舰用燃气轮机RMS参数体系研究

1 引 言

可靠性、维修性、保障性(RMS)是影响舰船武器装备的作战效能、作战适用性、生存性及寿命期费用的重要因素，而对RMS的参数要求是承制方确定装备技术方案而进行研制、生产和试验的依据，也是军方进行监控、考核和验收的重要依据[1]。

RMS工作的首要任务之一是科学地确定RMS参数体系。舰用燃气轮机作为一种新型舰船动力在国内应用时间很短，而RMS研究则刚起步，研究工作还较零散，不系统，对舰用燃气轮机RMS参数体系的研究还处于空白。本文根据舰用燃气轮机的任务需求和使用环境特点建立了舰用燃气轮机的RMS参数体系，以供舰用燃气轮机RMS的研究者参考。

2 建立RMS参数体系需考虑的因素

2.1 完备性、先进性和针对性

舰用燃气轮机RMS参数体系的建立，首先必须完备，这不仅仅是为了监控承制方，更重要的是只有具备了完备的参数体系，才能全面科学地进一步开展对舰用燃气轮机的RMS验证与评估工作。

参数体系还要体现装备的先进性，在符合现代作战理念上要有同等先进性，在同时代同类装备上要有一定的持续(或可增长)先进性[2]。

舰用燃气轮机虽然属于燃气轮机的一种，但它不仅在结构上和航空燃气轮机、陆用燃气轮机不同，而且在任务需求和使用环境上也相差甚远[3,4]。所以，在建立参数体系时，不能照搬航空燃气轮机或陆用燃气轮机的RMS参数。只有对其原理、结构、功能进行充分分析的基础上，结合舰艇对燃气轮机的任务需求和使用环境，才能建立其特有的参数体系。

2.2 数据的可采集性

建立舰用燃气轮机RMS参数体系是RMS验证与评估工作的基础，而 RMS验证与评估工作的重要基础和必要条件是数据。因此，RMS参数数据的可采集性在一定程度上代表了RMS参数的可验证性。通过对燃气轮机的研制、试验和使用中的数据进行系统收集并进行科学的综合分析，可以对燃气轮机的RMS水平、作战效能做出客观的评定。通过分析还可以找出燃气轮机存在的主要问题和薄弱环节，为改进研制提供科学的依据和有力的指导。因此，要保证舰用燃气轮机RMS要求的验证评估工作顺利开展，必须有较完整、准确、充分的RMS数据，才能通过数据的收集、分析和利用，对燃气轮机的RMS水平作出客观的评价，同时也为其质量持续改进和可靠性增长打下良好的基础。

所以在建立舰用燃气轮机RMS参数体系中的定量参数时，必须考虑数据的可采集性。

2.3 可行性、协调性及一体化

在RMS的众多参数中，可靠性、维修性和保障性虽然在形式上各有侧重，但又有着千丝万缕的联系，有的是互为支撑，有的是互为制约。

在贯彻RMS标准开展RMS工作中，传统的观念是：可靠性应当是首要的，相比之下维修性和保障工作主要是补充，是支持性的；装备可靠性好，维修和有关的保障需求自然就少。实际上，如果过分强调可靠性，那么不仅在经济上不能达到费用—效能的最佳，而且由于没有立足于实际工业基础及生产工艺水平，使RMS工作偏离了在客观约束条件下使装备达到最小投入得到最大产出的初衷。另外，再高的可靠性，不仅和装备本身有关，而且和使用环境，使用者的技能有着密切的联系，还要考虑战场的不确定性对装备可靠性的重要制约性。所以，应该综合权衡可靠性、维修性和保障性参数[5,6],使其一体化，从而形成最优的参数体系。

3 参数选取及体系确定

3.1 研究思路

舰用燃气轮机作为舰船动力系统的重要组成部分,其参数体系的建立与舰船总体和系统参数的提出有密切关系。因此，舰用燃气轮机RMS参数体系的建立应以舰船装备RMS参数体系为基础，充分考虑舰用燃气轮机的使用、维修特点和任务需求，同时考虑我国舰用燃气轮机研制、生产、维修的工业基础来确定。

具体思路：根据我国舰用燃气轮机研制程序、工业基础、技术状况、管理特点，分析燃气轮机功能和组成结构、典型任务剖面，研究作战能力对燃气轮机RMS的需求，在舰船装备RMS参数体系研究的基础上，建立舰用燃气轮机RMS定量参数体系和主要定性要求，为进一步建立燃气轮机RMS模型奠定基础。

3.2 RMS定量参数

舰用燃气轮机RMS参数体系由定量参数和定性要求两部分组成。

根据上述研究思路选取17个参数作为RMS定量参数[1,7-12]。

1) 任务可靠度Rm：装备在规定的任务剖面中完成规定功能的能力。

2) 平均故障间隔时间(MTBF)：可修复的系统、设备在相邻故障间的平均工作时间。

3) 平均严重故障间隔时间(MTBCF):与任务有关的一种可靠性参数。其度量方法是在规定的一系列任务剖面中，设备任务总时间与严重故障总数之比。

4) 启动成功率Rs

5) 强迫停运率RFO:燃气轮机除大修、检查、清洗、维护等计划(含视情维护)停运外的非计划停运状态。

6) 强迫降负荷率RFD

7) 使用寿命Tλ:在规定的使用条件下，具有可接受的故障率的工作时间区间。

8) 平均修复时间(MTTR):排除一次故障所需时间的平均值。其中排除故障的时间仅包括从维修操作准备开始到完成修复工作，使产品恢复到规定状态所使用的时间，而不包括由于管理或后勤供应等原因所发生的延误时间。

