水面舰艇新研装备备品备件配置方法

常瑞承

(中国舰船研究院，北京 100101)

0 引 言

备品备件是指为水面舰艇配备的易损零件、部件或整机以及随机供应的专用工具，其供应及需求量的确定是舰船设备供应保障的重要内容，直接影响装备的技术状态性能、战备完好性、任务成功性和全寿命周期费用。备品备件的配置是一个复杂的系统工程，其实质是为保证系统达到使用需求，对相关备品备件存储位置、数量、储备种类选取在内的一系列问题的求解，核心是确定备件的种类与数量。

从20世纪60年代美军研究备件供应保障问题开始，备品备件管理工作就是装备保障领域研究的热点，研究覆盖备件分类方法、备件需求预测、备件库存控制和优化等方面技术，形成MIL-STD-1375《初始供应保障通用要求》、MIL-STD-1561B《国防部统一的供应程序》等标准规范，已成为工程日常工作项目。90年代随着计算机辅助技术、物流及供应链管理等技术发展，备件管理精确化供应成为可能，从而使得寿命周期内，备品备件费用达到最低成为可能。我国相关研究工作开展较国外要晚，但随着人们对备品备件管理重要性认识越来越深刻，相关技术研究全面展开，20世纪90年代末期结合预研成果制定了备品备件配置相关标准，如GJB3914-1999《电子对抗装备随机备件概算》，GJB4355-2002《备件供应规划要求》等。但由于水面舰艇装备寿命长、任务多样、维修体制多样、系统设备现场可更换单元种类多、使用年限长短不一、体系结构复杂等特点，使得备品备件配置问题尤其复杂，备品备件配置不合理为使用部队反映的比较突出的问题之一，相关工作仍处于起步阶段，GJB2528-1995《舰船备品备件和供应品配置一般规定》对配置问题作了原则性的规定，但并没有形成备品备件配置的流程与步骤，本文主要在GJB4355基础上针对新研产品开展适应性研究，形成备品备件配置方法，重点解决种类与数量配置问题。

1 水面舰艇备品备件配置原则

1）由于水面舰艇装备故障可维修特点，应优先考虑舰员级维修级别的备品备件需求，可使舰船装备完成相应任务的影响最小，也使维修保障费用最低。

2）备品备件配置考虑初始保障期与后续保障期问题，前者考虑目前装备供应特点以一年为参考，后续保障期应充分考虑使命任务的最大周期，一般情况水面舰艇执行任务的周期为90 d，舰员级备品备件的保障周期必须满足90 d的需要。

3）由于舰船空间有限，应优先考虑对完成任务有影响的故障维修所需的备品备件。

4）考虑水面舰船恶劣储藏环境对备品备件的影响，对于需要定期检测或通电的备品备件，若无检测条件，要考虑在舰上的储存时间尽量不超过检测、通电周期。

2 水面舰艇备品备件配置程序

新研装备备品备件配置核心分为备件品种确定和数量的确定，一般应根据装备使用要求、故障模式、影响及危害性分析和维修级别、维修任务以及维修时间分析确定可更换单元，再考虑寿命期内更换的可能性，确定是否需要配置；应明确需要和不需要配置的准则，通过概算模型确定，根据配置原则、实际使用数据等进行调整，工作过程如图1所示。

结合水面舰艇工程特点，在备件种类方面重点介绍如何通过故障模式、影响及危害性分析（FMECA）、以可靠性为中心的维修分析（RCMA）、维修级别分析（LORA）进行确定，在备件数量方面通过概算模型进行计算，主要步骤为：

1）通过FMECA确定可能出现的故障模式，以及结合使用强度确定各故障模式的故障率（可利用可靠性预计的方式或结果）；

2）同时，通过LORA确定故障模式的维修级别（是否为舰员级维修），对各舰员级维修的故障模式通过分析确定维修方式（是否更换备品备件），列出所有需要舰员级维修且更换备品备件的清单；

3）通过RCMA确定预防性维修的维修内容，纳入维修级别分析、维修任务分析确定其维修级别和维修方式，列出预防性维修中舰员级维修并需要更换备品备件的清单；

4）确定需要配置备品备件的判别准则，并确定配置备品备件的种类；

5）根据不同的备品备件类型或掌握信息的程度选择概算模型，计算备品备件的配置数量，根据配置原则、实际使用数据等对上述结果进行调整。

3 水面舰艇备品备件种类确定方法

本章主要从备品备件种类确定需求角度，对FMECA、LORA、RCMA等工程实施中与备品备件配置相关的的内容进行研究，明确相应的工作输出，为形成备品备件种类确定的完整程序奠定基础。

