艦炮武器系統(tǒng)維修性試驗(yàn)方法研究

張 威，李本任

（解放軍92941部隊(duì)，遼寧 葫蘆島 125001）

現(xiàn)代艦炮武器系統(tǒng)組成復(fù)雜，整個武器系統(tǒng)元器件數(shù)以萬計，整個系統(tǒng)維修性設(shè)計的要求也很高[1]。而多年來，艦炮武器系統(tǒng)的維修性鑒定試驗(yàn)一直處于空白的狀態(tài)。其原因是多方面的：一是各方面對維修性的重要程度認(rèn)識不夠，維修性試驗(yàn)理論與方法沒有得到充分發(fā)展，相對薄弱；二是故障檢測手段落后，維修性試驗(yàn)實(shí)際操作困難。隨著艦炮武器系統(tǒng)設(shè)計日趨通用化、系列化、模塊化，武器系統(tǒng)本身故障檢測與診斷功能自動化程度也有很大提高，這些為維修性試驗(yàn)實(shí)際操作提供了便利條件。更重要的是現(xiàn)代海戰(zhàn)的特點(diǎn)要求艦炮武器系統(tǒng)具備很高的作戰(zhàn)效能，而維修性是艦炮武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能重要指標(biāo)之一，維修性的優(yōu)劣在很大程度上影響著艦炮武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)性能。因此，作為艦炮武器系統(tǒng)試驗(yàn)要朝著作戰(zhàn)效能評定的目標(biāo)邁進(jìn)，就必須給予維修性試驗(yàn)充分的重視。

1 艦炮武器系統(tǒng)維修性試驗(yàn)的基本程序

在艦炮武器系統(tǒng)的論證、研制、生產(chǎn)、使用、退役全壽命周期各個階段，都有對其維修性管理的相應(yīng)要求。維修性的鑒定試驗(yàn)（亦稱“維修性驗(yàn)證”試驗(yàn)）是艦炮武器系統(tǒng)研制階段的重要環(huán)節(jié)，目的是驗(yàn)證系統(tǒng)是否達(dá)到規(guī)定維修性指標(biāo)要求[2]。其基本程序如下。

1.1 確定試驗(yàn)類別

對艦炮武器系統(tǒng)的維修性試驗(yàn)屬于靶場驗(yàn)證試驗(yàn)，根據(jù)指標(biāo)（如平均故障修復(fù)時間MTTR=0.5h）要求及維修性的通用要求，試驗(yàn)以定性驗(yàn)證和定量驗(yàn)證相結(jié)合的方式進(jìn)行。

1.1.1定性驗(yàn)證

定性驗(yàn)證需要按維修性通用規(guī)范中有關(guān)維修性基本要求的內(nèi)容，重點(diǎn)進(jìn)行維修性審核，對原設(shè)計的維修性特征作出系統(tǒng)的判斷；審查模擬條件下驗(yàn)證試驗(yàn)的風(fēng)險和可行性及風(fēng)險率；驗(yàn)證艦炮武器系統(tǒng)維修的可達(dá)性、故障檢測的方便與快速性、零部件標(biāo)準(zhǔn)化及互換性、工具操作空間工作場地及維修的安全性等；分析維修作業(yè)程序的正確性；審查維修資源的完備性和適用性。

1.1.2定量驗(yàn)證

定量驗(yàn)證階段要對維修性指標(biāo)預(yù)期值進(jìn)行分析；在自然故障或模擬的條件下，根據(jù)試驗(yàn)中維修作業(yè)的觀測數(shù)據(jù)，驗(yàn)證系統(tǒng)維修性定量指標(biāo)是否達(dá)到要求。

1.2 維修性試驗(yàn)大綱擬定

維修性試驗(yàn)大綱包括：試驗(yàn)依據(jù)、試驗(yàn)?zāi)康模辉囼?yàn)組織分工；試驗(yàn)類別及受試品的確定，試驗(yàn)項(xiàng)目確定；試驗(yàn)環(huán)境及場地描述；試驗(yàn)的維修資源及其籌劃；試驗(yàn)方法的選擇等。

1.3 試驗(yàn)條件準(zhǔn)備

1.3.1受試品確定

對于參試的系統(tǒng)，維修性試驗(yàn)與系統(tǒng)其它試驗(yàn)結(jié)合進(jìn)行。

1.3.2試驗(yàn)環(huán)境條件的準(zhǔn)備

除現(xiàn)場條件外，試驗(yàn)還需保證維修性試驗(yàn)專用儀器儀表、測試設(shè)備及對水、電、氣、動力等特殊要求。

1.3.3維修人員的培訓(xùn)

參試維修人員所具備的技術(shù)水平和經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)達(dá)到中等及以上的熟練程度。

