文/謝友政 劉家幸

基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)野營裝備可靠性管理

文/謝友政 劉家幸

本文介紹了野營裝備傳統(tǒng)全壽命周期管理現(xiàn)狀，說明管理方式的缺陷，針對野營裝備可靠性程度較低，提出建立野營裝備可靠性質(zhì)量管理貝葉斯模型，以發(fā)電機為例，求解得發(fā)電機各部件可靠度，提出有效的使用、維修和管理手段，提高發(fā)電機的使用壽命。通過模型的建立，提高了野營裝備可靠性，有效保障部隊能夠完成任務(wù)。

貝葉斯網(wǎng)絡(luò)；野營裝備；可靠性管理

武器裝備質(zhì)量管理條例明確提出武器裝備論證、研制、生產(chǎn)、試驗和維修單位應(yīng)當建立健全質(zhì)量管理體系，對其承擔的武器裝備論證、研制、生產(chǎn)、試驗和維修任務(wù)實行有效地質(zhì)量管理，確保武器裝備質(zhì)量符合要求。［1］質(zhì)量是裝備最重要的特性，是裝備形成作戰(zhàn)能力和保障能力的關(guān)鍵要素?？煽啃允琴|(zhì)量的重要特性，是評價裝備質(zhì)量好壞的重要指標，可靠性高的裝備，可操作使用次數(shù)多，無故障工作時間長，能夠有效保障部隊完成任務(wù)。應(yīng)在時間和費用允許的前提下，在設(shè)計、試制、生產(chǎn)、使用和維修的全壽命周期內(nèi)進行組織、計劃、協(xié)調(diào)和控制等綜合性的裝備可靠性質(zhì)量管理工作，提高裝備的可靠性，提高保障質(zhì)量。

貝葉斯網(wǎng)絡(luò)能準確地表達變量的隨機不確定性和相關(guān)性，通過結(jié)合數(shù)據(jù)分析，進行不確定性推理，得出裝備及其組成元部件的可靠性程度，針對裝備發(fā)生故障的概率和可靠性程度，在裝備使用階段進行針對性地管理與使用，規(guī)范使用野營裝備和優(yōu)化野營裝備的操作流程，提高裝備的可靠性。

一、野營裝備傳統(tǒng)全壽命周期管理現(xiàn)狀

裝備的質(zhì)量與可靠性管理是系統(tǒng)工程管理的重要組成部分，貫穿于武器系統(tǒng)研制、生產(chǎn)、使用維護等全壽命周期的各個階段，與其他各項工作密切協(xié)調(diào)地進行。［2］傳統(tǒng)裝備全壽命周期可靠性管理分為方案論證、方案設(shè)計、工程研制、生產(chǎn)制造、使用保障五個階段。但是在部隊遂行任務(wù)和開展演習活動時，裝備管理通常宏觀性太強，部隊對于裝備的可靠性管理僅在于使用保障階段、存儲階段和回收階段中的表面工作，傳統(tǒng)裝備全壽命周期可靠性管理不能提供有效的指導(dǎo)，管理工作開展不流暢，在管理過程中基本是依據(jù)經(jīng)驗管理，管理方式存在問題，具有很大的局限性，不能合理有效地開展裝備可靠性管理工作。在實際操作、使用保障階段缺少可靠性管理，部分野營裝備因為操作使用不當，造成的裝備損壞占裝備總體損壞一半以上；還有部分野營裝備因為裝備可靠度低，使用條件要求高，在特殊條件下使用時，易損壞且難以修復(fù)。

