舰炮武器系统维修性指标验证方法

袁 军，郝兆钧，王寄明

(1.海军装备部，陕西 西安 710054；2.中国船舶工业系统工程研究院，北京 100094)

随着舰炮武器系统技术的高速发展和进步，舰炮装备复杂化和费用昂贵的局面越来越突出，因而对于舰炮武器系统的通用质量特性的要求也越来越高。其中，维修性是舰炮武器系统的基本属性之一，是与舰炮武器系统维修密切相关的设计特性[1]，反映了系统维修是否具备方便、快捷、经济的能力。舰炮武器系统如果维修问题处理不好，不仅可能导致经济损失，而且还可能因为不能及时修复导致装备使用效能的降低。因此，提高维修性水平是提升舰炮武器系统质量和使用效能的重要手段[2]。

与此同时，在装备鉴定或定型阶段，为了更直接地证明舰炮武器系统的维修性水平是否满足规定的维修性要求，需要开展有针对性的维修性验证工作，并以之作为舰炮武器系统维修性鉴定和验收的依据[3]。

维修性验证工作一般由指定的试验机构或由订购方和承制方联合进行试验、分析和评价工作，开展维修性验证试验环境应尽可能地与装备的实际使用和维修环境保持一致或接近，其所用的保障资源也应尽可能地与规划的需求相一致[4]。开展的试验工作要有足够的样本量，在严格的监控下进行实际维修作业，按照规定的方法进行数据处理和判据，并详细记录[5]。

舰炮武器系统一般由机械部分和电气部分组成，由于两者在故障模式、维修环境、维修方式以及保障资源等方面相差较大，因此，舰炮武器系统维修性的定量要求也分为电气部分平均故障修复时间(MTTRe)以及机械部分平均故障修复时间(MTTRm)，并分别开展维修性验证工作。目前，现有的装备维修性验证试验方法虽然较为成熟[6]，但由于装备本身故障模式、维修环境、维修方式以及保障资源等方面不会存在较大差异，所需验证的维修性指标也往往为单一指标[7]，因此，对于舰炮武器系统这种机、电一体化装备，目前还没有完全适用的维修性指标验证方法。

1 舰炮武器系统维修性验证方法

舰炮武器系统维修性指标验证试验属于统计试验，要通过正规的试验方法，及时做出装备维修性是否满足要求的判定。

1.1 舰炮武器系统维修性指标验证方法实施过程

舰炮武器系统维修性指标验证方法实施过程如图1所示。

1.2 确定试验方法

1.2.1 明确维修时间统计要求

首先，应制定维修时间统计准则。维修时间统计准则是维修性试验时间数据收集与分析的依据，一般应包含如下内容：明确维修时间中各时间要素的定义、明确不应计入统计的时间项。针对舰炮武器系统来说，机械部分和电气部分平均故障修复时间统计准则一般有：舰炮武器系统平均故障修复时间(舰员级)是从试验人员到达装备使用地开始计算，对故障的现场可更换单元(LRU)采取换件修复，统计计算LRU在装备上进行故障隔离定位与隔离、接近、拆卸、更换、调整和检验等时间。

其次，应明确维修时间统计原则。一般来说，除了明确不计算在内的时间外，所有的维修停机时间，都应在统计计算之内。舰炮武器系统的故障修复时间是从维修人员到达装备所在地进行维修开始计算，为便于拆卸待修复LRU而需打开维修口盖或者拆卸其他LRU，则打开维修口盖以及拆卸其他LRU的时间均应计入该LRU的平均故障修复时间内，进行故障定位、隔离时，分析确定故障的时间也应计入故障修复时间中，由装备原发故障引起的从属故障，其修复时间也应计入统计时间内。

而由于未遵守维修技术手册和承制单位培训中规定的操作程序而造成维修和操作错误所花费的时间，排除因保障设备的安装、拆卸或操作导致的故障所消耗的时间，意外损伤的修复时间，由模拟故障引起的从属故障修复时间，以及由于维修工具、资料、设备、备件等产生的延误时间等，均不计入LRU的修复时间。

1.2.2 明确试验要求和确认技术状态

首先，应明确试验要求。一般情况下，舰炮武器系统的平均故障修复时间的指标是订购方在研制要求中专门提出的。另外，根据需要，明确规定承制方风险α和订购方风险β，具体数值由双方共同商定。

其次，应明确舰炮武器系统技术状态。要确认舰炮武器系统的技术状态是否与计划交付的状态一致，包括系统内LRU组成和连接关系、LRU安装情况、故障诊断方式以及设备和LRU的故障率。

1.2.3 明确舰炮武器系统维修方案

对于舰炮武器系统来说，维修方案主要涉及维修级别(舰员级)以及维修级别下所具备的维修保障资源、维修人员数量和专业技能水平。

1.2.4 确定试验方法

确定试验方法时，应根据合同中要求的维修性参数、风险率、维修时间分布假设以及试验经费和进度要求等诸多因素综合考虑，在保证满足不超过订购方风险的条件下，尽量选择样本量少、试验费用少、试验时间短的方法。

