基于费用估算的地空导弹装备部件维修方案分析方法

汪文峰，张 琳，史文杰，赵海洲

(1.空军工程大学防空反导学院,陕西 西安 710051； 2.中国航天科工集团十院302所,贵州 贵阳 550009；3.北京航天航空大学自动化科学与电气工程学院,北京 100191)

基于费用估算的地空导弹装备部件维修方案分析方法

汪文峰1，2，3，张 琳1，史文杰1，赵海洲1

(1.空军工程大学防空反导学院,陕西 西安 710051； 2.中国航天科工集团十院302所,贵州 贵阳 550009；3.北京航天航空大学自动化科学与电气工程学院,北京 100191)

针对地空导弹装备部件维修方案选择问题，综合考虑装备工作时间、部件可靠性、中继级修复比例及环境因子等参数，给出了地空导弹装备部件维修方案分析思路，构建了部件维修系统维修费用估算模型，仿真分析了各参数对部件维修系统总费用的影响。结合具体实例，分析了地空导弹装备部件维修方案定量判断标准，为部件维修方案选择提供了量化决策支持。

费用估算； 地空导弹装备； 部件；维修方案

地空导弹装备部件保障能力直接影响地空导弹装备的战备完好性和战斗力的提升[1]。部件维修(故障件修理)费用是装备维修保障费用的主要组成部分，而费用估算对管理装备维修保障费用、优化部件维修系统、节约经费及提高维修保障效率具有十分重要的意义。目前，地空导弹装备部件维修系统主要由基层级(营层)、中继级(旅(团)层)和基地级3个级别构成[2]。依据中继级维修机构是否具备部件修理能力，部件维修保障方案通常有2种：一种是中继级维修机构修理故障件，方案是二级维修+三级库存；另一种是中继级维修机构不修理故障件，方案是一级维修+三级库存[3]。究竟选择何种方案，需通过估算部件维修系统费用，并将其作为主要判断准则[4-7]。为此，笔者构建了地空导弹装备部件维修费用指标体系和3级部件维修系统费用估算模型，并运用该模型对不同条件下的部件维修方案进行分析，为部件维修方案的选择提供了一种新的思路和方法。

1 部件维修分析

1.1 部件维修任务

地空导弹装备的修复性维修(排故)一般通过更换部件来完成，其主要工作及程序如图1所示。传统的故障件维修流程如图2所示。

图1 修复性维修的主要工作及程序

图2 传统故障件维修流程

1.2 部件维修方案

新型地空导弹装备技术先进、集成化程度高，对检测维修设备和维修人员的素质要求也相对较高，目前主要有2种部件维修方案：1)在中继级维修机构形成对部分故障件的维修能力，简称“二级维修”，即传统的故障件维修方案；2)中继级维修机构不修理任何故障件，所有故障件的维修任务全部由基地级维修机构承担，简称“一级维修”，如图3所示。

图3 故障件一级维修方案

1.3 部件维修系统分析

由于装备担负的作战任务不同，因此需要相应的部件维修系统与装备的任务、复杂程度和部队编制体制等相协调。部件维修系统主要以经济性为主要目标或主要判断准则来确定维修方案，其分析思路如图4所示。

图4 部件维修系统分析思路

2 三级部件维修系统维修费用估算

2.1 部件修理影响因素

部件修理影响因素主要有3个方面：1)部件本身的可靠性，采用部件的平均故障间隔时间(Mean Time Between Failures，MTBF)来衡量；2)装备结构与工作时间，装备结构越复杂，训练时间越长，出现故障的次数就越多，故障件的修理量也就越大；3)所处地理环境，装备使用环境越恶劣，部件故障次数就越多，修理量也就越大。

2.2 部件修理任务预测

部件寿命分布类型可分为指数分布、正态分布和威布尔分布等，各寿命分布类型及其相关指标如表1所示。

表1 部件寿命分布及其相关指标

设各种寿命分布的部件故障概率密度函数为f(t)，装备每天训练时间(部件工作时间)为t0，根据可靠性理论，则部件故障概率为

(1)

