故障检修方式对装备现场更换备件配置的影响

2015-02-05丁定浩

电子产品可靠性与环境试验 2015年5期

丁定浩

丁定浩

首先，介绍了故障常规检修和及时检修的定义；其次，阐述了计算再次出动准备时间的增量的方法；然后，利用常规检修的战备完好率模型推导出了及时检修的战备完好率模型；最后，以一个虚拟装备的备件配置为例，探讨了不同的故障检修模式对备件配置的影响。通过分析发现，采用不同的检修方式时，配置的备件的数量没有太大的区别，但是采用及时检修的方式时，所取得的经济效果却更加明显。

常规检修；及时检修；再次出动准备时间；战备完好率模型

0 引言

现场更换功能模块备件数量的配置，取决于装备对战备完好率的定量要求，同时又与备件的适用对象及其本身的寿命特性、检修故障的能力、周转时间，以及备件配置的优化相关联，这些定量的关联，我们在文献 [1-4]中已经作过详细的阐述，本文要讨论的是，不同的故障检修方式对现场更换模块备件数量的配置的定量影响。

1 故障检修方式及再次出动时间的增量

故障检修方式一般包括即时检修和常规检修两种。即时检修是指当装备在运行中发生故障后，立即对故障进行检修；常规检修是指当装备在运行时发生故障后，不立即对故障进行检修，而是等到任务结束，再次执行任务之前对故障进行检修。

在上面提及的相关文献中，故障检修方式都是采用常规检修方式，即都是在任务结束之后，下次执行任务之前才对故障进行检修。现在我们要对即时检修的方式进行研究。

根据战备完好率模型可以直接地进行判断，采用即时检修方式对故障进行检修时，所需要的备件数量要比采用常规检修时少。因为前者再次出动前的准备时间，即容许的停机时间增加了，在其他条件不变的情况下，容许停机时间的增加能够提升战备完好率，而在战备完好率保持不变，但维修延误时间又减少了的情况下，备件延误时间就会相应地增加，备件数量也就可以相应地减少了。

因此，求出容许停机时间的增量，即可定量地减少备件的数量。

无疑，容许停机时间的增量即为再次出动时间的增量tx，即：

式（1）中：ts——规定的任务持续时间；

tf——装备在任务时间ts内系统发生故障的时刻。

但是，由于tf是一个随机变量，因此，我们将以tf的概率均值，即故障发生的平均时刻作为装备在任务时间ts内发生故障的时刻。

前面已给提到过，为了求取再次出动时间的增量，首先必须先求出装备在规定的任务时间内发生故障的概率均值，即故障发生的平均时刻。

众所周知，装备平均致命故障发生的平均时间MTBCF可以用下式来表达：

式（2）中：Rs（t）——装备的任务可靠度。

不难理解，只要令上述MTBCF的表达式中的积分上限为ts，即可得到装备在规定的任务时间ts内发生故障的平均时刻tf的表达式，即：

例如：对于由串联结构构成的系统而言，系统在任务持续时间ts内发生故障的平均时刻tf为：

对于由可靠性双重并联结构构成的系统而言，系统在任务持续时间ts内发生故障的平均时刻tf为：

对于由3取2的表决结构构成的系统而言，系统在任务持续时间ts内发生故障的平均时刻tf为：

对于由复杂结构构成的系统，特别是包含了众多的常规结构和复杂结构的系统，其在任务持续时间ts内发生故障的平均时刻无法直接通过上述方法来计算，对此，我们已经编制了相关的软件来解决这一问题。

2 故障即时检修的战备完好率模型

故障常规检修的战备完好率模型POR为：

式（7）中：td——再次出动前的准备时间；

h（i）——第i序号现场更换功能模块的独立失效概率；

tm——第i序号现场更换功能模块的平均维修延误时间；

tp——第i序号现场更换功能模块的平均备件延误时间。

其中，tm（i）和tp（i）随备件供应体制和备件补充方式的不同而不同，具体的变化情况参见文献[5]。

由此可见，只要在故障常规检修的战备完好率模型中的再次出动的准备时间中增加一个增量tx= ts-tf，即可得到故障即时检修的战备完好率模型，即：

3 故障即时检修与常规检修方式比较的数字例

下面我们将以一个虚拟装备的备件配置为例，说明故障即时检修和常规检修对备件配置数量的影响。这一装备有100种类型的现场更换功能模块，其中，单个串联结构有70种，多个相同单元串联结构有5种，双重并联结构有2种，表决结构有23种。在线工作模块的总数为264，各种功能模块的具体参数见附录。装备每次任务持续工作时间为6 h，预计装备任务可靠度可以达到0.909 180 069 623 824。装备再次出动的准备时间为2 h，即在战争状态下两次任务之间的停机时间不能超过2 h（非战争时期，两次任务之间的停机时间可以延长，因此备件的数量可以相应地减少）。

