丁定浩

故障檢修方式對裝備現(xiàn)場更換備件配置的影響

丁定浩

首先，介紹了故障常規(guī)檢修和及時檢修的定義；其次，闡述了計算再次出動準(zhǔn)備時間的增量的方法；然后，利用常規(guī)檢修的戰(zhàn)備完好率模型推導(dǎo)出了及時檢修的戰(zhàn)備完好率模型；最后，以一個虛擬裝備的備件配置為例，探討了不同的故障檢修模式對備件配置的影響。通過分析發(fā)現(xiàn)，采用不同的檢修方式時，配置的備件的數(shù)量沒有太大的區(qū)別，但是采用及時檢修的方式時，所取得的經(jīng)濟(jì)效果卻更加明顯。

常規(guī)檢修；及時檢修；再次出動準(zhǔn)備時間；戰(zhàn)備完好率模型

0 引言

現(xiàn)場更換功能模塊備件數(shù)量的配置，取決于裝備對戰(zhàn)備完好率的定量要求，同時又與備件的適用對象及其本身的壽命特性、檢修故障的能力、周轉(zhuǎn)時間，以及備件配置的優(yōu)化相關(guān)聯(lián)，這些定量的關(guān)聯(lián)，我們在文獻(xiàn) [1-4]中已經(jīng)作過詳細(xì)的闡述，本文要討論的是，不同的故障檢修方式對現(xiàn)場更換模塊備件數(shù)量的配置的定量影響。

1 故障檢修方式及再次出動時間的增量

故障檢修方式一般包括即時檢修和常規(guī)檢修兩種。即時檢修是指當(dāng)裝備在運(yùn)行中發(fā)生故障后，立即對故障進(jìn)行檢修；常規(guī)檢修是指當(dāng)裝備在運(yùn)行時發(fā)生故障后，不立即對故障進(jìn)行檢修，而是等到任務(wù)結(jié)束，再次執(zhí)行任務(wù)之前對故障進(jìn)行檢修。

在上面提及的相關(guān)文獻(xiàn)中，故障檢修方式都是采用常規(guī)檢修方式，即都是在任務(wù)結(jié)束之后，下次執(zhí)行任務(wù)之前才對故障進(jìn)行檢修?，F(xiàn)在我們要對即時檢修的方式進(jìn)行研究。

根據(jù)戰(zhàn)備完好率模型可以直接地進(jìn)行判斷，采用即時檢修方式對故障進(jìn)行檢修時，所需要的備件數(shù)量要比采用常規(guī)檢修時少。因為前者再次出動前的準(zhǔn)備時間，即容許的停機(jī)時間增加了，在其他條件不變的情況下，容許停機(jī)時間的增加能夠提升戰(zhàn)備完好率，而在戰(zhàn)備完好率保持不變，但維修延誤時間又減少了的情況下，備件延誤時間就會相應(yīng)地增加，備件數(shù)量也就可以相應(yīng)地減少了。

因此，求出容許停機(jī)時間的增量，即可定量地減少備件的數(shù)量。

無疑，容許停機(jī)時間的增量即為再次出動時間的增量tx，即：

式 （1）中：ts——規(guī)定的任務(wù)持續(xù)時間；

tf——裝備在任務(wù)時間ts內(nèi)系統(tǒng)發(fā)生故障的時刻。

但是，由于tf是一個隨機(jī)變量，因此，我們將以tf的概率均值，即故障發(fā)生的平均時刻作為裝備在任務(wù)時間ts內(nèi)發(fā)生故障的時刻。

前面已給提到過，為了求取再次出動時間的增量，首先必須先求出裝備在規(guī)定的任務(wù)時間內(nèi)發(fā)生故障的概率均值，即故障發(fā)生的平均時刻。

眾所周知，裝備平均致命故障發(fā)生的平均時間MTBCF可以用下式來表達(dá)：

式 （2）中：Rs（t）——裝備的任務(wù)可靠度。

不難理解，只要令上述MTBCF的表達(dá)式中的積分上限為ts，即可得到裝備在規(guī)定的任務(wù)時間ts內(nèi)發(fā)生故障的平均時刻tf的表達(dá)式，即：

例如：對于由串聯(lián)結(jié)構(gòu)構(gòu)成的系統(tǒng)而言，系統(tǒng)在任務(wù)持續(xù)時間ts內(nèi)發(fā)生故障的平均時刻tf為：

對于由可靠性雙重并聯(lián)結(jié)構(gòu)構(gòu)成的系統(tǒng)而言，系統(tǒng)在任務(wù)持續(xù)時間ts內(nèi)發(fā)生故障的平均時刻tf為：

