组合引信系统维修性建模分析探讨

中国船舶重工集团公司第七一○研究所 乔永珍

1.引言

在当前形势和条件下，武器装备已经成为世界各国研究和关注的重点。随着武器装备的不断发展，组合引信方面也取得了相当大的发展。

因此组合引信系统的维修和维修性是制约其发展的一个重要因素。因为组合引信系统无论是和平年代还是战时时期都是非常重要的武器装备系统，武器装备的使用由于其操作和使用性能等因素势必会带来维修和维修性问题，所以研究和探讨武器装备的维修和维修性就显得十分重要和必要。本文就组合引信系统的维修和维修性建模做一分析研究。

2.组合引信系统的维修和维修性

组合引信系统维修是指为使组合引信系统保持或恢复到规定状态所进行的全部活动。根据武器系统的目的与时机可以分为：(1)武器系统的修复性维修：是指武器系统和装备发生故障后，使其恢复到规定状态所进行的全部维修活动。(2)预防性维修：是指通过对组合引信接收器系统的系统检测、检查和发现故障征兆并采取措施以防止故障发生，使其保持在规定状态所进行的全部维修活动。

组合引信系统维修是指维修性是指武器装备在规定的条件下和规定的时间内按规定的程序和方法进行维修时保持或恢复其规定状态的能力。

3.组合引信系统的维修性建模

3.1 组合引信系统维修性模型的种类

从模型的性质和形式分类，组合引信系统维修性模型的分类如图1所示。

描述性模型：主要是运用文字形式简明阐述系统的构成、环境、功能层次、要求以及维修事件、维修活动、维修作业步骤和维修任务的描述。这类模型用于维修性预计、分配中的有关辅助描述。随着维修性领域研究的深入，它会向定量模型靠近。

流程图和图解式模型：通常用来显示维修作业体制职能和维修时间组成部分之间的基本逻辑关系。如维修职能流程图、系统功能层次图和维修时间分解图等。它可以为维修性的定量研究提供支持。

计算模型：是维修系统各种参数和变量的数学逻辑关系的抽象表达。是维修性定量分析的重要工具。

仿真模型：它是运用通用的计算机程序语言或专用的模拟语言编写的计算机程序模型。对整个寿命周期中的工作进行模拟，根据仿真得出的统计量，确定存在的问题和可能改进的范围。

3.2 建立维修性模型的原则

(1)真实性，模型必须客观真实地反映所研究的现实系统的本质。

(2)目的性，模型的建立要针对研究目的，预计和分配建立的模型也不尽一致。

(3)清晰性，明确地描述所研究的维修性问题。

(4)经济性，模型要繁简适宜，经济适用。

(5)适应性，适应系统所处的环境和内部条件。

3.3 维修性建模的步骤

(1)收集资料：主要包括：1)功能层次及其框图；2)维修性建模的约束；3)系统的可靠性维修性定量要求和定性要求；4)可靠性分析的资料。

(2)确定目的：确定目的包括两个方面，即建模的时机和建模的用途。

(3)确定建模的参数：由于维修性通常用维修时间、维修工时及故障隔离率等来表示，因此，维修性模型大致包括维修时间、维修工时及故障隔离率等模型。确定建模的参数要在上述两项工作的基础上进行，参考GJB1909-94确定。最常规定的参数是平均修复时间(MTTR)。

(4)选用适用的模型。

(5)建立维修性模型。

3.4 系统维修性模型

3.4.1 平均修复时间(MTTR)模型

GJB451-89中，MTTR定义为：在规定的条件下和规定的时间内，产品在任一规定的维修等级上，修复性维修总时间与在该等级上被修复产品的故障总数之比。

假设系统由n个单元组成，各单元的故障率λi，已知各单元平均修复时间，系统平均修复时间为：

3.4.2 系统维修时间与系统维修事件的维修时间的关系模型

系统的维修时间是由各不相同的维修事件所需时间组成的，它们之间的关系可以通过“全概率公式”进行描述。

在研究系统的修复时间时，αi与产生维修事件的故障所对应的故障率相关，即：

式中，iλ表示产生第i个维修事件的故障所对应的故障率。

在研究系统的预防维修时间时，iα与维修事件发生的频率相关，即：

3.4.3 维修事件的维修时间与相关维修活动时间的关系模型

维修事件的维修时间与相关维修活动时间的关系模型有时也称为“白箱”维修性数学模型。维修事件确定以后，根据产品设计和维修方案等，能够确定出相应的维修活动或基本维修作业顺序。归结起来看，维修活动或基本维修作业顺序有3种形式：串行、并行及网络。

