航空裝備保障特性綜合評估指標體系

祝華遠，趙功偉，崔亞君，王靈芝，劉俊瀛

(海軍航空工程學院青島分院，山東 青島266041)

武器裝備在投入使用后能否形成保障能力，本質上取決于裝備系統的保障特性，既要求主裝備本身具有便于保障的設計特性，又要求保障系統具有能夠對主裝備實施有效保障的特性。與保障有關的裝備設計特性有可靠性、維修性、測試性等，凡是能使裝備便于保障或易于保障的設計特性都屬于裝備保障特性，它反映裝備可保障，即需保障和易保障的程度。評估是重要而有效的輔助決策手段，為支持做好航空裝備壽命周期，尤其是使用階段的保障特性考核驗證工作，建立科學完善的評估指標體系至為關鍵。

1 航空裝備保障特性綜合評估指標體系構建原則

建立評估指標體系是一項很困難的工作，一般來說，評估指標的范圍越寬，數量越多，確立評估指標就越難，處理和建模過程就越復雜，歪曲系統本質特性的可能性就越大。航空裝備保障特性綜合評估指標體系構建原則如下。

系統性原則。評估指標體系能全面、系統地反映航空裝備保障特性各方面的特征和綜合情況，緊扣主要因素。

可測性原則。選用的評估指標應有可靠的數據統計基礎，能夠進行科學量化。

獨立性原則。各指標之間不能相容，即不能相互代替或包含。

指標節省原則。在不遺漏重要解釋因素的基礎上，應使評估指標盡可能的少。因為當構建綜合評估模型進行評估時，如評估指標過多，會造成指標間的多重相關性，進而降低模型精度。

2 初擬航空裝備保障特性綜合評估指標體系

裝備綜合保障的最終目標是以可承受的壽命周期費用，實現武器裝備的戰備完好性、任務成功性和持續作戰能力要求，最終滿足平時和戰時的使用要求［1，2］，即航空裝備保障特性評估指標應能反映裝備戰備完好性、任務成功性、持續作戰能力及保障費用等。

對于航空裝備保障特性，美軍一般選用使用可用度AO、能執行任務率RMC作為平時的戰備完好性參數;由于要求軍用飛機(特別是戰斗機)具有較強的作戰能力，并能夠最大限度地連續出擊，選用出動強度或出動架次率RSG作為戰時的戰備完好性參數;另，根據軍用飛機平時和戰時連續出動的使用特點，一般選用再次出動準備時間TTA作為軍用飛機的系統保障性參數［3～5］。我軍一般選用使用可用度AO、固有可用度Ai作為裝備戰備完好性參數;對于任務成功性，一般選用任務可靠度RM、任務成功概率PMC來表征;對于持續作戰能力，一般選用出動架次率RSG，再次出動準備時間TTA等;對于壽命周期費用，一般選用每飛行小時的直接維修費用CDMF等［6-8］。

GJB 1909.5—94《武器裝備可靠性維修性保障性參數選擇—軍用飛機》在附錄中指出，根據作戰使用要求，在戰備完好性方面，可選用使用可用度AO、再次出動準備時間TTA、出動架次率RSG等參數;在任務成功性方面，可選用任務成功概率PMC等參數;在維修人力及保障費用方面，可選用平均故障間隔飛行小時TFBF、每飛行小時直接維修工時MDMMH/FH等參數。

基于以上分析，初擬的航空裝備保障特性綜合評估指標體系如表1 所示。

表1 初擬的航空裝備保障特性綜合評估指標體系

3 航空裝備保障特性綜合評估指標篩選

3.1 使用可用度AO 與能執行任務率RMC

使用可用度AO與能執行任務率RMC均是航空裝備的戰備完好性參數，用來描述航空裝備執行其任務的能力，用于評估航空裝備的作戰適應性，把傳統的可靠性及維修性分析、后勤保障分析以及使用分析等所獲得的結果綜合成一種對實際作戰能力有實際意義的總體度量參數。