對于由3取2的表決結(jié)構(gòu)構(gòu)成的系統(tǒng)而言，系統(tǒng)在任務(wù)持續(xù)時間ts內(nèi)發(fā)生故障的平均時刻tf為：

對于由復(fù)雜結(jié)構(gòu)構(gòu)成的系統(tǒng)，特別是包含了眾多的常規(guī)結(jié)構(gòu)和復(fù)雜結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，其在任務(wù)持續(xù)時間ts內(nèi)發(fā)生故障的平均時刻無法直接通過上述方法來計算，對此，我們已經(jīng)編制了相關(guān)的軟件來解決這一問題。

2 故障即時檢修的戰(zhàn)備完好率模型

故障常規(guī)檢修的戰(zhàn)備完好率模型POR為：

式 （7）中：td——再次出動前的準(zhǔn)備時間；

h（i）——第i序號現(xiàn)場更換功能模塊的獨立失效概率；

tm——第i序號現(xiàn)場更換功能模塊的平均維修延誤時間；

tp——第i序號現(xiàn)場更換功能模塊的平均備件延誤時間。

其中，tm（i）和tp（i）隨備件供應(yīng)體制和備件補(bǔ)充方式的不同而不同，具體的變化情況參見文獻(xiàn)[5]。

由此可見，只要在故障常規(guī)檢修的戰(zhàn)備完好率模型中的再次出動的準(zhǔn)備時間中增加一個增量tx= ts-tf，即可得到故障即時檢修的戰(zhàn)備完好率模型，即：

3 故障即時檢修與常規(guī)檢修方式比較的數(shù)字例

下面我們將以一個虛擬裝備的備件配置為例，說明故障即時檢修和常規(guī)檢修對備件配置數(shù)量的影響。這一裝備有100種類型的現(xiàn)場更換功能模塊，其中，單個串聯(lián)結(jié)構(gòu)有70種，多個相同單元串聯(lián)結(jié)構(gòu)有5種，雙重并聯(lián)結(jié)構(gòu)有2種，表決結(jié)構(gòu)有23種。在線工作模塊的總數(shù)為264，各種功能模塊的具體參數(shù)見附錄。裝備每次任務(wù)持續(xù)工作時間為6 h，預(yù)計裝備任務(wù)可靠度可以達(dá)到0.909 180 069 623 824。裝備再次出動的準(zhǔn)備時間為2 h，即在戰(zhàn)爭狀態(tài)下兩次任務(wù)之間的停機(jī)時間不能超過2 h（非戰(zhàn)爭時期，兩次任務(wù)之間的停機(jī)時間可以延長，因此備件的數(shù)量可以相應(yīng)地減少）。

示例中備件供應(yīng)體制采用現(xiàn)場、備件供應(yīng)站兩站點體制，備件補(bǔ)充的方式采用實時補(bǔ)充方式。

要求裝備的戰(zhàn)備完好率，即成功出動率達(dá)到0.98。要求設(shè)計故障常規(guī)檢修與故障即時檢修方式下的備件最優(yōu)配置，并計算備件配置費用和一年內(nèi)備件的平均存貯費用、平均運(yùn)輸費用、模塊平均消耗費用、總計平均消耗費用和總計費用。設(shè)計結(jié)果如下所示。

a）常規(guī)故障檢修方式

采用常規(guī)故障檢修方式對虛擬裝備進(jìn)行檢修時，各備件的最佳配置如表1所示。

表1 常規(guī)故障檢修模式下各備件配置的數(shù)量

結(jié)合表1和附錄中給出的數(shù)據(jù)，可以得到備件總數(shù)：335件；

平均維修延誤時間：3.763 398 740 376 12E-02；

平均備件延誤時間：3.094 195 222 210 98E-03；

兩站點備件實時補(bǔ)充方式的戰(zhàn)備完好率：0.980 042 328 531 199；

備件貯存費用：73.365元；

備件配置費用：31 651元；

備件平均運(yùn)輸費用：126.188 446 05元；

部件平均消耗費用：22 001.152 946 4元；

總計平均合成費用：53 851.706 392 45元；

總計平均消耗費用：22 200.706 392 45元。

b）即時故障檢修方式

經(jīng)過分析，在任務(wù)持續(xù)時間6 h內(nèi)發(fā)生故障的平均時間tx等于5.281 4 h，由此可得，再次出動時間的增量tx=6-5.281 4=0.718 6 h。

