装备维修性的评价模型及算法研究

周亦军 郑 彤

(海军驻四三八厂军事代表室 武汉 430064)



装备维修性的评价模型及算法研究

周亦军 郑 彤

(海军驻四三八厂军事代表室 武汉 430064)

论文讨论了装备维修性的设计准则,定义了评价维修性的指标因素。在此基础上,利用有向网络图来描述维修性的评价模型,并利用矩阵的积和式算法作出定量评价,该方法可以综合考虑影响维修性的所有指标及其相互关系。

维修性; 网络图; 矩阵

Class Number TH122

1 引言

装备维修性[1～4]与很多因素有关。包括设计参数的选择、装备的结构性能、人员及设备等。因此,必须在设计阶段考虑影响维修性的各种因素。对装备的维修性有一个定性或定量的评价。现有的一些研究都仅从某个侧面去理解、评价装备的维修性[5～7],没有考虑影响装备维修性的各类因素。也未考虑有关因素之间的内在关系。因此必须综合考虑有关因素,在装备设计阶段提供一个简单、合理且易行的维修性评价方法。

2 维修性设计准则及评价指标

维修性设计是装备或系统设计工作中的一个重要组成部分,它要求设计者在装备的初始设计阶段将维修性作为设计的一个目标,以提高装备的使用维修性能。维修性设计准则是为了将装备的维修性要求及使用和保障约束转化为具体的设计而确定的通用或专用设计准则其目的是:指导设计人员进行装备设计,便于装备设计者在设计阶段进行设计评价,便于分析人员进行维修性分析、设计。

维修性设计准则通常包括以下一般性的原则[8～10]: 1) 尽可能简化装备功能,减少零部件的品种和数量; 2) 合理的结构设计,提高装备可达性; 3) 采用标准化、模块化设计; 4) 保证检测诊断的迅速、准确; 5) 采取防差错措施; 6) 考虑维修中的人机工程及维修安全性等。

根据上述维修性设计准则,提出了以下九个评价指标因素:

1) 装备设计简化性

尽可能简化、合并装备功能,降低对使用和维修人员的技能要求,另外要尽量减少零部件的品种和数量。

2) 可达性

可达性是指在维修装备时,接近维修部位的难易程度。合理的结构设计,合理地设置维修窗口和维修通道是提高装备可达性的途径。另外可达性还包括检查点、测试点、拆装空间等的布局。

3) 装备装配/拆卸性能

各个子装配体、零部件、连接件的拆卸和装配要简单、省力。

4) 装备设计的标准化、模块化

包括优先选用标准件;故障率高及易损坏的零部件应具有良好的互换性和必要的通用性;装备应按功能设计成能够完全互换的模块,便于单独进行测试。这样既有利于装备的设计和制造,又有利于简化维修作业,提高装备的维修性。

第三，优化作业设置，提升作业的价值：教师在作业的设置中也存在着很大的不合理性，不考虑学生的完成时间大量的布置、不考虑学生学习的层次一味的追求难度、不考虑布置的多样化使作业缺乏趣味性，这些问题都影响着学生作业的完成，也是学生抄袭作业的原因之一。因此教师在作业设置中要做到：精心备选作业，加强作业的针对性；作业的重心前移，减少作业量；分层设置作业，降低作业难度，体现作业的层次性；作业的形式要多样化，增加作业的实用性和趣味性。

5) 防差错性

从装备结构上采取措施消除发生差错的可能性,在维修的零部件、备品备件、专用工具等上面作出识别记号,以便于区别辨认,避免因差错而发生事故。

6) 检测及诊断性能

装备在进行恢复性维修时的不工作时间中,超过60%与测试诊断有关。装备设计应考虑故障检测诊断的方便性,其中包括测试原理、测试方式、测试设备等。

7) 维修安全性及人机工程

研究在维修中人的各种因素对提高维修工作效率、减轻人员疲劳等方面的影响。为此,应考虑维修操作空间、噪声、人员安全性等因素以及降低对维修人员的技能要求。

8) 维修工具及维修设备

9) 维修安全性

结构上采取相应措施,从根本上防止维修中的事故。防止维修人员受到机械损伤及接近高温有毒、放射性物质等。

3 维修性评价模型

对前述九项维修性评价指标,可以根据一定的打分标准为它们作出定量评价。具体的打分标准可以参照MIL-HDBK-472 Maintainability Prediction的定义。该手册是美国军事部门针对武器、电子、机械类装备可靠性及维修性制定的一系列标准手册之一,它以0、2、4三个等级为打分标准,为各项评价指标打分并定义了打分依据。本文仅以可达性为例进行说明,装备可达性的打分标准如表1所示。