3.1 FMECA

FMECA为水面舰艇可靠性工程实施必做项目，其方法比较成熟，原有的分析主要是从可靠性的角度开展故障模式影响分析，危害性分析尚不广泛，得到的结果主要是Ⅰ、Ⅱ类故障模式清单、单点故障模式清单及可靠性关键产品清单等。从备品备件角度目前该工作项目应增加如下要求：

1）分析全部故障模式，不仅仅是Ⅰ、Ⅱ类故障模式清单，同时根据维修级别分析的结果分别按维修级别分列，特别是舰员级维修的故障模式单独列出。

2）列出各故障模式的故障发生概率或故障率。

3）列出修复性维修所需备品备件清单。

3.2 LORA

LORA分析的目的是确定FMECA与RCMA故障模式的维修级别，明确舰员级维修故障模式。LORA首先应进行非经济性分析，确定合理的维修级别。如不可能，则需进行经济性分析，选择合理可行的维修级别或报废。其中非经济因素包括：部署的机动性要求，现行保障体制的限制，特殊的运输性要求，修理的技术可行性，安全、保密限制，人员与技术水平等，通过这些因素的分析，可直接确定装备中待分析产品在哪一级维修或报废，当不能仅凭非经济性分析为依据，还需分析评价其报废或修理的费用，使决策更合理，通常会考虑备件费用、维修人力费用、材料费用、维修保障费用等。对于备品备件配置，LORA所需信息可用表2列出。

表1 修复性维修所需备品备件清单

表2 维修级别分析

3.3 以可靠性为中心的维修分析（RCMA）

RCMA是按照以最少的维修资源消耗保持装备固有可靠性和安全性的原则，应用逻辑决断的方法确定装备预防性维修产品、预防性工作类型及其间隔期，主要步骤一般为确定重要功能产品、进行故障模式和影响分析、应用逻辑决断图确定预防性维修工作类型、确定预防性维修工作的间隔期、提出预防性维修工作的维修级别建议、进行维修间隔期探索。对于水面舰艇备品备件配置来说，RCMA的结果中舰员级维修需要更换的备品备件与维修工作时间间隔是所需信息。一般来说，预防性维修所需的备品备件确定性比修复性维修所需的备品备件确定性更大。本分析的结果要求列出确定后所有预防性维修所需备品备件的清单和相应的预防性维修的时间间隔，此项分析对于非电子类系统设备意义更大。

3.4 备品备件种类确定的准则

1）影响任务完成的故障（即严重以上等级的故障）且有一定发生概率的，修复所需的备品备件应配置；

2）在保障期内预防性维修所需的备品备件应配置；

3）故障率高的一般故障（临界或轻微故障）修复所需的备品备件应配置；

4）通过FMECA，故障率极低的故障模式修复所需的备品备件可不配置；

5）故障率不高的轻微故障修复所需的备品备件不配置；

6）非舰员级维修所需的备品备件不配置。

7）对于那些有一定故障率、但故障率不高的一般故障，应列出优先顺序表，综合考虑基层级备品备件满足率和利用率，视约束条件，按优先顺序配置。

表3 备品备件配置所需RCMA信息

4 水面舰艇备品备件数量的确定方法

4.1 国军标4355规定的方法

在确定水面舰艇备品备件的种类后，根据备品备件的类型，选择相应概算模型计算备品备件数量，GJB4355中对指数寿命件备件、威布尔寿命件备件、正态寿命件备件需求量、战时修理备件计算模型、简单模型均进行了详尽的介绍，满足水面舰艇产品多样的特点。水面舰艇产品多样，数据基础积累程度水平不一，应根据产品类型不同优先采用不同寿命分布的数学模型进行计算，当不具备相应的数据基础，可采用标准中规定的工程经验法进行计算，根据水面舰艇特点，在进行数量概算时，相关参数主要为：

1）一般情况下设备初始保障期按1年计算，不同设备可根据自己产品特点进行初始保障期的确定，后续备件量按随舰保障期90 d计算；

2）只计算舰员级维修备品备件数量，满足率与利用率按各系统、设备的要求确定，无其它要求的按型号顶层要求确定；

3）装备数量按一条舰计算，若一条舰上有多台相同的设备，其备品备件可一并考虑，公式中的装备数量则按一条舰上配置的设备数量计算；

4）保障期时间按日历时间计算，设备工作时间按该日历时间中的设备实际工作时间计算。当后续保障期中执行任务明确时，按明确的任务计算工作时间，当任务不明确时，按最大工作时间计算。

4.2 简单的备品备件数量概算方法

目前关于备品备件数量的确定各行各业均开展了广泛的研究，水面舰艇也不例外，除标准中规定的广受认可的配置方法，一些工程经验法同样适用，通常可利用过去的经验和类似装备的需求，规划今后给定的一段时间内所需备品备件的预计数。