在GJB 2072《维修性试验与评定》规定了11种试验方法。舰炮武器系统维修性的定量要求包括电气部分平均故障修复时间以及机械部分平均故障修复时间，并假设机械部分和电气部分的维修时间分布未知。综合考虑合同中规定的维修性参数、风险率、试验经费和试验进度，选择GJB 2072《维修性试验与评定》中编号9的试验方法作为舰炮武器系统维修性指标验证方法[3]，如表1所示。

表1 舰炮武器系统维修性指标验证方法

1.3 确定试验样本量和样本分配

确定舰炮武器系统维修性验证试验的样本量可分为两步：先确认需要开展试验的装备类型和数目，再确定每个装备的试验样本。

维修性验证试验中，只有样本量足够多，才能反映总体的维修性水平，如果样本量过小，会失去其统计意义。舰炮武器系统维修性验证试验样本量，可根据表1舰炮武器系统维修性指标验证方法确定为不少于30个。舰炮武器系统维修性验证试验中，为了缩短试验时间，本方法拟经过承制方和订购方商定后，采取模拟故障产生的维修作业作为试验样本。

此外，采用模拟故障时，在什么部位、排除什么故障，需合理地分配到各有关零部件上，以保证能检验整机的维修性。维修作业样本的分配属于统计抽样的应用范围，是以装备的复杂性、可靠性为基础的，应按照产品各组成LRU的相对故障发生频率将维修作业样本分配到各LRU，并尽可能保证每个LRU至少有一个维修作业样本。在样本量固定的情况下，采用按比例分层抽样法进行维修作业分配。

各LRU试验分配的样本量可由式(1)计算得到：

Ni=CpiN，

(1)

(2)

式中：Ni为第i项LRU试验分配的样本量；N为预先确定的试验样本量；Cpi为各LRU的故障相对发生频率；Qi为各设备中LRU的数量；λi为各项LRU的故障率；Ti为各LRU的工作时间和全系统工作时间之比；i为系统内舰员级LRU的项数；K为系统内舰员级LRU的总项数。

由于各LRU试验分配的样本量需要取整数，各LRU试验分配的样本量之和可能略超过预先确定的试验样本量。

1.4 故障模拟

在舰炮武器系统维修性验证试验中，可按照分配的样本数随机抽取维修作业进行试验，一般采用人为方法进行故障的模拟。

1.5 试验结果评估

舰炮武器系统电气部分平均故障修复时间(MTTRe)的样本均值及方差分别为

(3)

(4)

则舰炮武器系统电气部分平均故障修复时间(MTTRe)试验结果评估按式(5)判断规则，如果

(5)

则符合维修性指标要求而接收，否则拒绝。

同样，舰炮武器系统机械部分平均故障修复时间(MTTRm)的样本均值及方差分别为

(6)

(7)

则舰炮武器系统机械部分平均故障修复时间(MTTRm)试验结果评估按式(8)判断规则，如果

(8)

则符合维修性指标要求而接收，否则拒绝。

2 案例分析

某型舰炮武器系统根据研制要求，在定型阶段开展维修性验证工作，以此为案例，说明舰炮武器系统维修性指标验证方法的可行性。

样本量初步确定为30，并采用按比例分层抽样法对电气部分和机械部分进行维修作业分配，如表2、3所示。其中，各设备和LRU的故障率分别根据设备可靠性水平以及设备可靠性分配分析得到。

表2 电气部分维修性验证试验比例分层抽样分配

表3 机械部分维修性验证试验比例分层抽样分配

电气部分和机械部分维修样本均为30个。依据试验样本量和分配方法进行故障模拟，开展维修性验证试验并记录数据，如表4所示。

表4 电气及机械部分维修性验证结果记录表 单位：h

根据试验结果进行维修性评估，得到电气部分和机械部分评估结果,如表5、6所示。

表5 舰炮武器系统电气部分维修性指标评估结果

表6 舰炮武器系统机械部分维修性指标评估结果

因此可知，该型舰炮武器系统维修性指标满足指标要求要求。

3 结束语

舰炮武器系统为机、电一体化装备，维修性定量要求包括电气部分平均故障修复时和机械部分平均故障修复时间。为了完成舰炮武器系统维修性定量要求的验证，笔者给出了一种舰炮武器系统维修性指标验证的方法，包括确定试验方法、确定试验样本量和样本分配、故障模拟以及试验结果评估等相关内容等相关内容。该方法适用于舰炮武器系统的维修性指标验证和考核，为进一步完善舰炮武器系统通用质量特性体系打下了基础。

舰炮武器装备全寿命周期中，维修性信息的收集、分析和管理可以为装备设计改进、新装备维修性指标论证提供宝贵的信息，对于装备“六性”工作具有重要的意义。目前，舰炮装备的维修性信息收集、分析和管理工作较为零散，未来可加强维修性信息收集、分析和管理工作，建立相关信息管理体系。