軍事裝備可用性指標(biāo)評(píng)估模型

劉建軍，朱元景

(陸軍軍官學(xué)院 研究生管理大隊(duì)，合肥 230031)

1 相關(guān)概念

1.1 裝備時(shí)間的分解

可用性首先涉及裝備的各時(shí)間區(qū)段到底是處于可用(或使用)還是不可用(不能用)狀態(tài)，因此，需要明確裝備配發(fā)部隊(duì)投入服役的持續(xù)期內(nèi)(稱在編時(shí)間)的時(shí)間劃分。裝備服役后總?cè)諝v時(shí)間的分布示意圖如圖1 所示。

裝備服役后總?cè)諝v時(shí)間包括預(yù)期總工作時(shí)間和停用時(shí)間。停用時(shí)間是指裝備處于較長(zhǎng)時(shí)間的儲(chǔ)存(如戰(zhàn)備封存)、運(yùn)輸及閑置。

預(yù)期總工作時(shí)間包括能工作時(shí)間和不能工作時(shí)間2 部分。能工作時(shí)間又由實(shí)際的工作時(shí)間(TO)和待命時(shí)間(TS)組成。待命時(shí)間是裝備處于能工作而不工作的待命狀態(tài)，一般是指裝備進(jìn)行暫短的出動(dòng)前的檢查與準(zhǔn)備和檢查與準(zhǔn)備完畢人員上機(jī)等待出動(dòng)命令的時(shí)間(如部隊(duì)現(xiàn)行的一等戰(zhàn)備狀態(tài))。

不能工作時(shí)間包括總維修時(shí)間(TMT)和總延誤時(shí)間(TALD)。其中，總維修時(shí)間包含修復(fù)性維修總時(shí)間(TCM)與預(yù)防性維修總時(shí)間(TPM);總延誤時(shí)間包含管理延誤時(shí)間(TAD)與保障延誤時(shí)間(TLD)。

管理延誤時(shí)間是指因行政管理上的原因(如非裝備保障的行政事務(wù)、指揮調(diào)度不當(dāng)?shù)?所延誤的時(shí)間。保障延誤時(shí)間是指因等待備件、維修人員及運(yùn)輸?shù)人诱`的時(shí)間。

將預(yù)期能工作的時(shí)間分解為各時(shí)間要素的裝備時(shí)間要素圖，如圖2 所示。圖2 中列出了預(yù)防性維修和修復(fù)性維修2 個(gè)維修周期的時(shí)間分解要素。預(yù)防性維修周期包括準(zhǔn)備時(shí)間、檢查時(shí)間、維護(hù)時(shí)間與校驗(yàn)時(shí)間。修復(fù)性維修時(shí)間包括維修準(zhǔn)備，故障隔離與定位，原件修理或卸下故障項(xiàng)目用備件更換，結(jié)合(裝配)，規(guī)整、調(diào)整或校準(zhǔn)，檢驗(yàn)。

1.2 可用性定義

可用性是產(chǎn)品在任一隨機(jī)時(shí)刻需要和開始執(zhí)行任務(wù)時(shí)，處于可工作或可使用狀態(tài)的程度。可用性的概率度量稱可用度，記為A。若:

則產(chǎn)品在時(shí)刻t 的可用度:

A(t)為瞬時(shí)可用度，它只涉及t 時(shí)刻產(chǎn)品是否可用，而與t 時(shí)刻以前產(chǎn)品是否發(fā)生故障或是否經(jīng)過修復(fù)無關(guān)。產(chǎn)品在時(shí)刻t 的可靠性維修性高，即少出故障，出了故障用很少的保障資源很快就修復(fù)，則可用度就高。因此，可用度是可靠性、維修性的綜合反映，是保障性的綜合參數(shù)。

圖1 裝備服役期后總?cè)諝v時(shí)間的分布示意圖

圖2 裝備時(shí)間要素圖

對(duì)于長(zhǎng)期連續(xù)工作的產(chǎn)品，瞬時(shí)可用度不便于反映其可用特性，需要用平均可用度或穩(wěn)態(tài)可用度來加以衡量。產(chǎn)品在一段確定時(shí)間[0，t] 內(nèi)的可用度平均值，稱平均可用度，即:

統(tǒng)計(jì)N 次故障前可用(能工作)時(shí)間tUi和故障后因處于修理等原因而不可用(不能工作)時(shí)間tDi，當(dāng)N→∞時(shí)，也可求得穩(wěn)態(tài)可用度為

在實(shí)際使用中穩(wěn)態(tài)可用度應(yīng)為某一給定時(shí)間區(qū)段內(nèi)可用時(shí)間TU與可用時(shí)間TU加不可用時(shí)間TD的總和之比，即:

連續(xù)工作的可修系統(tǒng)的平均可用時(shí)間TU和平均不可用時(shí)間

用平均時(shí)間表示的可用度為

2 可用度評(píng)估

由于在實(shí)際上很難求得產(chǎn)品的可工作時(shí)間密度函數(shù)u(t)和不可用工作時(shí)間密度函數(shù)d(t)，因此，在工程實(shí)踐中，常用下列3 種不同的穩(wěn)態(tài)可用度。

