艦船系統有效可用度內涵分析及應用探討

李能鵬，馬麗萍

(中國艦船研究院，北京 100192)

艦船系統有效可用度內涵分析及應用探討

李能鵬，馬麗萍

(中國艦船研究院，北京 100192)

有效可用度(Effective Availability)是北太平洋公約組織(NATO)針對裝備任務期間可用性問題而提出的全新概念，目前在國內外還未進行推廣應用，我國還處于可行性探討研究階段。本文通過結合我國艦船系統任務期間武器裝備的使用、維修及保障等特點，分析了有效可用度概念的內涵，以及有效可用度模型各參數的含義，提出了將有效可用度概念應用于艦船系統設計中的基本思想與途徑等。

艦船系統;有效可用度

0 引言

可用度是構成裝備效能的關鍵要素之一，可用度又是確定裝備RMS(指可靠性、維修性和保障性)參數，并對這些參數進行權衡分析的依據。同時，可用度又是裝備作戰能力的主要特性，它把裝備的可靠性、維修性、測試性和保障性等設計特性綜合成為使用部門所關心的裝備使用參數。

本文結合我國艦船任務特點，探索了在任務期間艦船系統可用度分析的新思想、新概念、新原理，研究提出了將有效可用度概念應用于艦船系統設計中的基本思路與途徑。

1 有效可用度概念提出的背景

常用的可用度概念主要是指產品在任一隨機時刻需要和開始執行任務時，處于可工作或可使用狀態的程度。它反映的是與戰備完好性有關的系統可靠性、維修性和保障性參數的綜合影響。該可用度概念適用于所有武器裝備產品，具有一定的通用性和普遍性，而且在很大程度上綜合反映了武器裝備的總體性能，如固有可用度綜合反映了武器裝備固有可靠性與維修性之間的定量權衡關系，而使用可用度則綜合反映武器裝備的硬件、軟件、技術保障及環境條件的綜合結果，是描述裝備在實際使用環境中的可用性，它是度量武器裝備保障性的最主要的綜合參數之一。任務可用度是在持續時間T內能以預計的工作時間不發生任何不能加以糾正的供正常使用的故障的概率。該定義考慮了工作期間發生的隨機故障，這樣的故障必須在時間限期內得到修復。

可用度概念在使用過程中的影響因素、特點及局限性等分析比較如表1所示。

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由于各軍兵種的武器裝備在研制、生產和使用中具有不同的特點，用戶對可用度指標的要求也不盡相同，以艦船裝備為例。

1)艦船系統是一個巨型的復雜系統，故障類型種類繁多，許多故障其實并不影響任務的完成，說明在任務期間不予修理或維護一般性故障產品，即不參與任務的某些系統，同樣能完成任務，任務結束再修理。例如:典型護衛艦一般由通訊、導航、動力推進、電力、雷達、水聲、指控、武器(含導彈、艦炮)等8個主要系統構成。其在各任務階段中參與工作的各主要系統不完全一致，如表2所示。

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武器裝備使用部門試圖找到一個只反映影響任務完成的致命故障的專業特性綜合參數，從而真正全面反映任務期間的可用性問題。

2)按可修與不可修分，一般產品可分為可維修產品和不可維修產品。然而，有些產品在特定的使用環境下，既可定義為可維修產品，又可定義為不可維修產品。例如，在艦船系統這個特殊平臺下，有些產品在任務期間是不可維修的，而在任務結束后是可維修的，如水中兵器系統;還有在任務期間可維修，但在艦船系統這個平臺上，由于維修設備的限制、維修人員技術水平、備品備件的配置等原因不能在該平臺上直接維修，即船員級無法維修，必須轉移到中繼級和基地級進行維修等。

3)由于現行受海軍管理體制的限定，艦船裝備在維修、保障過程中的管理延誤時間和保障延誤時間無法用統一標準來度量，每次相同的事件發生的延誤時間差距較大，它對當前的使用可用度計算產生比較大的誤差，因而力求在延誤時間為理想的狀態下，即沒有延誤時間的情況下分析裝備的可用性問題。