使用可用度AO與能執行任務率RMC都可表示為航空裝備的能工作時間同能工作時間與不能工作時間之和的比，其不同之處在于，能執行任務率RMC僅作為武器裝備外場統計用的戰備完好性參數，一般都利用時間比的百分數來定義和計算。使用可用度AO除了用時間比來定義和計算外，還可用可靠性及維修性參數和保障系統參數來計算，不僅可以用于外場統計，還可用于試驗統計。根據可測性和獨立性原則，選用使用可用度AO作為航空裝備平時戰備完好性評估指標。

3.2 任務可靠度RM 與任務成功概率PMC

在GJB 1909A—2009《裝備可靠性維修性保障性要求論證》附錄C 中給出的任務成功度的定義是“軍用飛機任務可靠性的概率度量。其計算方法為:按規定的任務剖面，成功完成任務次數與任務總次數之比?！币话憷猛鈭鼋y計數據進行驗證，其計算公式為

式中:NS為任務成功次數;NC為成功出動次數。

GJB 1909.5—94《裝備可靠性維修性參數選擇和指標確定要求—軍用飛機》任務成功概率PMC的定義為“在規定任務剖面內，產品能完成規定任務的概率?！睂τ陲w機整機來說，將“完成規定任務”認為是“完成飛行任務”。

任務成功概率PMC度量方法為

式中:NS為任務成功次數;NT為總的任務次數。

從內涵上講，任務可靠度RM度量中的“完成任務的次數”是指成功出動的次數中完成任務的次數;而任務成功概率PMC度量中所用的“完成任務的次數”是指規定出動的次數中完成任務的次數;在GJB451A—2005《可靠性維修性保障性術語》［20］中對成功概率的定義為“產品在規定的條件下成功完成規定功能的概率。它通常適用于一次性使用產品。”因此任務成功概率PMC一般用來表征像導彈、彈藥等一次性使用的裝備，而航空裝備是屬于可間歇使用的裝備。為了更好地表征裝備任務成功性，選用任務可靠度RM作為航空裝備任務成功性評估指標。

3.3 每飛行小時直接維修工時MDMMH/FH與每飛行小時直接維修費用CDMF

每飛行小時直接維修費用CDMF度量方法為

式中:C 為單位工時費;CMMF為每飛行小時維修器材費用。

可以看出，CDMF和MDMMH/FH兩個指標之間有包含關系。根據獨立性原則，只能選擇其一;鑒于前者會隨著時間和地點的推移而不斷發生變化，選用每飛行小時直接維修工時LDMF作為維修人力及保障費用指標。

篩選后的航空裝備保障特性綜合評估指標體系如表2所示。

4 航空裝備保障特性綜合評估指標分解

4.1 使用可用度AO

GJB451A—2005《可靠性維修性保障性術語》［20］使用可用度Ao的定義為“與能工作時間和不能工作時間有關的一種可用性參數。其一種度量方法為產品能工作時間與能工作時間、不能工作時間的和之比。”

由使用可用度的定義可知其度量模型如下

式中:TO為工作時間;TS為待命時間(能工作不工作時間);TCM為修復性維修總時間;TPM預防性維修總時間;TD為管理和延誤保障時間。

表2 篩選后的航空裝備保障特性綜合評估指標體系

由于待命時間和延誤時間與部隊的使用策略和使用管理水平有關，在裝備設計過程中不能控制，在工程中可使用可達可用度Aa為綜合參數，進行可靠性維修性單項要求的分解與權衡。Aa不用日歷時間計算，用實際消耗的時間計算。則可達可用度為

式中:TBF為平均故障間隔時間;TMT為平均維修時間，包括MCT平均修復時間和MPT平均預防性維修時間。

平均故障間隔時間TBF度量方法為

式中:K2為運行比;Ke為環境因子;TFBF為飛機平均故障間隔飛行小時。

如只考慮裝備保障特性，平均故障間隔時間TBF又可由裝備可靠性參數飛機平均故障間隔飛行小時TFBF來表征。

4.2 任務可靠度RM

假設任務故障服從指數分布，則任務可靠度RM可用如下計算公式

式中:T 為飛機任務時間;TBCF為飛機平均嚴重故障間隔時間。

飛機平均嚴重故障間隔時間TBCF度量方法為

式中:K4為致命性故障因子。

可以看出，任務可靠度RM在一定程度上也可用裝備可靠性參數飛機平均故障間隔飛行小時TFBF來表征。

4.3 出動架次率RSG

在GJB 1909A—2009《裝備可靠性維修性保障性要求論證》附錄C 中對出動架次率RSG的定義為“度量軍用飛機在規定的使用及維修保障方案下，每架飛機每天能夠出動的次數，也稱單機出動率或戰斗出動強度?！彼擒娪蔑w機最常用的戰時戰備完好性參數，計算模型如下

