航空装备保障特性综合评估指标体系

2013-07-03祝华远赵功伟崔亚君王灵芝刘俊瀛

兵器装备工程学报 2013年5期

祝华远，赵功伟，崔亚君，王灵芝，刘俊瀛

(海军航空工程学院青岛分院，山东青岛266041)

武器装备在投入使用后能否形成保障能力，本质上取决于装备系统的保障特性，既要求主装备本身具有便于保障的设计特性，又要求保障系统具有能够对主装备实施有效保障的特性。与保障有关的装备设计特性有可靠性、维修性、测试性等，凡是能使装备便于保障或易于保障的设计特性都属于装备保障特性，它反映装备可保障，即需保障和易保障的程度。评估是重要而有效的辅助决策手段，为支持做好航空装备寿命周期，尤其是使用阶段的保障特性考核验证工作，建立科学完善的评估指标体系至为关键。

1 航空装备保障特性综合评估指标体系构建原则

建立评估指标体系是一项很困难的工作，一般来说，评估指标的范围越宽，数量越多，确立评估指标就越难，处理和建模过程就越复杂，歪曲系统本质特性的可能性就越大。航空装备保障特性综合评估指标体系构建原则如下。

系统性原则。评估指标体系能全面、系统地反映航空装备保障特性各方面的特征和综合情况，紧扣主要因素。

可测性原则。选用的评估指标应有可靠的数据统计基础，能够进行科学量化。

独立性原则。各指标之间不能相容，即不能相互代替或包含。

指标节省原则。在不遗漏重要解释因素的基础上，应使评估指标尽可能的少。因为当构建综合评估模型进行评估时，如评估指标过多，会造成指标间的多重相关性，进而降低模型精度。

2 初拟航空装备保障特性综合评估指标体系

装备综合保障的最终目标是以可承受的寿命周期费用，实现武器装备的战备完好性、任务成功性和持续作战能力要求，最终满足平时和战时的使用要求［1，2］，即航空装备保障特性评估指标应能反映装备战备完好性、任务成功性、持续作战能力及保障费用等。

对于航空装备保障特性，美军一般选用使用可用度AO、能执行任务率RMC作为平时的战备完好性参数;由于要求军用飞机(特别是战斗机)具有较强的作战能力，并能够最大限度地连续出击，选用出动强度或出动架次率RSG作为战时的战备完好性参数;另，根据军用飞机平时和战时连续出动的使用特点，一般选用再次出动准备时间TTA作为军用飞机的系统保障性参数［3～5］。我军一般选用使用可用度AO、固有可用度Ai作为装备战备完好性参数;对于任务成功性，一般选用任务可靠度RM、任务成功概率PMC来表征;对于持续作战能力，一般选用出动架次率RSG，再次出动准备时间TTA等;对于寿命周期费用，一般选用每飞行小时的直接维修费用CDMF等［6-8］。

GJB 1909.5—94《武器装备可靠性维修性保障性参数选择—军用飞机》在附录中指出，根据作战使用要求，在战备完好性方面，可选用使用可用度AO、再次出动准备时间TTA、出动架次率RSG等参数;在任务成功性方面，可选用任务成功概率PMC等参数;在维修人力及保障费用方面，可选用平均故障间隔飞行小时TFBF、每飞行小时直接维修工时MDMMH/FH等参数。

基于以上分析，初拟的航空装备保障特性综合评估指标体系如表1 所示。

表1 初拟的航空装备保障特性综合评估指标体系

3 航空装备保障特性综合评估指标筛选

3.1 使用可用度AO 与能执行任务率RMC

使用可用度AO与能执行任务率RMC均是航空装备的战备完好性参数，用来描述航空装备执行其任务的能力，用于评估航空装备的作战适应性，把传统的可靠性及维修性分析、后勤保障分析以及使用分析等所获得的结果综合成一种对实际作战能力有实际意义的总体度量参数。

使用可用度AO与能执行任务率RMC都可表示为航空装备的能工作时间同能工作时间与不能工作时间之和的比，其不同之处在于，能执行任务率RMC仅作为武器装备外场统计用的战备完好性参数，一般都利用时间比的百分数来定义和计算。使用可用度AO除了用时间比来定义和计算外，还可用可靠性及维修性参数和保障系统参数来计算，不仅可以用于外场统计，还可用于试验统计。根据可测性和独立性原则，选用使用可用度AO作为航空装备平时战备完好性评估指标。

3.2 任务可靠度RM 与任务成功概率PMC

在GJB 1909A—2009《装备可靠性维修性保障性要求论证》附录C 中给出的任务成功度的定义是“军用飞机任务可靠性的概率度量。其计算方法为:按规定的任务剖面，成功完成任务次数与任务总次数之比。”一般利用外场统计数据进行验证，其计算公式为

式中:NS为任务成功次数;NC为成功出动次数。

GJB 1909.5—94《装备可靠性维修性参数选择和指标确定要求—军用飞机》任务成功概率PMC的定义为“在规定任务剖面内，产品能完成规定任务的概率。”对于飞机整机来说，将“完成规定任务”认为是“完成飞行任务”。