串行作业模型：

一个维修事件是由多项维修活动和基本维修作业或基本活动组成。如果各维修活动或基本维修作业是按一定顺序依次进行的，前一个作业完成后后一个作业开始，既不重叠也不间断，我们就称为串行维修作业，见图2。在这种情况下，完成一次维修事件的时间就等于各维修活动或基本维修作业时间的累加值。

设：T-完成某维修事件的维修时间，Ti-该次维修中第i项串行作业时间，M(t)-该次维修事件或活动在时间t内完成的概率，Mi(t)-第i项串行维修作业在时间t内完成的概率，m-表示基本维修作业(或基本维修活动)的数目。则：

图1 组合引信系统维修性模型的分类

其中：

并行作业模型：

如果构成一个事件的各项活动(或作业)同时开始，则为并行作业。在复杂系统中，并行作业的情况很可能出现，常常由多人同时进行维修，以缩短维修持续时间。因此，在并行作业中，维修事件应是各项活动时间的最大值，即：

该次维修事件或活动在时间t内完成的概率M(t)可近似表示为：

网络作业模型：

如果组成维修事件的各项活动（或基本维修作业）既不是串行又不是并行关系，一般说来无法直接用简单的数学模型关系描述。此时，可采用网络规划技术或随即网络理论来计算维修时间，也可采用网络仿真的方法计算维修时间。

3.4.4 维修工时的数学模型

由维修工时的定义可知，其维修事件的维修工时Mci为：

式中，iα——第i个维修事件发生的概率；n——系统中的维修事件数。

3.5 组合引信系统任务维修性模型

3.5.1 组合引信系统任务维修性模型的特点

组合引信系统任务维修性模型对应于任务可靠性模型，而任务可靠性模型是根据任务剖面建立的，可能有串联、并联、表决、冷贮备及其组合等多种形式的模型，且因任务而异。实际上任务维修性也与系统任务剖面有关，同时还与给定的任务剖面内的维修原则(即维修时规定的状态)有关，这反映以下两个特点：

在规定的任务剖面内维修时机发生变化。首先是在规定的任务剖面内有可能将预防性维修工作压至最少，即减少了工作内容和频率；其次是在任务剖面内对不影响任务的故障并不马上着手进行修理，往往需要等到一个任务结束时或系统丧失所需功能时才一并对故障单元进行维修处理。这也可能降低了修复性维修的工作频率，但有可能延长了各维修事件所需的时间。

维修内容发生改变。由于任务剖面的特殊性，有的情况下并不要求将所有故障全部排除，只是能恢复必须功能即可；而在条件允许时则需修复全部项目，这都需要改变维修过程中的工作内容，使完成各维修事件所需的资源发生改变，如维修时间变长或缩短。

由以上特点可以看出，组合引信系统任务维修性与系统所执行的任务类型密切相关(体现在相应的任务可靠性模型上)；其次是与各任务剖面中对维修所要求的规定状态有关。第一个特点用于解决维修事件的种类与频率的确定，由于预防性维修主要由预防维修计划确定，可以控制其预防性维修频率及内容。第二个特点用于解决各维修事件所需的维修时间或资源的确定。

3.5.2 组合引信系统维修策略

组合引信系统维修策略分为以下3种：

维修策略——指对系统进行维修时预先所规定的修复原则。不同的维修策略所消耗的维修资源将会不同。本指南只采用了最小维修和最大维修两种维修策略，在实际工作中可能有多种。

最小维修策略——所谓最小维修就是只修复影响任务成功的关键部件，如故障的串联单元、最容易修复的故障冗余单元（对一个冗余系统中仅修复一个单元即可，且只维修其平均修复时间最短的冗余单元），或其组合，使系统能在最短的时间内继续执行任务。

最大维修策略——则是指一旦开展维修则修复全部故障单元。

在规定的任务剖面内，系统可靠性框图模型已经建立。典型的任务剖面维修要求为：在任务期间，只要系统没有产生影响任务的故障则不进行维修；在任务期间，如果出现系统故障，则进行最小维修或最大维修。至于实际采用何种维修策略乃至其他的维修策略，则需根据具体情况或维修规定来定；任务结束后，如果系统中存在单元故障则进行最大维修。

4.结束语

综上所述，我们了解了武器装备系统维修性的重要性。文中提出了组合引信系统的维修性建模的种类和建立模型的原则。通过研究组合引信系统维修模型中的平均修复时间（MTTR）模型、系统维修时间与系统维修事件的维修时间的关系模型、维修事件的维修时间与相关维修活动时间的关系模型以及维修工时的数学模型4种模型，得知武器装备维修建模的各种模式。同时，探讨了武器装备任务维修性模型的特点及其维修策略。