通過綜合上述分析研究認為，北太平洋公約組織(NATO)于2000年提出的“有效可用度”(Effective Availability)概念，能全面反映艦船武器裝備可用度設計問題。本文將結合艦船特點，分析其概念的內涵及模型參數含義，從而指導艦船型號的研制工作。

2 有效可用度概念內涵分析

根據北太平洋公約組織提出的有效可用度定義為:艦船系統在最大的使用周期內的任意時刻可用狀態的概率，這里考慮了所有的致命故障，包括海上可修和不可修以及預防性維修。

結合現行海軍武器裝備特點，對有效可用度概念解讀如下:

1)一個致命的艦船系統故障通常是對每個系統或設備而言，一般是指某項規定功能的喪失。例如不能完成本次任務或導致任務失敗等。

2)“最大使用周期”應指艦船系統在歷次任務過程中，總任務時間最長的一次。任務時間是指艦船完成一次任務(如作戰或訓練、巡防)所需的時間，包括備航、航渡、完成任務和返航的總時間，不只僅指完成任務的時間。

3)定義針對的是在任務周期內的概率，而不是壽命周期可用狀態概率。該特點是與我們常用的使用可用度定義最大區別之一，它反映的是任務周期內的概率，而不是使用可用度中計算的是整個壽命周期可用狀態的概率，它們計算的時間區間重點不一樣。

4)定義考慮的是所有導致系統功能失效的致命故障，而不是全部故障。該特點是與我們常用的使用可用度概念又一大區別，有效可用度定義關注的是平均致命故障間隔時間—MTBCF，而不是平均故障間隔時間—MTBF，說明有效可用度概念更重視任務期間的故障發生、維修費用、保障資源規劃等，而不是全壽命周期的裝備維修與保障等。

5)定義中的可修和不可修產品，其限定的范圍是海上這個特定的使用平臺，即在艦員級能否進行維修為判斷依據，而不是以所有級別維修來判斷可修與不可修設備。

3 有效可用度模型參數

3.1 模型提出

基于有效可用度定義，北約通過工程實踐，提出的有效可用度模型經驗如式(1)所示，該公式綜合了產品基本可靠性、修復性維修、預防性維修以及不可修產品平均故障前時間等因素，從而得出系統有效可用度參數指標。

式中:AE為系統有效可用度;MTBCF為平均致命故障間隔時間(海上可修);MART為平均有效修理時間;MTTCFnr為平均致命故障前時間(海上不可修);PM downtime為總的預防性維修任務停機時間;Missiontime為任務時間。

3.2 模型參數理解

1)MTBCF

MTBCF表示海上可修產品平均致命故障間隔時間。GIB451-90中定義:它是與任務有關的一種可靠性參數，是一種合同可靠性參數。其度量方法為:在規定的一系列任務剖面中，產品任務總時間與致命性故障總數之比。其中，致命故障指艦船系統在任務期間某項功能的喪失，即使產品不能完成規定任務的或可能導致人或物重大損失的故障或故障組合。

2)MART

MART指系統平均有效修理時間。致命故障發生后，任務停止執行，而應用規定的修理程序和資源對系統性能進行修理和恢復的時間平均值，即指系統完全失效的修理時間平均值，也即停機修理時間均值。它是修復性維修，不含預防性維修，是實際停機修復時間均值，不含改進和延誤時間。

該參數的使用是有效可用度模型與通常使用的可用度模型中最大的區別之一，其主要表現在幾點:

①MART體現的是在任務期間的修理時間，而MTTR體現的是壽命期間的修理時間，

②MART體現的是由于導致任務中止的致命故障而進行的維修時間，而MTTR體現的是在規定的條件下和規定的時間內使系統恢復其原來功能的維修時間。

③MART是指在任務剖面內排除致命性故障時間的平均值，是任務維修性的參數，主要反映裝備對任務成功性的要求，該項內容與我們通常提到的MTTR的定義相似。而MTTR反映的是在壽命剖面內排除所有故障的實際時間的平均值，是基本維修性參數，主要反映裝備的戰備完好性和對維修人力費用的要求。

