地空导弹武器系统使用可用度评估研究*

张红晓,王承红

(北京电子工程总体研究所，北京　100854)



地空导弹武器系统使用可用度评估研究*

张红晓,王承红

(北京电子工程总体研究所，北京100854)

摘要：使用可用度(Ao)既是影响装备效能的重要参数，又是战备完好性量化的根据。依据使用可用度度量方法，结合地空导弹武器系统任务要求及装备使用、维修数据，提出了一种在役装备使用可用度评估方法，给出了使用可用度置信下限的计算方法。

关键词：地空导弹；武器系统；使用可用度评估

0引言

地空导弹武器是国土防空的重要武器装备，常年担负战备值班任务，要求其随时处于良好的战备状态，因此，装备的战备完好性参数是极为重要的参数。战备完好性是“装备在平时和战时使用条件下，能随时开始执行预定任务的能力”[1]。

对一个完整的装备系统在规定的实际使用环境下进行的系统战备完好性评估，除了可以验证装备系统是否达到规定的系统战备完好性要求外，还可以验证保障系统的保障能力和装备的使用可靠性维修性水平[2]，根据地空导弹武器装备战备值班、作战使用和维护维修的使用特点，地空导弹武器系统战备完好性参数选取使用可用度AO。

在役装备使用可用度评估，可为完善保障系统、装备改型和新研提供重要信息。目前使用可用度的计算模型，主要是采用平均故障间隔时间与平均故障间隔时间、平均维修时间、平均延误时间之和的比值简化计算[3]，或考虑预防性维修总时间对使用可用度的影响因子计算[4-5]，用于论证阶段使用可用度指标预计、分配等工作；但在装备使用阶段，上述数据获取、计算与部队的使用、维修记录不一致，如故障信息的时间记录，部队仅记录了故障发生及修复的日期和时间，没有按照理论上的延误、修理时间分别记录。为此，必须结合部队实际情况，依据使用可用度度量方法，开展使用可用度评估。

1使用可用度定义及装备时间分解

1.1使用可用度定义

可用性是产品在任一随机时刻需要和开始执行任务时，处于可工作或可使用状态的程度，可用性的概率度量称可用度[5]。对于长期连续工作的装备，瞬时可用度不便于反映其可用特性，需用稳态可用度加以衡量。在地空导弹武器系统工程实践中，一般用使用可用度Ao来衡量，GJB451A-2005给出的使用可用度定义是：“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：产品的能工作时间与能工作时间、不能工作时间的和之比”。

1.2装备时间分解

使用可用度与能工作时间和不能工作时间有关，因此，需要明确装备服役后的时间划分，装备服役期各时间段总日历时间的分布示意图如图1所示。

预防性维修时间不包括在装备运行的同时所进行的预防性维修活动的时间，在具体判定每个时间段是属于能工作或不能工作的时间，要根据装备的工作方式(如连续故障、间断故障)和使用要求及特点进行判断，如装备的某些预防性维修工作类型，一般性保养、检查等时间是属于能工作时间[6]。

预防性维修一般是事先准备好各种保障资源后开展维修工作，造成装备不能工作时间主要是预防性维修时间，管理延误和保障延误时间可以不用考虑；修复性维修工作，从故障发生到修复的时间，包括了修复性维修时间、管理延误和保障延误时间。所以装备不能工作时间主要考虑预防性维修总时间和由于装备故障导致的维修和延误总时间。

2系统组成和任务特点

2.1系统组成

地空导弹武器系统是由导弹与维护、搜索跟踪目标、发射和引导导弹完成战斗使命的各种设备和系统组成的一个独立工作系统[7]。典型的地空导弹武器系统组成为：指挥控制车、搜索跟踪雷达、制导雷达、若干发射车(一个发射车上装配若干导弹)及供电电源组成。某型地空导弹武器系统的任务可靠性框图如图2所示。其中指挥控制车、搜索跟踪雷达、制导雷达供电一般采用一主一备的非工作储备，2辆发射车共用一电源供电，由于发射车可以编组，为保证q辆发射车正常工作，需要r个(q为偶数时，r=q/2；q为奇数时，r=(q+1)/2)电源为发射车供电即可，因此，可以认为对发射车供电的D1，D2,…，Dn电源是多数表决系统。

图1　装备服役期总日历时间分布示意图Fig.1　Sketch map of calendar time during the weapon system service

2.2任务及维修特点

地空导弹武器系统主要承担国土防空任务，在发射阵地开展战备值班，期间可能根据上级要求，阵地转移后开展其他任务。

地空导弹预防性维修工作采取定期维护(日、周、月、年维护)和不定期维护相结合的方法[8]，年维护每年一次，各装备并行开展，期间影响装备正常使用，日、周、月定期维护一般不影响装备正常使用。为了保证导弹具有较高的可用度，定期对发射装置上的导弹进行维护和测试，若导弹参数不合格，则用合格的库存弹及时替换。不定期维护，根据装备使用情况，视情进行维护。

修复性维修，主要对装备日检查或开机使用中发现的故障进行处理，并按照维修作业体系进行处理。部队级不能处理的故障，申请基地级技术支援，基地级及时派技术人员携带设备、器材等到现场排除故障。

3地空导弹武器系统使用可用度算法

3.1地面装备使用可用度算法

结合地空导弹武器装备常年担负战备值班的这一任务，且大部分时间武器系统处于可工作状态，按照GJB451A-2005使用可用度的度量方法，简单变换：

(1)

