、备品备件少，传统维修方式费时费力且不能保障装备的完好率。本文在分析该类导弹电子设备故障规律特点的基础上，应用RCM理论对该类中某型导弹测控机柜开展预防性维修，在实际应用中取得良好成效，有力保证了该型装备战斗力的发挥，其方法也可推广至其他电子装备。

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Maintenance Decision of Certain Kind Polytypes of Missile Electronic Equipment Based on RCM

WANG Zhen,QIN Liang
（Department of Control Engineering,NAAU,Yantai Shandong 264001,China）

The traditional maintenance decision applied certain kind polytypes of missile electronic equipment has disad⁃vantages of undesirable effects,large cost,consuming time,etc.The characteristics and failure laws of the missile electron⁃ics were analyzed in this paper,the analyzing and applying procedurals of RCM was introduced.Then preventive mainte⁃nance based on RCM was applied to the testing device of one missile electronic equipment,the effects of preventive main⁃tenance was successful,and the method and procedural was worthwhile for other electronic equipments applied preventive maintenance.

electronics equipment;failure law;RCM;preventive maintenance

TJ760.7

A

1673-1522（2016）01-0069-06

10.7682/j.issn.1673-1522.2016.01.013

2015-10-09；

2015-12-21

王朕（1979-），男，讲师，硕士。