二、基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)裝備質(zhì)量管理

在故障診斷領(lǐng)域中，不確定性問題占多數(shù)。由于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)節(jié)點變量的條件獨立性及其特有的雙向推理優(yōu)勢，應(yīng)用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)可以方便地計算系統(tǒng)正常工作的概率以及系統(tǒng)故障條件下一個或多個元件故障的概率，從而有效地識別系統(tǒng)的薄弱元件，為系統(tǒng)管理和維護提供依據(jù)。［3］野營裝備中，尤其是復(fù)雜的機電裝備，其部件之間及部件內(nèi)部一般存在很多錯綜復(fù)雜、關(guān)聯(lián)耦合的相互關(guān)系，不確定因素及不確定信息充斥其間，故障可能表現(xiàn)為多故障、關(guān)聯(lián)故障等復(fù)雜形式。當裝備出現(xiàn)故障時，傳統(tǒng)的做法是部隊內(nèi)部自行維修，但是對于不能修復(fù)的裝備，通常的做法是將裝備送返生產(chǎn)廠家，將故障診斷與維修的任務(wù)交給維修專家。裝備發(fā)生故障將嚴重影響部隊任務(wù)的完成，尤其在處置突發(fā)事件中，需要爭分奪秒，沒有時間將裝備的故障診斷與維修工作交給維修專家來完成，并且在部隊遂行任務(wù)過程中，維修專家也難以在現(xiàn)場進行裝備的診斷與維修工作，因此需要合理規(guī)范的操作管理降低裝備發(fā)生故障的概率和和裝備發(fā)生故障時的迅速維修能力來滿足部隊的任務(wù)需求。

野營裝備故障診斷采用單故障假設(shè)模式，即假設(shè)裝備故障是由單一故障原因或彼此獨立的故障原因引起的，裝備故障診斷與維修過程中各個過程相互獨立，互不影響。野營裝備故障診斷首先需要確定網(wǎng)絡(luò)節(jié)點變量，包括確定裝備故障分類、確定與故障有關(guān)的原因和要素，并將它們表達為節(jié)點變量，然后確定所有節(jié)點變量的取值集合，集合要包含節(jié)點變量的所有可能值，且不同值之間應(yīng)該有明顯的相斥性。［4］對野營裝備進行故障分析時，要詳細分析野營裝備出現(xiàn)故障的原因，即導(dǎo)致裝備發(fā)生故障的內(nèi)因和外因，外因包括操作方法、使用條件等，內(nèi)因包括裝備的材料、壽命等。分析裝備發(fā)生故障的原因時，先從外因開始分析，即操作方法是否存在問題，使用條件是否會損壞裝備等；然后從內(nèi)因開始分析，即裝備的材料能否滿足當前使用環(huán)境要求，裝備壽命是否已滿期限等。將外因與內(nèi)因表達為節(jié)點變量，確定節(jié)點變量所有值的集合。

其次要建立表示節(jié)點變量之間相互關(guān)系的有向無環(huán)圖。從廣義上說，診斷決策是一個因果推理過程。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中連接節(jié)點之間的有向邊表達了一種因果關(guān)系，由原因變量向最終結(jié)果畫有向邊的方式使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)含的條件獨立性假設(shè)更為合適。因此在確立節(jié)點變量之后，將裝備發(fā)生故障的結(jié)果先列出，采用因果推理的順序，將導(dǎo)致發(fā)生故障的原因和要素列在故障結(jié)果節(jié)點之后，而后通過有向邊的單向線段，表示出貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型。

再次是確定裝備發(fā)生故障原因的概率。對于網(wǎng)絡(luò)中的每一個節(jié)點，都必須賦予相應(yīng)的條件概率，沒有父節(jié)點的節(jié)點則需要給定先驗概率。在已獲知原因的基礎(chǔ)上，通過推理計算求出該原因下故障發(fā)生的概率，收集裝備可靠性相關(guān)數(shù)據(jù)，了解先驗分布。已知發(fā)生了某些結(jié)果，經(jīng)推理計算得到該結(jié)果發(fā)生的原因和發(fā)生的概率，同樣可以利用后驗分布計算可靠度。再將先驗分布與后驗分布進行綜合檢驗和評定，即可求得裝備故障發(fā)生的概率。

最后針對故障發(fā)生的原因和可能性，采用有效的質(zhì)量管理模式，規(guī)范操作流程，改進裝備使用方法，提高裝備的可靠性。當裝備發(fā)生故障時，也能夠依據(jù)已進行的裝備故障貝葉斯網(wǎng)絡(luò)分析，按照裝備各部件發(fā)生故障的可能性，逐一排查，然后迅速進行診斷和維修工作，消除故障維持裝備持續(xù)工作，保證裝備的持續(xù)性。