9) 恢复功能用的任务时间(MTTRF):在规定的任务剖面内，设备致命性故障的总维修时间与致命性故障总数之比。

10)提前拆修率(PRR):在大修间隔期内发生故障的燃气轮机数量占总燃气轮机数量的比例。

11)实际平均可达寿命TDMAL:在一年内，拆卸的燃气轮机(包括到寿命期限燃气轮机和发生故障的燃气轮机)运行的时间总和与拆卸的燃气轮机数量之比。

12) 保障设备利用率RSEU：使用已有的保障设备数量与需要的保障设备数量之比。

13) 备件满足率RSA：在规定的时间周期内，某个维修级别实际使用的备件数量与维修需要的备件数量之比。

14) 备件使用率RSU：在规定的时间周期内，某个维修级别实际使用的备件数量与能够提供的备件数量之比。

15) 故障检测率(FDR)：在规定期限内和规定条件下用规定的方法能够正确检测出的故障数与所发生的故障总数之比。

式中,D0为正确检测出的故障数；D1为所发生的故障总数。

16) 故障隔离率(FIR)：在规定的期限内，产品被检测出的故障，在规定的条件下用规定的方法能够正确隔离到少于或等于I个可更替单位的百分数。

式中,I0为故障中定位到规定可更换单元的故障数；I1为检测到的故障数。

17) 虚警率(FAR)：在规定的期限内，测试装置发生的虚警次数与显示的故障总数之比。

式中,N0为设备发生的虚报警数；N1为实际发生的故障数。

将上述舰用燃气轮机RMS定量参数进行分类表达,形成舰用燃气轮机RMS定量参数的基本集(表1)。

3.3 RMS定性要求

RMS定性要求是定量参数的补充，是RMS要求的重要组成部分。舰用燃气轮机的RMS定性要求根据其特点提出不同要求。

1) 可靠性定性要求有：采用成熟技术、简化设计、热设计、降额设计、环境适应性设计、冗余设计、人—机工程设计、确定关键件和重要件、软件工程等。

2) 维修性定性要求有：可达性、标准化(通用化、系列化、组合化)、互换性、防差错措施及识别标记、维修安全、维修技能、维修通道、维修工具和设备等。

表1 舰用燃气轮机RMS定量要求参数基本集

注:

1) △表示适用； ○表示选用。

2) 测试性参数这里主要针对燃气轮机的控制系统部分。

3) 对于保障资源中的保障设施利用率、人员培训率等一般针对舰船总体和系统级提出。

3) 保障性定性要求有：保障设备要求[13]、人员与人力要求、供应保障要求、训练与训练保障要求、技术资料要求、计算机资源保障要求、包装运输贮存装卸、接口设计要求等。

4) 测试性定性要求有：故障定位能力、综合测试能力等。

舰用燃气轮机RMS定性要求详见表2。

4 结束语

舰用燃气轮机RMS参数体系的建立是舰用燃气轮机RMS研究工作的重要内容。本文立足于国内舰用燃气轮机工业基础，结合RMS工作的时代发展，综合考虑多种因素，提出了舰用燃气轮机RMS参数体系，对各项目做了明确的定义，对定量参数给出了计算公式，可作为舰用燃气轮机RMS研究的参考。

表2 舰用燃气轮机RMS定性要求基本集

参考文献:

[1] 杨为民，阮镰，俞沼,等.可靠性、维修性、保障性总论[M].北京：国防工业出版社，1995.

[2] 陆廷孝，郑鹏洲，何国伟，等.可靠性设计与分析[M].北京：国防工业出版社，1995.

[3] 敖晨阳，吴一红，张宁，等. 舰用燃气轮机研制过程中的试验研究[J].船舶工程，2007,29(3)：68-71.

[4] 龚建政，李伟，孙丰瑞，等.乌克兰UGT25000燃气轮机试验运行经验及技术改进措施[J].热能动力工程，2006，21(6)：648-651.

[5] 郝杰忠，杨建军，杨若鹏.装备技术保障运筹分析[M].北京：国防工业出版社，2006.

[6] 单志伟.装备综合保障工程[M].北京：国防工业出版社，2007.

[7] 金伟娅，张康达. 可靠性工程[M].北京：化学工业出版社，2005.

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[9] 史进渊，杨宇，陈洪溪,等.统计评价燃气轮机发电机组可靠性的术语定义[J]. 热力透平,2003,32(3):178-181,204.

[10] 史进渊，杨宇，陈健,等. 燃气轮机发电机组可靠性评价参数的计算公式[J]. 热力透平,2003,32(4):234-236,253.

[11] 龚庆祥，赵宇，顾长鸿,等.型号可靠性工程手册[M].北京：国防工业出版社，2007.

[12] 任其智.燃气轮机的检修[M]. 北京：机械工业出版社，2004.

[13] GJB3872-1999装备综合保障通用要求[S].1999.