舰炮武器系统维修性试验方法研究

2010-07-16李本任

指挥控制与仿真 2010年2期

张威，李本任

（解放军92941部队，辽宁葫芦岛 125001）

现代舰炮武器系统组成复杂，整个武器系统元器件数以万计，整个系统维修性设计的要求也很高[1]。而多年来，舰炮武器系统的维修性鉴定试验一直处于空白的状态。其原因是多方面的：一是各方面对维修性的重要程度认识不够，维修性试验理论与方法没有得到充分发展，相对薄弱；二是故障检测手段落后，维修性试验实际操作困难。随着舰炮武器系统设计日趋通用化、系列化、模块化，武器系统本身故障检测与诊断功能自动化程度也有很大提高，这些为维修性试验实际操作提供了便利条件。更重要的是现代海战的特点要求舰炮武器系统具备很高的作战效能，而维修性是舰炮武器系统的作战效能重要指标之一，维修性的优劣在很大程度上影响着舰炮武器系统的作战性能。因此，作为舰炮武器系统试验要朝着作战效能评定的目标迈进，就必须给予维修性试验充分的重视。

1 舰炮武器系统维修性试验的基本程序

在舰炮武器系统的论证、研制、生产、使用、退役全寿命周期各个阶段，都有对其维修性管理的相应要求。维修性的鉴定试验（亦称“维修性验证”试验）是舰炮武器系统研制阶段的重要环节，目的是验证系统是否达到规定维修性指标要求[2]。其基本程序如下。

1.1 确定试验类别

对舰炮武器系统的维修性试验属于靶场验证试验，根据指标（如平均故障修复时间MTTR=0.5h）要求及维修性的通用要求，试验以定性验证和定量验证相结合的方式进行。

1.1.1定性验证

定性验证需要按维修性通用规范中有关维修性基本要求的内容，重点进行维修性审核，对原设计的维修性特征作出系统的判断；审查模拟条件下验证试验的风险和可行性及风险率；验证舰炮武器系统维修的可达性、故障检测的方便与快速性、零部件标准化及互换性、工具操作空间工作场地及维修的安全性等；分析维修作业程序的正确性；审查维修资源的完备性和适用性。

1.1.2定量验证

定量验证阶段要对维修性指标预期值进行分析；在自然故障或模拟的条件下，根据试验中维修作业的观测数据，验证系统维修性定量指标是否达到要求。

1.2 维修性试验大纲拟定

维修性试验大纲包括：试验依据、试验目的；试验组织分工；试验类别及受试品的确定，试验项目确定；试验环境及场地描述；试验的维修资源及其筹划；试验方法的选择等。

1.3 试验条件准备

1.3.1受试品确定

对于参试的系统，维修性试验与系统其它试验结合进行。

1.3.2试验环境条件的准备

除现场条件外，试验还需保证维修性试验专用仪器仪表、测试设备及对水、电、气、动力等特殊要求。

1.3.3维修人员的培训

参试维修人员所具备的技术水平和经验，应达到中等及以上的熟练程度。

1.4 试验实施

1.4.1维修作业的样本选择与分配

1）样本的选择维修作业应按规定的维修级别完成，鉴定试验中应按基层级处理。按照试验方案确定的最小样本量的要求，优先选用系统自然故障，自然故障数达不到样本量的需求，再进行故障模拟。

2）样本的分配以系统各部分组成的复杂程度和维修性作为预计材料的基础。如果采用固定样本量试验，可运用按比例分层抽样法进行维修性样本分配；如果采用可变样本量的序贯试验法试验，则可运用按比例简单随机抽样法进行维修性样本分配。

1.4.2故障的模拟

模拟故障可以选取以下方式：

1）利用具有相应类型故障的等效件代替一个好的零件、电路或部件；

2）接入附加的或拆除不易觉察的零件、元器件；

3）故意造成失调。

故障模拟要考虑人员和设备的安全并采取相应的安全措施。在模拟故障时，维修人员应当避免直接面对，保证安全。

1.4.3故障的排除

经过训练的维修人员在排除自然或模拟故障过程中，应使用所配备的备附件工具和检测仪器完成故障诊断、换件或原件修复、安装、调试、校正以及检验等一系列工作。每一步骤的实施均应遵循维修程序并与规定的维修级别相一致。按照故障诊断的类型（人工或系统内部故障检测系统），采用不同诊断技术所花费的时间，应分别记入验证指标的观测值。