示例中备件供应体制采用现场、备件供应站两站点体制，备件补充的方式采用实时补充方式。

要求装备的战备完好率，即成功出动率达到0.98。要求设计故障常规检修与故障即时检修方式下的备件最优配置，并计算备件配置费用和一年内备件的平均存贮费用、平均运输费用、模块平均消耗费用、总计平均消耗费用和总计费用。设计结果如下所示。

a）常规故障检修方式

采用常规故障检修方式对虚拟装备进行检修时，各备件的最佳配置如表1所示。

表1 常规故障检修模式下各备件配置的数量

结合表1和附录中给出的数据，可以得到备件总数：335件；

平均维修延误时间：3.763 398 740 376 12E-02；

平均备件延误时间：3.094 195 222 210 98E-03；

两站点备件实时补充方式的战备完好率：0.980 042 328 531 199；

备件贮存费用：73.365元；

备件配置费用：31 651元；

备件平均运输费用：126.188 446 05元；

部件平均消耗费用：22 001.152 946 4元；

总计平均合成费用：53 851.706 392 45元；

总计平均消耗费用：22 200.706 392 45元。

b）即时故障检修方式

经过分析，在任务持续时间6 h内发生故障的平均时间tx等于5.281 4 h，由此可得，再次出动时间的增量tx=6-5.281 4=0.718 6 h。

采用即时检修方式对虚拟装备进行检修时，各备件的最佳配置如表2所示。

表2 即时故障检修模式下各备件配置的数量

结合表2和附录中给出的数据，可以得到：备件总数：262件；

平均维修延误时间：2.038 402 863 499 92E-02；

平均备件延误时间：3.415 389 550 297 29E-02；

两站点备用实时补充方式的战备完好率：0.980 311 553 440 069；

备件贮存费用：57.378元；备件配置费用：24 657元；备件平均运输费用：115.787 806 345 055元；部件平均消耗费用：20 187.785 145 688 5元；总计平均合成费用：45 017.950 952 033 6元；总计平均消耗费用：20 360.950 952 033 6元。可见，采用即时检修的方式对装备的故障进行检修时，所需要配置的备件的数量比采用常规检修时的少73件，即前者是后者的78.2%，备件费用前者是后者的77.9%。

4 结束语

现场更换功能模块备件的优化配置，是降低装备在寿命周期内的费用的关键环节。备件配置过少，可能会导致因装备无法出动而延误战机；配置过多，又可能会因装备长期积压而导致寿命周期内的费用大幅度地增加。现场更换功能模块的优化配置受多种因素的影响，本文讨论了不同的故障检修方式对现场更换功能模块备件配置的影响。通过分析可得，与常规检修方式相比，即时检修在检修设施配置上并没有发生大的变化，但取得的经济效益却显著得多。

[1]丁定浩.以LRU的RMS参数表达战备完好率模型 [J].电子产品可靠性与环境试验，2012，30（1）：4-8.

[2]丁定浩，陆军.维修时间新参数和维修设计技术新进展[J].中国电子科学研究院学报，2010，5（4）：381-384，388.

[3]丁定浩，陆军.备件保障概率新模型 [J].中国电子科学研究院学报，2009，4（3）：327-330.

[4]丁定浩.全寿命周期任务可靠度得到持续保持的新系列设计模型 [C]//第四届国防科技工业试验与测试技术发展战略高层坛论文集，2012.

[5]丁定浩，陆军.装备寿命周期使用保障的理论模型和设计技术 [M].北京：北京电子工业出版社，2011.

附录：虚拟装备的相关数据表

虚拟装备包含100种不同类别的现场更换功能模块。下列表中， “结构”是指相应类别模块是可靠性结构； “单串”是指这一类模块仅有1个；“多串”是指多个同类模块组成串联结构； “两重并联”是指两个模块组成并联结构；其他的模块则是不同的表决结构； “单元数”是指各种不同类别的功能模块包含的单元的数量； “失效率”和 “修复率”分别指各种不同类别的功能模块中单个单元的失效率和修复率，单位分别是每小时发生的失效次数和每小时的修复次数； “单元费用”是指各类模块中单个单元的购置费用，以万元为单位；此外，各个备件的存贮费用为0.000 025万元；单个备件每次的运输费用为0.5万元；每次备件成批运输费用为5万元；消耗费用的计算周期为1年。

The Influence of Different M aintenance Modes on the A llocation of Field-rep laceable Spare Parts

DING Ding-hao

Firstly，the definitions of regularmaintenance and timelymaintenance are introduced. Next，the calculating method of increment of turnaround time is presented.Then，the readiness rate model of timely maintenance is deduced through the readiness rate model of regular maintenance.Finally，taking the spare parts allocation of a virtual equipment as an example，the influence of different maintenance modes on the allocation of spare parts is discussed. Through the analysis，it is found that the number of the allocated spare parts under different maintenance modes is basically the same，but the economic benefit obtained under the timely maintenancemode ismore obvious.

regularmaintenance；timelymaintenance；turnaround time；readiness ratemodel