2.1 固有可用度Ai

固有可用度Ai是僅與工作時(shí)間和修復(fù)性維修時(shí)間有關(guān)的一種可用性參數(shù)。此時(shí)，系統(tǒng)的平均不可用時(shí)間只決定于修復(fù)性時(shí)間，其可(能)工作時(shí)間密度函數(shù)即為失效(故障)密度函數(shù)f(t)。不可(能)工作時(shí)間密度函數(shù)即為維修密度函數(shù)m(t)，由式(1)、式(2)可得:

則固有可用度

式(3)中:TBF為平均故障間隔時(shí)間(MTBF)為平均修復(fù)時(shí)間(MTTR)。

固有可用度沒有考慮預(yù)防性維修和管理及保障延誤對(duì)可用性的影響，而僅取決于產(chǎn)品的固有可靠性與維修性，它易于側(cè)量、評(píng)估，在設(shè)計(jì)初期或訂合同時(shí)采用。

例:現(xiàn)有一處于研制早期階段的坦克火控系統(tǒng)，要求其固有可用度為0.92，試初步分析該要求對(duì)可靠性和維修性的影響

解:由Ai的定義與要求，應(yīng)滿足:

可以得出:

或

該系統(tǒng)的可靠性與維修性應(yīng)滿足上列約束條件。這個(gè)約束條件用圖形表示，如圖3 所示，圖中直線的斜率為0.09。

圖3 示例圖

2.2 可達(dá)可用度Aa

可達(dá)可用度Aa是僅與工作時(shí)間、修復(fù)性維修和預(yù)防性維修時(shí)間有關(guān)的一種可用性參數(shù)。Aa的表達(dá)式為

式(4)中:TBM為平均維修間隔時(shí)間為平均維修時(shí)間。

可達(dá)可用度不僅與產(chǎn)品的固有可靠性和維修性有關(guān)，還與預(yù)防性維修有關(guān)，僅僅沒有考慮管理及保障延誤的影響，是裝備所能達(dá)到的最高可用度。可見它主要反映裝備硬件、軟件的屬性，要比固有可用度更接近實(shí)際，在研制早期時(shí)采用。在保障性管理中，進(jìn)行以可靠性為中心的維修(RCM)分析，運(yùn)用邏輯判斷方法，制定出合適的預(yù)防性維修大綱，合理地確定預(yù)防性維修的工作類型和頻率，可以使可達(dá)可用度Aa得到提高。

2.3 使用可用度AO

使用可用度AO是與能工作時(shí)間和不能工作時(shí)間有關(guān)的一種可用性參數(shù)。根據(jù)上述定義，考慮圖1 中預(yù)期總工作時(shí)間中所有的時(shí)間區(qū)段因素，列出使用可用度AO的通用表達(dá)式為

式(5)中:TO為工作時(shí)間;TS為待命時(shí)間(能工作而未工作時(shí)間);TPM為預(yù)防性(計(jì)劃性)維修總時(shí)間;TCM為修復(fù)性(非計(jì)劃性)維修總時(shí)間;TALD為因等待備件、維修人員及運(yùn)輸?shù)裙芾砗捅Ｕ涎诱`時(shí)間。

例:某裝備預(yù)定利用率為每年5 000 h，平均修復(fù)時(shí)間(MTTR)為30 min，平均非計(jì)劃性維修活動(dòng)間隔時(shí)間(MTBUMA)為50 h，每工作1000 h 需要10 h 預(yù)防性維修，每次非計(jì)劃性維修活動(dòng)伴生的平均管理和保障延誤時(shí)間約為20 h，每年約有12 d 因轉(zhuǎn)移陣地而停用。試計(jì)算該裝備的使用可用度AO。

解:預(yù)期總工作時(shí)間:

工作時(shí)間:

非計(jì)劃性維修總時(shí)間:

計(jì)劃性維修總時(shí)間:

管理和保障延誤時(shí)間:

備用時(shí)間:

使用可用度:

該裝備的使用可用度AO為0.752。

使用AO通用表達(dá)式計(jì)算時(shí)應(yīng)注意:

1)根據(jù)裝備的工作方式(如連續(xù)工作、間斷工作)和使用要求及特點(diǎn)，具體判定每個(gè)時(shí)間段是屬于能工作或不能工作的時(shí)間，如有的裝備某些預(yù)防性維修工作類型如出動(dòng)前的檢查和一般性的保養(yǎng)等時(shí)間是屬于能工作時(shí)間，又如艦船出航后的預(yù)防性維修時(shí)間一般是歸入能工作時(shí)間;

2)在待命時(shí)間里裝備屬于能工作而不工作的狀態(tài)，一般是指裝備出動(dòng)前的檢查與準(zhǔn)備完畢人員上機(jī)等待出動(dòng)命令狀態(tài)，如部隊(duì)現(xiàn)行的一等戰(zhàn)備狀態(tài);

3)表達(dá)式中的參量的時(shí)間區(qū)段可按一年日歷時(shí)間計(jì)算，也可以另規(guī)定時(shí)間區(qū)段，如以裝備的一個(gè)大修或翻修期為時(shí)間區(qū)段，但必須使指標(biāo)的規(guī)定與評(píng)估的要求相一致，并且某個(gè)參量要有明確的定義與統(tǒng)計(jì)方法。

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