④MART和MTTR都是不包括由于管理或后勤供應原因的延誤時間，排除故障的實際時間包括準備、檢測診斷、換件、調校、檢驗及原件修復等時間。

3)MTTCFnr

MTTCFnr是指海上不可修產品的平均致命故障前時間，指在規定的條件下和規定的時間內，產品任務期間單位總數與致命故障產品總數之比。

4)PMdowntime

PMdowntime指艦船系統任務期間總的預防性維修任務停機修理時間。PMdowntime與PMtime(預防性維修修理時間)的主要區別在于，前者是針對任務期間的預防性維修，而后者則是針對全壽命期的預防性維修。

5)Missiontime

Missiontime指艦船系統的使用周期任務時間。該任務時間在公式中的內涵表現在:①該時間是指艦船系統的執行任務時間，而不是壽命周期時間。②在規定條件下，艦船系統任一次可出航執行任務的時間最大值。

4 有效可用度概念應用

通過對有效可用度概念及其各參數的含義的分析研究，筆者認為該模型從以下幾個方面能反映我國艦船系統任務期間的主要特點及特征:

1)能體現在海戰場環境下艦船系統的基本特點，如:體現在海洋特殊環境下產品可修與不可修問題，體現在艦船系統平臺上的維修體制問題等。

2)能全面、系統體現艦船系統在任務階段的綜合效能，包括可靠性、維修性、保障性、測試性等問題。

3)能體現艦船系統在任務階段的任意隨機時刻能執行任務概率與任務期間致命故障維修時間不可修產品發生故障的概率等的關系。

4)能體現可靠性指標、維修性指標與研制費用之間的權衡關系。

5)能體現艦船系統在最大任務周期內的可用度問題。

在艦船系統設計過程中，全面系統貫徹有效可用度的設計思想，可有效提升艦船裝備綜合作戰效能。現結合我國艦船研制程序和特點，簡要介紹有效可用度在艦船系統中的應用程序與方法。

有效可用度是系統的一種作戰使用特性，由系統的設計可靠性、設計維修性及設計保障性來保證。因此，制定并實現有效可用度要求的過程，也是制定可靠性、維修性和保障性要求，并使裝備具有任務所需要的可靠性、維修性及保障性，實現裝備綜合效能要求的過程，是有效地把裝備的作戰使用問題轉變為設計或技術問題的過程。而有效可用度是艦船系統合同參數，必須將合同參數通過轉換變成設計參數，進而在艦船設計中進行使用。其主要應用方法和途徑如圖1所示。

圖1 總體應用途徑Fig.1 Total applied approach

5 結語

通過前面的分析，筆者認為，有效可用度模型可應用于具有獨立維修建制的艦船系統，并在執行任務期間可進行必要的維修作業。該模型也可應用于具有上述特征的其他行業武器系統或在某一武器系統中某個特定的任務剖面。有效可用度概念目前在國內外還未進行廣泛推廣應用，在我國還處于可行性探討研究階段。本文提出艦船系統有效可用度分析的基本思路與方法，可進一步促進有效可用度概念在我國艦船系統中的應用，從而真實反映艦船裝備的任務作戰水平。

［1］北約.可靠性與維修性要求文件編寫指南［C］.北大西洋公約組織，2001.

［2］Schroeder Gene J.小型洲際彈道導彈可用性模型［C］.美國，2002.

［3］楊為民.可靠性維修性保障性總論［M］.北京:國防工業出版社，2001.

［4］王少萍.工程可靠性［M］.北京:北京航空航天大學出版社，2000.

Analysis and discussion on the connotation of the ship system's effective availability

LI Neng-peng，MA Li-ping
(China Ship Research and Development Acadamy，Beijing 100192，China)

NATO proposed the new conception—effective availability，against the available problems during the equipment on task.Now it isn't promoted and applied at home and abroad.Our country is in the feasibility of research stage.This article by combining our ships system tasks during the use of weapons and equipments，maintenance and support，analyzes the concept of availability，and the meaning of the availability model parameters，how effective are the concepts applied to adapt the system design in the basic thinking and approach，etc.

ship system;effective availability

U674.7

A

1672－7649(2011)06－0130－04

10.3404/j.issn.1672－7649.2011.06.030

2011－05－06

總裝預研基金項目——艦船有效可用度分析研究

李能鵬(1975－)男，高級工程師，主要從事艦船可靠性研究工作。