三、實例分析

發(fā)電機是部隊遂行任務(wù)和開展演習活動必不可少的野營裝備，在野外無依托條件下，只能選用發(fā)電機來維持各類用電裝備穩(wěn)定工作，確保各項任務(wù)能夠順利開展。發(fā)電機故障分為三大類：第一類是發(fā)電機燃料不足問題，包括汽化器失效、油管堵塞和油箱空，油箱空包括上一次油用完了和油嘴沒檢查；第二類問題是氣缸不能壓縮，包括活塞環(huán)破損和活塞不動，活塞不動包括頂桿折損、軸承卡住和無能源使轉(zhuǎn)動，無能源使轉(zhuǎn)動又包括蓄電池用完和拉索折斷；第三類是無火花問題，包括火花塞故障、永磁式電機故障和引線折斷。將這些故障作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，確立表示各節(jié)點變量之間相互關(guān)系的有向無環(huán)圖，依據(jù)各故障發(fā)生的概率，得發(fā)電機貝葉斯網(wǎng)絡(luò)故障模型，如圖所示：（見下頁）

通過數(shù)據(jù)采集，得到發(fā)電機在普通情況下，各類部件發(fā)生故障的頻率分別為：電機燃料不足的頻率是0.6，其中汽化器失效的頻率是0.15，油管堵塞的頻率是0.05，油箱空的頻率是0.4，油箱空時上一次油用完了的頻率是0.2，油嘴沒檢查的頻率是0.2。氣缸不能壓縮的頻率是0.15，其中活塞環(huán)破損的頻率是0.03，活塞不動的頻率是0.12，其中頂桿折損的頻率是0.02，軸承卡住的頻率是0.02，無能源使轉(zhuǎn)動的頻率是0.08，無能源使轉(zhuǎn)動時蓄電池用完的頻率是0.04，拉索折斷的頻率是0.04。無火花問題的頻率是0.25，其中火花塞故障的頻率是0.1，永磁式電機故障的頻率是0.1，的頻率是0.05。

結(jié)合發(fā)電機各部件理論穩(wěn)定性分析，根據(jù)貝葉斯模型前驗分布與后驗分布要求，進行加權(quán)計算，得發(fā)電機故障模型分析，以上一次用完油箱為例，得發(fā)生故障時，因上一次油用完的概率P=P（上一次用完）/［P（油箱空）/P（電機燃料不足）］ 。

經(jīng)過貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型分析，可以得出發(fā)電機各部件的可靠性及各部件關(guān)聯(lián)的可靠性。在裝備使用、儲備和維修階段的管理過程中，注重從可靠性角度加強管理，針對易發(fā)生故障的部件重點管理，當裝備出現(xiàn)故障時，根據(jù)裝備發(fā)生故障的環(huán)境，結(jié)合裝備各部件可靠性，從可靠性由低到高進行故障分析，依次排查問題。

四、總結(jié)

野營裝備是部隊遂行任務(wù)、進行對抗演習和拉練活動等后勤保障的重要組成部分，可靠性高的裝備能夠為部隊官兵提供有力的保障，有效保證部隊任務(wù)的完成。本文提出野營裝備貝葉斯模型可靠性管理，準確確定裝備的可靠度，研究出更加有效的管理手段，提高裝備部件和各部件之間的可靠度，但是在裝備可靠性管理領(lǐng)域，仍然需要深入研究。

（作者單位：武警后勤學院）

［1］武器裝備質(zhì)量管理條例.

［2］郭文鳳，柳明.武器裝備質(zhì)量與可靠性管理淺析［J］.科技信息，2008，18：94.

［3］尹曉偉，錢文學，謝里陽.系統(tǒng)可靠性的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)評估方法［J］. 航空學報，2008，29：1482～1489.

［4］李儉川.貝葉斯網(wǎng)絡(luò)故障診斷與維修決策方法及應(yīng)用研究［D］. 國防科學技術(shù)大學，2002.

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