不工作时间包括年维护时间和装备故障后影响武器系统担负战备值班任务时间。笔者认为，一些采取提高任务可靠性配备的冗余装备，在其故障时因有冗余，只要能满足武器系统任务要求，即武器系统通过备份通道能够工作，其故障时间就不应属于武器系统不工作时间；同样，装备故障后不影响装备执行任务的非严重故障，如人员空调不制冷，液压支腿油液轻微渗漏等，不应计入武器系统不能工作时间。

3.2导弹贮存可用度算法

地空导弹是一种长期贮存，一次使用的产品，其主要寿命过程是在不工作环境中度过的。根据维修性的相关研究结果及地空导弹储存维修性的特点，导弹的长期贮存可用度[7，9]为

(2)

式中：Am为导弹贮存可用度；λm为导弹贮存期间的故障率；τ为导弹测试周期；a=e-λτ。

3.3武器系统使用可用度的点估计算法

(3)

式中：s为值班导弹数；j为设计任务要求发射导弹数。

图2　地空导弹武器系统地面作战装备任务可靠性框图Fig.2　Mission reliability block diagram for ground operation materiel　　　 of surface-to-air missile weapon system

3.4武器系统使用可用度的置信下限估计

假设地空导弹武器系统地面装备的故障时间和维修时间服从指数分布[6]，可以证明，使用可用度的1-α的单侧置信下限为[11-12]

(4)

4算例

假设某地空导弹武器系统的战备值班任务可靠性框图如图2所示，图中n=3,r=2,m=6,q=3。每个发射车上装备4发导弹，系统设计任务是发射2发导弹攻击1个目标，即：s=12，j=2；装备年维护解除战备值班时间6 d，其他日、周、月定期维护不影响武器系统正常工作；导弹的测试周期为180 d，导弹贮存期间平均故障间隔时间MTBFM=50 000 h，2013年某型武器装备严重故障的信息见表1。

4.1计算地面装备使用可用度

2013年全年365 d，合计8 760 h，地面装备不能工作时间包括年维护时间144 h和装备故障影响战备值班任务时间t。

从表1统计数据，电源A1和电源A2故障时间无重合，保证了对指挥控制车的正常供电，指挥控制车全年故障时间是35 h；电源B1和电源B2故障时间无重合，保证了对搜索雷达的正常供电，搜索跟踪雷达全年故障时间56.5 h；电源C1和电源C2故障重合时间2 h，说明有2 h无法为制导雷达正常供电；制导雷达全年故障时间31 h，但其中有1 h故障时间与搜索跟踪雷达重合， 在计算地面装备不能工作时间时需扣除；电源D1，D2，D3故障时间无重合，6辆发射车未同时出现3辆以上故障。所以地面装备因故障不能工作时间为

表1　某地空导弹武器系统地面装备故障信息统计表

t=0+35+0+56.5+2+31-1+0+0=123.5(h).

地面装备全年不能工作时间为

144+123.5=267.5(h).

根据式(1),地面装备的使用可用度为

4.2计算导弹贮存可用度

a=e-λmτ=e-2×10-5×180×24≈0.917 2.

根据式(2)，导弹的贮存可用度为

0.958 0.

4.3计算武器系统使用可用度点估计值

根据式(3),地空导弹武器系统使用可用度为

可见，在任务设计发射少量导弹，而担负值班导弹数量较大时，整个值班导弹的贮存可靠度趋近1，这与一些文献中不考虑导弹的贮存可靠度，或将导弹贮存可靠度视为1是相通的。

4.4计算武器系统使用可用度置信下限估计值

表1中武器系统故障数k=18,取α=0.05，F0.05(36，36)=1.76，由式(4)得

Ao-L=0.947 5。

即某地空导弹武器系统使用可用度的95%置信度的单侧下限为0.947 5。

5结束语

使用可用度作为战备完好性参数之一，是综合保障的顶层参数，对可靠性、维修性、保障性指标论证起到关键作用。本文结合导弹贮存可用度和地面装备使用可用度计算方法，提出了地空导弹武器系统的使用可用度计算模型，并结合某型号地空导弹武器系统的使用数据，给出了算例，为开展地空导弹武器系统使用阶段使用可用度评估提供了一种工程实践尝试。

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Operational Availability of Surface to Air Missile

ZHANG Hong-xiao， WANG Cheng-hong

(Beijing Institute of Electronic System Engineering，Beijing 100854，China)

Abstract:Operational availability (Ao) is one of the important parameters of materiel effectiveness and is also a measurement of operational readiness. Based on the evaluation method of operational availability, the mission requirements and the data of operation & maintenance of surface to air missile weapon system, a method to assess operational availability of low limit confidence is put forward.

Key words:surface to air missile；weapon system；operational availability evaluation

中图分类号：TJ762.1+3;E927

文献标志码：A

文章编号：1009-086X(2015)-01-0129-06

doi:10.3969/j.issn.1009-086x.2015.01.022

通信地址：100854北京142信箱30分箱E-mail：zhanghongxiaobj@163.com

作者简介：张红晓(1971-)，男，河南禹州人。工程师，硕士，研究方向为武器装备综合保障。

基金项目：有

收稿日期：2014-05-06；
修回日期：2014-07-20