表1 可达性打分标准

前述的指标因素之间并不是相互独立的,它们相互关联并且相互影响。它们之间的关系称之为关联度,不同因素之间的关联度有强有弱。这里仍然采用0、2、4分值标准来表示它们之间的关联度。其中0表示不相关,2表示弱相关,4表示强相关,具体如表2所示。

表2 维修性各指标之间的关联度

表2中的1～9分别对应九个评价指标,而每一行又分别表示每个评价指标与其它九个评价指标的关联度。

4 维修性评价的矩阵积和式算法

如果在设计的初始阶段就为设计者提供维修性的评价模型,就可以帮助设计者对装备维修性有一个整体的把握,对装备的维修性进行综合分析,并且通过修改设计提高装备的维修性。如果要考虑所有九个维修性指标和它们之间的关系,该模型就会变得比较复杂。本文采用矩阵对维修性模型进行描述及分析计算。维修性关联度矩阵维修性关联度矩阵MF的定义为

式中,Ii为维修性指标的打分值;fij为维修性指标i相对于维修性指标j的关联度。

在上述维修性评价模型的基础上,可以为装备的维修性作出定量评价,本文采用矩阵积和式函数来计算维修性综合指数。积和式是矩阵的一个标准函数,也被应用于组合数学中。它可以表示一种结构化的信息,因为矩阵中的每一个元素及它们之间的关系都被考虑到。因此利用这一概念可以从集合的角度来表示装备的维修性能。矩阵积和式的定义如下:

式中Sn表示n阶矩阵对称群。

积和式包含了各种维修性参数,可以用它作为装备维修性能的综合指数。综合指数越大表明该装备的维修性能越好,这样就可以利用该指数来评价不同的设计方案。利用装备的维修性评价模型和矩阵的积和式算法,可以综合考虑影响维修性的各种要素,在装备设计初始阶段就为设计者提供一个简单、合理且易行的维修性评价方法。

5 实例分析

利用上述方法来评价两种某驱动机构的维修性能,从维修的角度来分析它们的结构,找出影响维修性能的指标因素集,它们是设计简化性、装配、拆卸性、装备设计的标准化、模块化程度、人机工程及维修工具。参照MIL-HDBK-472的定义,对这两种机构的维修性指标进行打分,具体分值如表3所示。

表3 维修性指标打分值

其矩阵表达式为

分别将这两种不同方案的具体数值代入,可得

矩阵的积和式函数为per(MF)=V1V2V3V4V5+(f25f52V1V3V4+f45f542V1V2V3+f13f31V2V4V5+(f24f45f52V1V3+f32f25f52V1V4+[(f13f31)(f45f54)V2+(f13f31)(f25f52)V4],计算其数值,分别可得per(MF1)=160,per(MF2)=1152。该计算结果与实际吻合,采用液压挺杆式的维修性能较好,装配、使用、维护都十分方便。

6 结语

维修性能的好坏已经成为衡量装备质量的重要方面,因此,需要做的已不仅仅是预测装备或部件的故障发生率,而是要力求以最少的操作和最低的成本完成一件装备或一个系统的维修工作。本文利用矩阵的积和式算法来计算维修性的综合指数。这种量化的方法不仅考虑了所有影响维修性的因素,而且考虑了它们之间的相互关系及影响。因此可以合理且全面地评估设计方案的维修性能,在设计的初始阶段就为设计者提供了一个简单易行的评价工具,并用以不断改进设计。

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The Evaluation Model and Algorithm of Equipment Maintainability

ZHOU Yijun ZHENG Tong

(Navy Representative Office in the 438th Factory, Wuhan 430064)

This paper discusses the design criteria of maintainability, defines the evaluation factor target maintainability. Directed network graph is used to describe the maintainability evaluation model, and a quantitative evaluation is made using the product and the algorithm of matrix. This method can consider the influence of all indexes of maintainability and their relationship.

maintainability, network graph, matrix

2015年1月7日,

2015年2月28日 作者简介:周亦军,男,工程师,研究方向:舰船电子武备系统和设备监造。郑彤,女,博士,工程师,研究方向:舰船导航与航洋地球物理。

TH122

10.3969/j.issn1672-9730.2015.07.041