装备综合维修保障决策方法研究①

马艳

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2017.30.242

摘 要：为了优化装备综合维修保障模式，使装备维修保障由定期修理向视情维修、预防性维修的方向转变，本文重点研究了装备综合维修保障方案优化方法、预防性维修和视情维修预测与决策方法，并在装备实际使用中加以应用，可以有效地降低装备寿命周期费用、提高装备战备完好性、延长装备使用寿命，对于优化装备保障力量体系、提高部队战斗力必将起到积极的作用。

关键词：视情维修 预防性维修 战备完好性 功能检测

中图分类号：TP206+.3 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）10（c）-0242-03

Abstract： In order to optimize the mode of weaponry integrated maintenance and support，the optimizing project and the prognostication and decision-making method of preventive maintenance and condition based maintenance are introduced in the paper， aiming to changing the mode of weaponry integrated maintenance and support. Practical application shows that the method can reduce expenditure， enhance the operational readiness， extend weaponry life. It can provide an effective way to optimize the force system of weaponry support and improve battle effectiveness.

Key Words： Condition based maintenance；Preventive maintenance；Operational readiness；Function test

随着武器装备智能化水平不断提高，复杂性不断增加，装备的测试性、故障诊断以及维修保障等问题越来越受到人们的重视。当前的装备维修保障方式以修复性维修为主，从故障测试定位的角度来说，维修都是反应式的而非先导式的，即出现故障以后才能做出反应。这种保障方式不能预测保障物资、人员或训练的需求，而且需要对装备进行大量重复的、定期的检测，容易造成装备损伤从而降低装备固有可靠性。而且反应式维修需要储备大量的备件、保障设备和人员，在出现故障时，常常由于缺乏准备而不能及时修复，影响任务的执行[1]。视情维修由于具有后勤保障规模小、经济可承受性好、高效率以及可避免重大安全事故等显著优势而具有很好地前景[2-3]。

为了优化部队装备维修保障模式和作业体系，使装备维修保障的思路由目前的定期修理向视情维修、预防性维修的方向转变，本文从优化装备维修保障方案出发，分析研究装备视情维修、预防性维修预测与决策方法，为装备维修保障和作战使用的决策提供支撑，可以有效地降低装备寿命周期费用、提高战备完好性、延长使用寿命，对于优化装备保障力量体系、提高部队战斗力必将起到积极的作用。

1 装备综合维修保障方案优化决策

装备综合保障方案优化决策是通过对各个备选方案进行评价，从中优选出最佳保障方案的过程。装备保障方案优化的评价因素很多，归纳起来主要有费用、战备完好性、人力资源、训练、修理级别、能源、生存性、运输性、保障设施等因素。各个评价因素从不同角度描述了装备保障方案的特性，各种分析方法都有各自的评价目标和适用范围，在具体选择评价因素和方法时，要从评价目的、工作量、可操作性等方面进行综合考虑。接下来以战备完好性因素的权衡分析为例进行装备保障方案的分析决策。

1.1 战备完好性权衡分析方法

战备完好性是指单位接到作战命令时，实施其作战计划的能力[4]。战备完好性与可靠性和维修性设计、保障系统的特性和保障资源数量与配置有关。装备的战备完好性通常采用使用可用度来度量。使用可用度是与能工作时间和不能工作时间有关的一种可用性参数，是装备在使用一段时间内能工作时间与总时间的比值。它综合反映了装备的硬件、软件、保障能力和环境条件，是平时度量战时装备潜在的战备完好性的最理想的参数。通过比较不同保障方案的使用可用度，就可以对装备综合保障方案进行战备完好性的权衡分析，从备选的综合保障方案中选取最优方案。

1.2 应用实例

以某型装备为例，其综合保障方案是在1次大修期内安排2次中修、7次小修和10次二级保养。2次大修之间的保养与修理工作安排如下（保障方案一）：

K-O-T-O-T-O-T-O-C-O-T-O-T-O-C-O-T-O-T-O-K

其中：K为大修；C为中修；T为小修；O为二级保养。

由于该装备各系统的可靠性水平低，寿命较短，故考虑进行技术攻关，提高装备的可靠性水平，从而形成保障方案二。该方案是在1次大修期内安排1次中修、3次小修和5次二级保养。2次大修之间的保养与修理工作安排如下（保障方案二）：

K-O-T-O-T-O-C-O-T-O-K

其中K为大修；C为中修；T为小修；O为二级保养。

假设通过更改设计后，每次大修、中修、小修、二級保养和非计划维修所造成的停机时间与更改设计前相同。各种维护维修的平均停机时间见表1，装备在各大修间隔期内的平均运行时间为900.4h。

经计算，保障方案一的使用可用度为：A1=71.6%。endprint

保障方案二的使用可用度为：A2=76.9%。

由此可知，通过技术攻关，提高装备的可靠性水平，减少装备维修保障的工作量，可使装备可用性水平得到提高，不仅可以大幅减少装备维修保障费用，还可以显著地提高装备的战备完好性。在装备改造费用可接受的情况下，保障方案二优于保障方案一。

2 装备预防性维修预测与决策

预防性维修是通过对装备的系统性检查、检测和定期更换以防止功能故障发生，使其保持在规定状态所进行的全部活动。预防性维修是在装备未发生故障前预先进行的维修，目的是保持装备的规定状态，消除故障隐患，防患于未然，主要解决有寿件不同寿的问题。