1.4 試驗(yàn)實(shí)施

1.4.1維修作業(yè)的樣本選擇與分配

1）樣本的選擇 維修作業(yè)應(yīng)按規(guī)定的維修級別完成，鑒定試驗(yàn)中應(yīng)按基層級處理。按照試驗(yàn)方案確定的最小樣本量的要求，優(yōu)先選用系統(tǒng)自然故障，自然故障數(shù)達(dá)不到樣本量的需求，再進(jìn)行故障模擬。

2）樣本的分配 以系統(tǒng)各部分組成的復(fù)雜程度和維修性作為預(yù)計材料的基礎(chǔ)。如果采用固定樣本量試驗(yàn)，可運(yùn)用按比例分層抽樣法進(jìn)行維修性樣本分配；如果采用可變樣本量的序貫試驗(yàn)法試驗(yàn)，則可運(yùn)用按比例簡單隨機(jī)抽樣法進(jìn)行維修性樣本分配。

1.4.2故障的模擬

模擬故障可以選取以下方式：

1）利用具有相應(yīng)類型故障的等效件代替一個好的零件、電路或部件；

2）接入附加的或拆除不易覺察的零件、元器件；

3）故意造成失調(diào)。

故障模擬要考慮人員和設(shè)備的安全并采取相應(yīng)的安全措施。在模擬故障時，維修人員應(yīng)當(dāng)避免直接面對，保證安全。

1.4.3故障的排除

經(jīng)過訓(xùn)練的維修人員在排除自然或模擬故障過程中，應(yīng)使用所配備的備附件工具和檢測儀器完成故障診斷、換件或原件修復(fù)、安裝、調(diào)試、校正以及檢驗(yàn)等一系列工作。每一步驟的實(shí)施均應(yīng)遵循維修程序并與規(guī)定的維修級別相一致。按照故障診斷的類型（人工或系統(tǒng)內(nèi)部故障檢測系統(tǒng)），采用不同診斷技術(shù)所花費(fèi)的時間，應(yīng)分別記入驗(yàn)證指標(biāo)的觀測值。

2 維修性定性試驗(yàn)項(xiàng)目

2.1 一般原則

維修性試驗(yàn)的一般原則是：減少所需維修任務(wù)的工作量、頻數(shù)與復(fù)雜性；節(jié)約全壽命過程的維修費(fèi)用；確定需要進(jìn)行預(yù)防維修（視情維修）最大限度的頻數(shù)（周期）與范圍；精簡維修工具；盡可能不配專用工具；保證滿足維修的人素工程要求，如可操作性、人力限制等；保證維修時的人機(jī)安全等[3]。

2.2 可達(dá)性

維修可達(dá)性是指維修時接近系統(tǒng)不同組成單元的相對難易程度，也就是接近維修部位的難易程度。其基本要求是：在現(xiàn)場條件下，系統(tǒng)進(jìn)行修復(fù)作業(yè)或預(yù)防性維修時，維修人員、設(shè)備、工具能方便順暢地到達(dá)作業(yè)位置。

2.3 互換性和標(biāo)準(zhǔn)化

互換性和標(biāo)準(zhǔn)化不僅有利于艦炮武器系統(tǒng)的設(shè)計和生產(chǎn)，而且也使系統(tǒng)的維修簡便，能顯著減少維修件的品種、數(shù)量，簡化保障，降低對維修人員技術(shù)水平的要求，大大縮短維修工時。因此，它們也是維修性的重要條件。

2.4 安全性

維修安全性是指避免維修活動時人員傷亡或設(shè)備損壞的一種設(shè)計特性。它比使用時的安全更復(fù)雜，涉及的問題更多。

3 艦炮武器系統(tǒng)維修性定量試驗(yàn)方案[4]

試驗(yàn)方案的制定決定于以下幾個因素：試驗(yàn)的目的和要求、維修性指標(biāo)的規(guī)定值、雙方風(fēng)險率、維修時間的分布假設(shè)、樣本量以及作業(yè)選擇方式（自然故障或故障模擬）。

研制要求中規(guī)定的系統(tǒng)維修性指標(biāo)一般為平均故障修復(fù)時間MTTR。根據(jù)GJB368-57的要求，對于均值指標(biāo)故障修復(fù)時間應(yīng)采用對數(shù)正態(tài)的分布假設(shè)，維修時間的對數(shù)方差根據(jù)歷史資料查知或者取適當(dāng)精度的估計值。