2 维修性定性试验项目

2.1 一般原则

维修性试验的一般原则是：减少所需维修任务的工作量、频数与复杂性；节约全寿命过程的维修费用；确定需要进行预防维修（视情维修）最大限度的频数（周期）与范围；精简维修工具；尽可能不配专用工具；保证满足维修的人素工程要求，如可操作性、人力限制等；保证维修时的人机安全等[3]。

2.2 可达性

维修可达性是指维修时接近系统不同组成单元的相对难易程度，也就是接近维修部位的难易程度。其基本要求是：在现场条件下，系统进行修复作业或预防性维修时，维修人员、设备、工具能方便顺畅地到达作业位置。

2.3 互换性和标准化

互换性和标准化不仅有利于舰炮武器系统的设计和生产，而且也使系统的维修简便，能显著减少维修件的品种、数量，简化保障，降低对维修人员技术水平的要求，大大缩短维修工时。因此，它们也是维修性的重要条件。

2.4 安全性

维修安全性是指避免维修活动时人员伤亡或设备损坏的一种设计特性。它比使用时的安全更复杂，涉及的问题更多。

3 舰炮武器系统维修性定量试验方案[4]

试验方案的制定决定于以下几个因素：试验的目的和要求、维修性指标的规定值、双方风险率、维修时间的分布假设、样本量以及作业选择方式（自然故障或故障模拟）。

研制要求中规定的系统维修性指标一般为平均故障修复时间MTTR。根据GJB368-57的要求，对于均值指标故障修复时间应采用对数正态的分布假设，维修时间的对数方差根据历史资料查知或者取适当精度的估计值。

试验方法选取对均值的假设检验：

原假设 H0：均值 μ＝μ0，当 H0成立时，要求以1-α的高概率接收；

备选假设 H1：均值 μ＝μ1（μ1＞μ0），当 H1成立时，要求以1-β的高概率拒收；

试验样本量固定，当计算的样本量小于30时，则取30为试验样本量；样本的选择优先选用自然故障，自然故障达不到样本量以模拟故障补充。双方风险率α、β须经生产方和使用方协商确定。

3.1 试验样本量的确定和分配方法

3.1.1样本量的确定

在确定了双方风险率 α、β和维修时间的对数方差σ2以后，试验样本量式（1）确定：

其中，Zp（对应下侧概率p的正态分布百分位数）的值从正态分布分位数表1中查取。

表1 常用的正态分布分位数表

3.1.2样本量的分配

当试验期间自然故障远远达不到维修作业样本量的要求时，就需要大量的模拟故障补充。因为采用固定样本量试验，所以可运用按比例分层抽样法进行维修性样本分配，其步骤如下：

1）按部件的功能层次和维修级别，列出受试品所必需的维修项目，即将总体分成若干较均匀的单元i，i＝1,2,…,n；

2）指出各项目数Qi；

3）根据有关可靠性有效数据或预计，确定每一项目发生的故障率iλ；

4）确定每一项目的总故障率Qiiλ；

5）求出每一项目故障分摊率Cpi（%）：

6）按所求的分摊率，根据试验法中规定或求出的样本量进行分配，ni等于nCpi；

7）以同样方法，可将各部分的各个作业再向各分单元进行再分配。为了使抽样具有较高可靠性和代表性，也可取试验法规定样本量的2～3倍样本或根据订购方的要求进行作业分配，以达到验证中选择作业时有充分的代表性。

3.2 判决规则

取维修时间的随机样本 X1，X2，……Xn，并计算样本均值和方差：

如果

成立，则接受H0，否则，拒绝H0。

3.3 举例

现对某装备的平均修复时间按下述条件检验：设可接收值为0μ＝30min，不可接收值为1μ＝45min，α＝β＝0.05，在这种情况下，H0：0μ＝1μ＝30min；H1：0μ＝1μ＝45min。

在对数正态假设条件下，设装备修复时间对数差的事前估计值为2α~＝0.6，由表1查得Z1-α等于Z1-β＝1.65，利用式（1）求得样本量为

归整为n=56。

当排除了作为样本的n等于56个自然（或模拟）故障后，得到修复时间的样本观测值为：[26 80 14 21 30 70 69 20 21 18 65 16 35 26 16 40 28 42 33 19 19 43 54 12 18 13 26 10 61 52 30 10 31 28 60 23 16 49 60 67 24 40 21 46 50 26 28 19 16 14 43 16 42 46 18 30]。

由式（4）得：