2.1 备件的更换方式

在装备实际维修过程中，备件存在两种更换方式：全部更换和逐个更换。

2.1.1 全部更换

全部更换就是每隔预定的周期，将有关备件进行全部更新，即使在使用期间有的备件因失效而刚刚更换不久，到时也要全部更换。这种方式适用于价格低廉而作用量又多的备件。

2.1.2 逐个更换

逐个更换就是在预定的更换时间内如发生故障，则进行更换，更换后重新记录使用时间；若无故障，则到更换期时也要进行更换。这种方式适用于价格较昂贵的备件。

2.2 预防性维修周期的确定方法

预防性维修周期的确定针对出发点不同通常有以下几种方法。

（1）根据平均可用度最大确定预防性维修周期。

（2）根据平均总费用最低确定预防性维修周期。

（3）根据平均可靠度确定预防性维修周期。

接下来以常用的根据平均可靠度确定预防性维修周期的方法为例进行深入探讨。

2.2.1 根据任务可靠度确定维修周期

装备在实际使用中，执行任务的时间并不连续，对其已工作了时间t后，再工作一段时间△t的可靠度有一定的要求。任务可靠度是指在执行任务开始时刻t可靠的条件下，t+△t时刻后仍可靠的概率，即：

（1）

（1）指数分布时，，任务可靠度与任务开始以前所积累的工作时间无关，故不作预防性维修。

（2）威布尔分布时（r=0，m=1），。

（3）若λ（t）不为常数，可用平均失效率表示，即：

若装备的失效率服从浴盆曲线，且早期故障已在装备出厂前剔除，则使用中主要考虑偶然失效和耗损失效，则，且用平均失效率表示，则有。于是可得：

（2）

由任务可靠度的要求确定维修周期，可按此式以不同的t及任务时间△t带入计算任务可靠度，满足任务可靠度要求的时间t即为预防性维修周期。

2.2.2 根据平均可靠度最大确定维修周期

设维修周期T中，平均维修时间为，平均可用时间为T-，若寿命服从指数分布，则平均可靠度为：

（t）dt= （3）

根据平均可靠度最大，可得：

（4）

2.3 应用实例

某型测试系统的寿命服从指数分布，λ=0.0109/d，，求其平均使用可靠度最大时的维修周期。

由上式可得，T=13.58d，即每两周维修一次，其平均可靠度最大。

3 装备视情维修预测与决策

装备视情维修是根据装备实际技术状态控制其可靠性的一种维修方式，要求在装备发生功能故障前采取措施。此维修方式是以装备的实际技术状态为依据决定是否需要修理，以及维修的深度、范围和选定必要的维修作业活动。视情维修能够有效地预防故障，避免故障造成的损失；同时又能够充分利用装备的工作寿命，减少维修频度和工作量，以及人为差错造成的故障，提高装备的可用度。装备视情维修预测与决策，就是在已知检测结果的情况下评价装备技术状态，决定视情维修的周期，即检测周期。

接下来以常用的根据功能检测情况确定视情维修检测周期的方法为例进行深入的探讨。

3.1 视情维修检测周期的确定方法

装备在实际使用中，必须定期进行功能检测，因而我们可以以此来确定潜在的故障隐患，分析出发展缓慢的耗损性故障。

功能检测必须能够将单个故障或多重故障的发生概率控制在规定的可接受水平之内，以确保使用安全和任务能力。一般可通过检查次数n与潜在故障发展到功能故障（P-F过程）的时间TB的关系来确定检测周期。

若规定的故障率的可接受值为F，一次检测的故障检出率为P，在TB时间要检查的次数为n，则有：

（5）

功能检测的检测周期为：

（6）

3.2 应用实例

某型涡轮发动机的导向叶片需用孔探仪作定期检查，如发现叶片有裂纹时就应该拆修发动机，以防叶片折断打坏发动机。叶片从出现裂纹发展到折断要经过300h，一次孔探仪检查的精度为0.90。現要求把叶片在300h内折断的概率控制在0.001，试计算孔探仪检查周期。

已知F=0.001，P=0.90，TB=300h，则有n=3，T=100h，即应该100h做一次孔探仪检查。

4 结论

装备使用和维修保障是装备战斗力的倍增器，装备使用和维修保障的预测与决策直接关系到装备全系统全寿命管理的组织与实施。本文重点研究了装备维修保障方案优化方法、装备预防性维修预测与决策方法和视情维修预测与决策方法，并在装备实际使用中加以应用，为降低装备寿命周期费用、提高装备战备完好性、延长装备使用寿命起到了积极的作用。

参考文献

[1] 胡冬，谢劲松.故障预测与健康管理技术在导弹武器系统中的应用[J].导弹与航天运载技术，2010（4）：24-25.

[2] 洪晟，陶文辉，路君里，等.基于综合PHM方法的导弹维修保障综述[J].计算机测量与控制，2012，20（4）：862.

[3] 谷泽阳，李小民.无人机健康状态综合评估技术研究[J].计算机测量与控制，2014，22（8）：2501-2502.

[4] 鲁培耿，隋景辉.海军装备试验常用词典[M].北京：国防工业出版社，2007.endprint