地空导弹装备部件故障率一般为10-4量级，表2为某型雷达维修单元的MTBF和故障率。可见：P(t=t0)与t0/MTBF差别很小，可用t0/MTBF代替P(t=t0)。

表2 某型雷达维修单元的MTBF及故障率

考虑环境因子k[8]的影响，其计算方法参考文献[8]，因此故障概率为

(2)

设某型地空导弹装备服从指数分布的部件数量为Ne，则每天出现i次故障的概率为

(3)

每天平均修理服从指数分布的故障件数为

(4)

同理可得：每天平均修理服从正态分布、威布尔分布和其他分布的故障件数分别为

(5)

则该型地空导弹装备每天平均修理的故障件数[3]为

ED=Ee+En+Ew+E0，

(6)

一个更换周期(月)内修理的故障件数量Gj为

Gj=Nm·ED。

(7)

式中：Nm为更换周期的天数。

3 部件维修系统维修费用估算

3.1 基层级

由于基层级维修机构不具备部件修复能力，其采用换件维修方式来完成装备维修任务，若备件短缺，则需要向中继级仓库申请补领，因此，基层级部件维修费用主要是备件的包装、储存和运输费用[4]，即

CO=CPO×T×12×NCO，

(8)

式中：CO为基层级部件维修总费用；CPO为基层级每次领取备件的包装、储存和运输费用；T为装备寿命；NCO为基层级每月申请领取备件的次数。

3.2 中继级

中继级部件维修系统维修费用指标及其估算公式如表3所示，则中继级部件维修总费用CI[5]为

表3 中继级部件维修系统维修费用指标及其估算公式

CI=CIse+CIsem+CItng+CItd+CIs++CIss+CI1。

(9)

当中继级修复比例、每年保障设备维修费用占其保障设备费用的百分比均为0时，说明中继级不具备修理能力。

3.3 基地级

基地级部件维修系统主要费用指标及其估算公式如表4所示，则基地级部件维修总费用CD[6]为

CD=CDse+CDsem+CDtng+CDtd+CDs+CDss+CD1。

(10)

表4 基地级部件维修系统维修费用指标及其估算公式

4 基于费用估算的部件维修方案选择

设有20套火力单元部署于某沿海一线，共4个旅团，为此构成了20个基层级、4个中继级、1个基地级的部件维修系统。

4.1 装备工作时间t的影响

在3种不同的中继级修复比例RBI下，部件维修系统总费用与装备工作时间t的关系曲线如图5所示。可见：当RBI=0，为一级维修方案的总费用；当t=1 h且RBI≥0.8或t≥3 h时，采用二级维修方案较经济；当t=2 h且RBI≤0.4时，采用一级维修方案较经济，且部件维修系统总费用随着装备工作时间的增加而增大，验证了模型的准确性。

图5 部件维修系统总费用与装备工作时间的关系曲线

4.2 部件MTBF的影响

部件维修系统总费用与MTBF的关系曲线如图6所示。可见：随着MTBF的增加，装备越可靠，部件的故障数越少，部件维修系统的总费用也随之减小;在维修方案选择上，当所有部件的MTBF<900 h或RBI≥0.8时，采用二级维修方案较经济；当MTBF>1 600 h或900 h≤MTBF≤1 600 h且RBI≤0.4时，采用一级维修方案较经济。

图6 部件维修系统总费与MTBF用的关系曲线

4.3 中继级修复比例RBI的影响

部件维修系统总费用与RBI的关系曲线如图7所示。可见：当所有部件的MTBF=500 h且RBI≤0.15时，采用一级维修方案较经济；当MTBF=1 000 h且RBI≥0.4时，或MTBF=2 000 h且RBI≥0.9时，采用二级维修方案较经济。

