基于整机轮换修理的舰船备件需求预测方法*

邵松世 胡光振 张青煜

（1.海军工程大学舰船与海洋学院 武汉 430033）（2.东部战区海军保障部 宁波 315122）

1 引言

舰船备件作为有效实施舰船维修保障活动的重要物质基础，准确预测备件需求是实现舰船备件精确化保障的关键。影响备件需求准确预测的因素不仅包括备件保障要求的合理确定、备件可靠性指标的准确掌握等因素，还与装备维修方式与实施时机等因素密切相关［1～2］。因此，舰船装备的备件需求预测建立需要充分考虑舰船装备维修的影响［3～5］。

装备整机大部件轮换修理是减少舰船装备维修时间、有效提高舰船在航率的重要维修措施。对于执行战备任务的舰船装备而言，实施整机大部件轮换修理可以确保舰船装备在执行任务前处于良好技术状态；同时考虑到舰船通过装备的数量冗余或功能冗余等设计，允许舰船在海上执行任务期间部分装备发生故障而不影响遂行任务，即装备故障不影响任务成功时将采取海上暂不修理而在靠岸后通过整机大部件轮换的模式，实现舰船装备技术状态的快速恢复。由此可见，装备的整机大部件轮换修理模式实际上是一种新型的事后维修与任务后检修相结合维修模式［6～8］，不仅可以充分有效提升舰船在航率，而且还可以有效减轻舰员维修负担，已成为舰船装备重要的维修保障模式。

装备的整机大部件轮换修理模式直接影响到舰船备件的需求时机与数量［9～11］。因此，本文首先分析整机大部件轮换修理模式下的备件需求特点，研究了基于维修驱动的舰船备件需求模型，分析新维修模式下的舰船备件保障效益。

2 整机大部件轮换修理模式下的备件需求特点

备件是为装备维修服务的。备件的储备必须适应舰船维修活动对备件的需求。应对舰船维修方式，舰船装备维修保障备件需求具有以下特点。

1）舰船备件保障以满足装备维修、提高舰船任务成功为首要目标。舰船装备维修方式的不断改革，其根本目的是提高舰船任务成功性。备件作为装备维修保障的物质基础，必须以满足装备维修保障活动为目标。因此，备件需求时机与品种数量都应与舰船装备的维修方式相适应，而不是与装备故障时刻完全对应，亦即舰船装备备件需求时刻实际上是装备故障维修时刻。由于整机大部件轮换修理模式实际上是一种导致影响任务的海上抢修与靠岸集中检修相结合的维修模式，因此，装备整机大部件轮换修理模式下的备件需求与装备故障是分离的。

2）整机大部件轮换修理模式下的舰船备件需求时机相对集中。受维修方式的影响，备件需求时机常常是整机大部件岸基修复等固定的维修时刻。因此，舰船在航备件需求主要在岸基集中维修活动与海上现场维修活动实施期间发生。由于整机大部件轮换修理模式实际上通过整机大部件轮换方式，将装备修理活动更加集中于岸基，因此，其备件需求更多地集中于整机大部件的靠岸修理。相对而言，GJB4355-2002［12］推荐备件需求预测模型均假定了备件需求时刻与装备故障时刻相同，因此GJB4355-2002推荐的方法并不适应新模式下的舰船备件需求预测。

3）舰船备件配置应考虑保障对象的关联关系。随着装备标准化、通用化、系列化程度越来越高，装备所属部件/备件的通用化程度也越来越高，表现为：装备所属单元/部件的装机数量较大，不同型号装备的备件相互通用。备件的通用性实际上要求在开展备件配置时应考虑保障对象的关联关系。通过调研发现，多装机数的单元（部件）在舰船装备备件中占比较高。如某舰船专业器材共计包含4905项，器材装机数情况如表1所示。

表1 某舰船专业器材装机量分布情况统计表

从表1统计结果可以发现：在全部4905项器材中，装机数大于1的共计3198项，占比65.2%，这些器材所对应的装备单元/部件大多数以并联或混联的形式共同完成规定的功能。因此，这些装备所属单元/部件实际上是一种关系。从备件需求预测角度来看，必须充分考虑装备所属单元/部件这种冗余关系对备件配置的影响，以便更加精准地预测备件需求量。

3 基本假设

假设1：在舰船执行任务前，通过整机大部件轮换修理，舰船装备均处于良好的技术状态。

假设2：在舰船任务期间，当正常部件故障个数不小于k，即不影响系统工作时，不进行海上抢修维修，而是待换修时将整机大部件在岸基进行集中维修，恢复其技术状态。

假设3；当正常部件个数小于k时，立即对所有故障件采取换件修理。

4 基于整机大部件轮换修理模式下的舰船备件保障概率模型

由文献［5］，在一个海上任务周期[0,T0]内，当所有部件独立工作，且寿命均服从指数分布E(λ)时，系统的备件需求量N的概率分布为

式（5）实际上是在装备相关部件发生故障时，通过其冗余功能而可以不进行海上抢修的概率。因此，将该概率PV成为不动用随舰备件概率。显然不动用随舰备件概率PV越大，表示海上抢修任务越少，越适合整机大部件轮换修理模式的实施。

5 备件需求规律的数值分析

由第2节可知，装机数大于1的部件大量存在于舰船装备中。以装机数为4的某型部件为例，在该部件有两个正常的情况下即可保持设备正常工作，因此这4个部件实际上构成了关系。若该部件的故障率λ=0.0002，任务周期长度T0=2000小时，则计算得到该部件在关系下的备件需求分布见表2所示，分布特征如表3所示。

为了研究本节提出的备件需求预测方法与GJB4355-2002的差别，根据GJB4355-2002建议方法计算这4个部件的备件需求分布及其数值特征，按照标准规定的配置方法，这4个备件任意一个发生故障后都需进行维修。由此得到该部件的需求分布见表2所示，其数值特征见表3。

表2 备件需求分布（k=2，n=4，λ=0.0002，T0=2000）

表3 备件需求分布特征（k=2，n=4，λ=0.0002，T0=2000）

图1 (G)关系下和GJB4355-2002模型在一个周期内n-k+1+j个单元发生故障示意图

特别地，在整机大部件轮换修理模式下，该系统不动用随舰备件概率为PV=P(N≤2)=0.8921，而在GJB4355-2002所规定的模式下，该系统动用随舰备件的概率仅为PV=P(N≤0)=0.2019。

从计算结果可以得到如下结论：

1）基于(G)关系下的备件需求分布是在考虑新的整机大部件轮换修理模式下给出的，是装备维修备件消耗的真实反映。从图1可以看出，在一个任务期间内，当该部件故障次数不超过2，即不需要对该部件进行海上换件维修的概率很高，其概率达到89.21%。这一计算结果某种程度上也解释了当前维修模式下舰船随舰备件利用率低下的产生原因，说明许多情况下海上维修活动并不需要该备件。相对应地，利用GJB4355-2002计算得到的海上维修活动不需要这种备件的概率结果只有20.19%。由此可见，舰船任务期的备件需求必须充分考虑其维修方式的影响。

6 结语

当前，舰船海上期间的装备维修保障越来越表现为岸基集中修理与海上事后修理相结合的特点，并且尤其重视岸基集中修理的作用。本文针对这一维修模式特点，建立了整机大部件轮换修理模式下的舰船备件保障概率模型，分析了常见(G)系统在一个任务期内的备件需求规律，结果表明新维修模式有利于减少随舰备件携带量，提高备件利用率。