試驗(yàn)方法選取對均值的假設(shè)檢驗(yàn)：

原假設(shè) H0：均值 μ＝μ0，當(dāng) H0成立時，要求以1-α的高概率接收；

備選假設(shè) H1：均值 μ＝μ1（μ1＞μ0），當(dāng) H1成立時，要求以1-β的高概率拒收；

試驗(yàn)樣本量固定，當(dāng)計算的樣本量小于30時，則取30為試驗(yàn)樣本量；樣本的選擇優(yōu)先選用自然故障，自然故障達(dá)不到樣本量以模擬故障補(bǔ)充。雙方風(fēng)險率α、β須經(jīng)生產(chǎn)方和使用方協(xié)商確定。

3.1 試驗(yàn)樣本量的確定和分配方法

3.1.1樣本量的確定

在確定了雙方風(fēng)險率 α、β和維修時間的對數(shù)方差σ2以后，試驗(yàn)樣本量式（1）確定：

其中，Zp（對應(yīng)下側(cè)概率p的正態(tài)分布百分位數(shù)）的值從正態(tài)分布分位數(shù)表1中查取。

表1 常用的正態(tài)分布分位數(shù)表

3.1.2樣本量的分配

當(dāng)試驗(yàn)期間自然故障遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到維修作業(yè)樣本量的要求時，就需要大量的模擬故障補(bǔ)充。因?yàn)椴捎霉潭颖玖吭囼?yàn)，所以可運(yùn)用按比例分層抽樣法進(jìn)行維修性樣本分配，其步驟如下：

1）按部件的功能層次和維修級別，列出受試品所必需的維修項(xiàng)目，即將總體分成若干較均勻的單元i，i＝1,2,…,n；

2）指出各項(xiàng)目數(shù)Qi；

3）根據(jù)有關(guān)可靠性有效數(shù)據(jù)或預(yù)計，確定每一項(xiàng)目發(fā)生的故障率iλ；

4）確定每一項(xiàng)目的總故障率Qiiλ；

5）求出每一項(xiàng)目故障分?jǐn)偮蔆pi（%）：

6）按所求的分?jǐn)偮剩鶕?jù)試驗(yàn)法中規(guī)定或求出的樣本量進(jìn)行分配，ni等于nCpi；

7）以同樣方法，可將各部分的各個作業(yè)再向各分單元進(jìn)行再分配。為了使抽樣具有較高可靠性和代表性，也可取試驗(yàn)法規(guī)定樣本量的2～3倍樣本或根據(jù)訂購方的要求進(jìn)行作業(yè)分配，以達(dá)到驗(yàn)證中選擇作業(yè)時有充分的代表性。

3.2 判決規(guī)則

取維修時間的隨機(jī)樣本 X1，X2，……Xn，并計算樣本均值和方差：

如果

成立，則接受H0，否則，拒絕H0。

3.3 舉例

現(xiàn)對某裝備的平均修復(fù)時間按下述條件檢驗(yàn)：設(shè)可接收值為0μ＝30min，不可接收值為1μ＝45min，α＝β＝0.05，在這種情況下，H0：0μ＝1μ＝30min；H1：0μ＝1μ＝45min。

在對數(shù)正態(tài)假設(shè)條件下，設(shè)裝備修復(fù)時間對數(shù)差的事前估計值為2α~＝0.6，由表1查得Z1-α等于Z1-β＝1.65，利用式（1）求得樣本量為

歸整為n=56。

當(dāng)排除了作為樣本的n等于56個自然（或模擬）故障后，得到修復(fù)時間的樣本觀測值為：[26 80 14 21 30 70 69 20 21 18 65 16 35 26 16 40 28 42 33 19 19 43 54 12 18 13 26 10 61 52 30 10 31 28 60 23 16 49 60 67 24 40 21 46 50 26 28 19 16 14 43 16 42 46 18 30]。

由式（4）得：

4 結(jié)束語

本文對艦炮武器系統(tǒng)維修性試驗(yàn)方法進(jìn)行了全面的分析和設(shè)計，盡量使研究的方法在艦炮武器系統(tǒng)維修性試驗(yàn)中基本通用，但作為一項(xiàng)重要的而又從未開展的試驗(yàn)工作，艦炮武器系統(tǒng)維修性試驗(yàn)的相關(guān)研究內(nèi)容及具體的實(shí)施操作等許多工作有待開展。本文的研究工作對艦炮武器系統(tǒng)維修性試驗(yàn)的開展與實(shí)施提供了有益的參考。

[1]王基組. 艦炮火控系統(tǒng)原理[M].北京:海潮出版社,1999.

[2]甘茂治. 維修性設(shè)計與驗(yàn)證[M].北京:國防工業(yè)出版社,1995.

[3]高社生. 可靠性理論與工程應(yīng)用[M].北京:國防工業(yè)出版社,2000.

[4]黃守訓(xùn),等. 艦炮武器系統(tǒng)試驗(yàn)與鑒定[M].北京:國防工業(yè)出版社,2005.