4.4 环境因子k的影响

部件维修系统总费用与环境因子k的关系曲线如图8所示。可见：当k≤0.3或0.3≤k≤0.7且RBI≤0.6，或当k≥0.7且RBI≤0.5时，采用一级维修方案较经济；当RBI≥0.8时，采用二级维修方案较经济。

图7 部件维修系统总费用与RBI的关系曲线

图8 部件维修系统总费用与环境因子k的关系曲线

5 算例分析

以20套某型地空导弹雷达部件维修为例进行分析，其中：10套列装在东南沿海一带，k=0.6；另外10套列装在西北某地，k=0.1。设该型雷达共有150个部件，依据部件MTBF可分为7类，部件MTBF及数量如表5所示。

表5 部件MTBF及数量

通过部件维修系统进行费用估算仿真分析，2种环境下部件维修系统总费用与工作时间的关系曲线如图9所示。

由图9可以看出：当t=1 h或t=2 h且RBI≤0.4时，2个地区都采用一维修方案较经济；当RBI≤0.8时，在东南沿海地区采用二级维修方案较经济，而在西北地区采用一级维修方案较经济。

图9 2种环境下部件维修系统总费用与工作时间的关系曲线

6 结论

部件维修方案选择影响因素众多，综合考虑装备本身、使用情况及环境等因素，从维修费用估算入手，对地空导弹部件维修方案选择问题进行了系统分析，得到相对量化的判别准则，可为部件维修系统建设提供实践指导，操作性更强，亦可推广至其他电子装备，但研究中尚未考虑战时抢修能力，下一步将对考虑战时抢修能力的部件维修方案选择方法进行研究。

[1] 甘茂治,康建设,高崎.军用装备维修工程学[M].北京:国防工业出版社,2005：4-5.

[2] 汪文峰,宋黎.武器装备部件维修任务预测[J].装备环境工程,2009,6(5):42-44.

[3] 秦英孝.可靠性维修性保障性概论[M].北京: 国防工业出版社,2002：46-48.

[4] 魏效燕,刘晓东.基于AHP方法的军用飞机修理级别分析[J].航空维修与工程,2006,26(2):22-24.

[5] 周洁，倪明仿.装备维修部件供应链评价指标体系构建[J].装甲兵工程学院学报，2014，28(3)：23-26.

[6] 武洪文,齐晓慧,王新宇.基于灰局势决策理论的维修级别分析方法[J].军械工程学院学报,2004,16(5):47-51.

[7] 中国人民解放军空军标准化办公室.修理级别分析：GJB2961—1997[S].1997.

[8] 汪文峰，杨建军.装备故障率预测模型[J].装备环境工程，2007，4(5)：75-77.

(责任编辑：王生凤)

An Analysis Method of Ground to Air Missile Equipment Components Maintenance Scheme Based on Cost Estimation

WANG Wen-feng1，2，3，ZHANG Lin1，SHI Wen-jie1，ZHAO Hai-zhou1

(1.Air and Missile Defense College,Air Force Engineering University,Xi’an 710051,China;2.Laboratory 302,the Tenth Institute of China Aerospace Science & Industry Group,Guiyang 550009,China;3.School of Automation Science and Electrical Engineering,Beihang University,Beijing 100191,China)

Aiming at the problem of ground to air missile equipment components maintenance scheme selection,based on the consideration of the equipment working time,component reliability,relay level repair ratio and environmental factors and other parameters,the analysis method of ground to air missile equipment components maintenance scheme is given,a model for estimating the maintenance cost of the components maintenance system is built,and the effects of various parameters on the total maintenance cost of components are simulated and analyzed.With specific examples,the missile equipment component maintenance system quantitative criteria are analyzed,which provides the quantitative decision support for component maintenance scheme selection.

cost estimation; ground to air missile equipment; components； maintenance scheme

1672-1497(2017)01-0035-05

2016-11-15

军队科研计划项目

汪文峰(1980-)，男，博士研究生。

E92

A

10.3969/j.issn.1672-1497.2017.01.008