采用即時檢修方式對虛擬裝備進(jìn)行檢修時，各備件的最佳配置如表2所示。

表2 即時故障檢修模式下各備件配置的數(shù)量

結(jié)合表2和附錄中給出的數(shù)據(jù)，可以得到：備件總數(shù)：262件；

平均維修延誤時間：2.038 402 863 499 92E-02；

平均備件延誤時間：3.415 389 550 297 29E-02；

兩站點備用實時補(bǔ)充方式的戰(zhàn)備完好率：0.980 311 553 440 069；

備件貯存費用：57.378元；備件配置費用：24 657元；備件平均運(yùn)輸費用：115.787 806 345 055元；部件平均消耗費用：20 187.785 145 688 5元；總計平均合成費用：45 017.950 952 033 6元；總計平均消耗費用：20 360.950 952 033 6元?？梢?，采用即時檢修的方式對裝備的故障進(jìn)行檢修時，所需要配置的備件的數(shù)量比采用常規(guī)檢修時的少73件，即前者是后者的78.2%，備件費用前者是后者的77.9%。

4 結(jié)束語

現(xiàn)場更換功能模塊備件的優(yōu)化配置，是降低裝備在壽命周期內(nèi)的費用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。備件配置過少，可能會導(dǎo)致因裝備無法出動而延誤戰(zhàn)機(jī)；配置過多，又可能會因裝備長期積壓而導(dǎo)致壽命周期內(nèi)的費用大幅度地增加?，F(xiàn)場更換功能模塊的優(yōu)化配置受多種因素的影響，本文討論了不同的故障檢修方式對現(xiàn)場更換功能模塊備件配置的影響。通過分析可得，與常規(guī)檢修方式相比，即時檢修在檢修設(shè)施配置上并沒有發(fā)生大的變化，但取得的經(jīng)濟(jì)效益卻顯著得多。

[1]丁定浩.以LRU的RMS參數(shù)表達(dá)戰(zhàn)備完好率模型 [J].電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗，2012，30（1）：4-8.

[2]丁定浩，陸軍.維修時間新參數(shù)和維修設(shè)計技術(shù)新進(jìn)展[J].中國電子科學(xué)研究院學(xué)報，2010，5（4）：381-384，388.

[3]丁定浩，陸軍.備件保障概率新模型 [J].中國電子科學(xué)研究院學(xué)報，2009，4（3）：327-330.

[4]丁定浩.全壽命周期任務(wù)可靠度得到持續(xù)保持的新系列設(shè)計模型 [C]//第四屆國防科技工業(yè)試驗與測試技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略高層壇論文集，2012.

[5]丁定浩，陸軍.裝備壽命周期使用保障的理論模型和設(shè)計技術(shù) [M].北京：北京電子工業(yè)出版社，2011.

附錄：虛擬裝備的相關(guān)數(shù)據(jù)表

虛擬裝備包含100種不同類別的現(xiàn)場更換功能模塊。下列表中， “結(jié)構(gòu)”是指相應(yīng)類別模塊是可靠性結(jié)構(gòu)； “單串”是指這一類模塊僅有1個；“多串”是指多個同類模塊組成串聯(lián)結(jié)構(gòu)； “兩重并聯(lián)”是指兩個模塊組成并聯(lián)結(jié)構(gòu)；其他的模塊則是不同的表決結(jié)構(gòu)； “單元數(shù)”是指各種不同類別的功能模塊包含的單元的數(shù)量； “失效率”和 “修復(fù)率”分別指各種不同類別的功能模塊中單個單元的失效率和修復(fù)率，單位分別是每小時發(fā)生的失效次數(shù)和每小時的修復(fù)次數(shù)； “單元費用”是指各類模塊中單個單元的購置費用，以萬元為單位；此外，各個備件的存貯費用為0.000 025萬元；單個備件每次的運(yùn)輸費用為0.5萬元；每次備件成批運(yùn)輸費用為5萬元；消耗費用的計算周期為1年。

The Influence of Different M aintenance Modes on the A llocation of Field-rep laceable Spare Parts

DING Ding-hao

Firstly，the definitions of regularmaintenance and timelymaintenance are introduced. Next，the calculating method of increment of turnaround time is presented.Then，the readiness rate model of timely maintenance is deduced through the readiness rate model of regular maintenance.Finally，taking the spare parts allocation of a virtual equipment as an example，the influence of different maintenance modes on the allocation of spare parts is discussed. Through the analysis，it is found that the number of the allocated spare parts under different maintenance modes is basically the same，but the economic benefit obtained under the timely maintenancemode ismore obvious.

regularmaintenance；timelymaintenance；turnaround time；readiness ratemodel

附表虛擬裝備的相關(guān)數(shù)據(jù)

TB 114.3

：A

：1672-5468（2015）05-0001-05

10.3969/j.issn.1672-5468.2015.05.001

2015-03-03

丁定浩 （1929-），男，江蘇吳江人，中國電子科技集團(tuán)公司電子科學(xué)研究院研究員，上海大學(xué)、南京航空航天大學(xué)兼職教授，長期從事系統(tǒng)可靠性、維修性、保障性理論和工程設(shè)計研究工作。