式中:TFL為飛機每天能飛行的小時數;TDU為飛機平均每次飛行的小時數;TGM為飛機地面運動時間;TTA為飛機再次出動準備時間;TCM為飛機每出動架次的平均修復性維修時間;TPM為飛機每出動架次的平均預防性維修時間;TAB為飛機每出動架次的平均戰斗損傷修理時間。

出動架次率是飛機連續出動能量的度量，是反映航空兵部隊戰斗力的重要參數，與飛機的可靠性、維修性、測試性、維修保障能力、機場條件、氣象條件和機場條件等因素有關，與戰時要求直接相關，對平時訓練沒有意義，因為在平時訓練中，飛機的出動架次率明顯低于其實際能力。

由于TFL、TDU、TGM與飛機使用要求緊密相關，TAB與戰斗損傷率與部隊損傷修理能力密切相關，均與裝備保障特性關聯度很小，平均維修時間TMT包含每出動架次的平均修復時間TCM和每出動架次的平均預防性維修時間TPM，故如只考慮裝備保障特性，出動架次率RSG可用裝備維修性參數TMT和再次出動準備時間TTA來表征。

5 航空裝備保障特性綜合評估指標體系

測試性是指產品能及時并準確地確定其狀態(可工作、不可工作或性能下降)，并隔離其內部故障的能力，通常作為維修性的一部分。隨著現代科學技術，特別是信息技術的發展和廣泛應用，航空裝備日趨復雜，測試性的地位和作用更加突出。目前，測試性已經成為一種獨立的保障特性。表征裝備測試性的主要參數有故障檢測率RFD、故障隔離率RFI、虛警率RFA等。對于裝備測試性，遵循指標節省原則，可用綜合指標ST來表征［9，10］

通過對初擬的航空裝備保障特性綜合評估指標體系進行篩選和分解，構建的航空裝備保障特性綜合評估指標體系如表3 所示，評估指標與航空裝備綜合保障目標之間的關系如圖1 所示。

表3 航空裝備保障特性綜合評估指標體系

圖1 評估指標與航空裝備綜合保障目標之間的關系

6 結束語

基于航空裝備綜合保障目標要求，通過定性分析、指標篩選和分解，建立了航空裝備保障特性綜合評估指標體系，可為考核驗證航空裝備壽命周期、尤其是使用階段的保障特性提供支持，并可為其他裝備保障特性綜合評估指標體系構建工作提供指導和借鑒。

［1］梁紅.航空裝備綜合保障系統評估方法研究［J］. 飛機設計，2005（2）:72-73.

［2］宋太亮.裝備保障性工程［M］. 北京:國防工業出版社，2002:8-9.

［3］宋太亮.裝備綜合保障實施指南［M］. 北京:國防工業出版社，2004:24-25.

［4］Paul D Faas of Autonomic Logistics System（ALS） Sortie Generation［R］. ADA413196，2003.

［5］James V，Jones.Supportability Engineering Handbook［M］.American: Mc Graw-Hill Companies，Inc，2006.

［6］丁定浩，陸軍. 可靠性、維修性、保障性參數指標體系探討［J］. 中國電子科學研究院學報，2011，6（2）:171.

［7］劉曉東，宋筆鋒. 作戰飛機總體設計方案評審指標體系研究［J］. 系統工程與電子技術，2004，26（4）:449-453.

［8］李東霞，李為吉，李壽安.作戰飛機總體設計方案的灰色關聯投影評價［J］. 飛行力學，2007，25（1）:51-54.

［9］朱力立，李莊生，許宗澤.飛機綜合航電系統總體設計綜合評估方法［J］. 航空學報，2007，28（3）:685-689.

［10］趙經成，祝華遠，王文秀. 航空裝備技術保障運籌分析［M］. 北京:國防工業出版社，2010:38-40.