任务成功概率PMC度量方法为

式中:NS为任务成功次数;NT为总的任务次数。

从内涵上讲，任务可靠度RM度量中的“完成任务的次数”是指成功出动的次数中完成任务的次数;而任务成功概率PMC度量中所用的“完成任务的次数”是指规定出动的次数中完成任务的次数;在GJB451A—2005《可靠性维修性保障性术语》［20］中对成功概率的定义为“产品在规定的条件下成功完成规定功能的概率。它通常适用于一次性使用产品。”因此任务成功概率PMC一般用来表征像导弹、弹药等一次性使用的装备，而航空装备是属于可间歇使用的装备。为了更好地表征装备任务成功性，选用任务可靠度RM作为航空装备任务成功性评估指标。

3.3 每飞行小时直接维修工时MDMMH/FH与每飞行小时直接维修费用CDMF

每飞行小时直接维修费用CDMF度量方法为

式中:C 为单位工时费;CMMF为每飞行小时维修器材费用。

可以看出，CDMF和MDMMH/FH两个指标之间有包含关系。根据独立性原则，只能选择其一;鉴于前者会随着时间和地点的推移而不断发生变化，选用每飞行小时直接维修工时LDMF作为维修人力及保障费用指标。

筛选后的航空装备保障特性综合评估指标体系如表2所示。

4 航空装备保障特性综合评估指标分解

4.1 使用可用度AO

GJB451A—2005《可靠性维修性保障性术语》［20］使用可用度Ao的定义为“与能工作时间和不能工作时间有关的一种可用性参数。其一种度量方法为产品能工作时间与能工作时间、不能工作时间的和之比。”

由使用可用度的定义可知其度量模型如下

式中:TO为工作时间;TS为待命时间(能工作不工作时间);TCM为修复性维修总时间;TPM预防性维修总时间;TD为管理和延误保障时间。

表2 筛选后的航空装备保障特性综合评估指标体系

由于待命时间和延误时间与部队的使用策略和使用管理水平有关，在装备设计过程中不能控制，在工程中可使用可达可用度Aa为综合参数，进行可靠性维修性单项要求的分解与权衡。Aa不用日历时间计算，用实际消耗的时间计算。则可达可用度为

式中:TBF为平均故障间隔时间;TMT为平均维修时间，包括MCT平均修复时间和MPT平均预防性维修时间。

平均故障间隔时间TBF度量方法为

式中:K2为运行比;Ke为环境因子;TFBF为飞机平均故障间隔飞行小时。

如只考虑装备保障特性，平均故障间隔时间TBF又可由装备可靠性参数飞机平均故障间隔飞行小时TFBF来表征。

4.2 任务可靠度RM

假设任务故障服从指数分布，则任务可靠度RM可用如下计算公式

式中:T 为飞机任务时间;TBCF为飞机平均严重故障间隔时间。

飞机平均严重故障间隔时间TBCF度量方法为

式中:K4为致命性故障因子。

可以看出，任务可靠度RM在一定程度上也可用装备可靠性参数飞机平均故障间隔飞行小时TFBF来表征。

4.3 出动架次率RSG

在GJB 1909A—2009《装备可靠性维修性保障性要求论证》附录C 中对出动架次率RSG的定义为“度量军用飞机在规定的使用及维修保障方案下，每架飞机每天能够出动的次数，也称单机出动率或战斗出动强度。”它是军用飞机最常用的战时战备完好性参数，计算模型如下

式中:TFL为飞机每天能飞行的小时数;TDU为飞机平均每次飞行的小时数;TGM为飞机地面运动时间;TTA为飞机再次出动准备时间;TCM为飞机每出动架次的平均修复性维修时间;TPM为飞机每出动架次的平均预防性维修时间;TAB为飞机每出动架次的平均战斗损伤修理时间。

出动架次率是飞机连续出动能量的度量，是反映航空兵部队战斗力的重要参数，与飞机的可靠性、维修性、测试性、维修保障能力、机场条件、气象条件和机场条件等因素有关，与战时要求直接相关，对平时训练没有意义，因为在平时训练中，飞机的出动架次率明显低于其实际能力。

由于TFL、TDU、TGM与飞机使用要求紧密相关，TAB与战斗损伤率与部队损伤修理能力密切相关，均与装备保障特性关联度很小，平均维修时间TMT包含每出动架次的平均修复时间TCM和每出动架次的平均预防性维修时间TPM，故如只考虑装备保障特性，出动架次率RSG可用装备维修性参数TMT和再次出动准备时间TTA来表征。

5 航空装备保障特性综合评估指标体系

测试性是指产品能及时并准确地确定其状态(可工作、不可工作或性能下降)，并隔离其内部故障的能力，通常作为维修性的一部分。随着现代科学技术，特别是信息技术的发展和广泛应用，航空装备日趋复杂，测试性的地位和作用更加突出。目前，测试性已经成为一种独立的保障特性。表征装备测试性的主要参数有故障检测率RFD、故障隔离率RFI、虚警率RFA等。对于装备测试性，遵循指标节省原则，可用综合指标ST来表征［9，10］