1）初始备件计算方法1：

式中：S为初始备件量；λ为第i类备件的故障率；Ni为1台装备上第i类备件的数量，即单机基数；t为使用时间。K为备件保障水平，K=UP，UP为标准正态分布相应概率为P（备品备件满足率）的上侧分位点。

2）初始备件计算方法2：

式中：Qi为舰上第i类备件在T时间内所需备件数；Ni为舰上第i类备件数；T为使用时间，即初始备件的保证期限，一年；TBRi为第i类备件的平均维修更换间隔时间；

式中：TBRpti为预防性维修更换间隔时间；TBRcti为修复性维修更换间隔时间

3）后续备件量计算

水面舰艇的随舰备品备件以90 d的保障期考虑，可依据年度计划任务量、备件消耗定额、历史统计资料等进行确定。备件消耗定额是指在一定条件下，完成相应维修定的消耗备件的标准数量，可用下式计算：

式中：R为备件的90 d计划需求量；W为90 d计划任务量，可由式（5）进行估算

式中：Qf为备件消耗定额，该数据可由相关规定、历史数据或经验获得。

这里需要说明的是备品备件的实际需求量应根据对理论计算值加以修正后得到，需考虑的因素有使用强度和环境、使用和维修人员技术等级、零部件质量以及管理水平等。在资料不足时，可利用类似装备的类似零部件估计，也可以按部队年实际消耗分析而得。

5 某雷达备品备件配置示例

某雷达担负对中低空、超低空导弹和飞机等空中目标进行警戒搜索，对视距内的海面目标进行警戒监视任务。本示例为备品备件配置方案部分示例，为其他新研装备提供参考。

5.1 FMECA

按照备品备件配置要求，该工作项目主要确定修复性维修所需备品备件，主要在原有FMEA基础上，列出全部故障模式清单、故障率及所需备品备件。

5.2 LORA

通过LORA将维修工作确定合理的维修级别，主要采用非经济性分析开展，考虑安全性、保密性、维修方案、任务成功性、保障设备、人力资源等因素：

5.3 以可靠性为中心的维修分析

对于该雷达预防性维修无需更换备品备件，仅涉及部分工具。

5.4 雷达备品备件种类的确定

将上述结果汇总，并根据配置原则和准则确定该雷达备品备件种类如表4所示。

5.5 雷达备品备件数量的确定

该雷达属于电子设备，针对确定的备品备件清单，采用GJB4355中指数寿命件备件需求量计算模型进行计算。初始保障期按1年计算，随舰保障期按90 d计算。

表4 舰员级修复性维修所需备品备件清单

表5 维修级别分析

表6 备品备件配置所需RCMA信息

表7 备品备件种类清单

式中：S为装备中某零部件的备件需求量；t为累积工作时间；P为备品备件满足率，取0.9；j为为递增符号，j从0开始逐一增加，直至某S值，使得规定的保障概率，该S值即为所求备件需求量。

当Nλt＞5时，备件需求量可以用正态分布近似计算，计算公式简化为:

式中：up为正态分布分位数，可从GB/T 4086.1中查出。

常用工具等工具类备件，因目前没有成熟的计算模型适用于该类备件，故参考历史数据采用经验法进行配置，部分示例见下表。所有工具类备件均为随舰备件。

表8 备品备件数量计算

表9 常用工具清单

6 小 结

水面舰艇备品备件配置是极其复杂的系统工程，本文围绕新研装备备品备件配置流程、方法及数量确定进行研究，并给出示例，为新研装备备品备件工程提供借鉴，可进一步规范水面舰艇新研装备备品备件工作的开展。

[1]GJB1378A-2007.装备以可靠性为中心的维修分析[S].2007.

[2]GJB/Z1391-2006.故障模式、影响及危害性分析指南[S].2006.

[3]GJB2961-1997.修理级别分析[S].1997.

[4]GJB4355-2005.备件供应规划要求[S].2002.

[5]康锐, 石荣德, 肖波平等.型号可靠性维修性保障性技术规范[M].(第 3 册): 2010: 371–387.

[6]杨为民.可靠性维修性保障性总论[M].1995.

[7]马绍民.综合保障工程[M].1995: 186–189.

[8]唐成, 梁晓峰, 陈砚桥等.配置随船修理设备对备件储量影响的仿真分析[J].《舰船电子工程》, 2012(1): 95–96.

[9]刘祥.舰船电子设备备件概算策略与方法研究.电子技术学术论文集[R] 2006: 557–562.

[10]中船重工七院.XXXX备品备件配置及优化技术指导性文件[R].2016.