基于貝葉斯網絡野營裝備可靠性管理

文/謝友政 劉家幸

基于貝葉斯網絡野營裝備可靠性管理

文/謝友政 劉家幸

本文介紹了野營裝備傳統全壽命周期管理現狀，說明管理方式的缺陷，針對野營裝備可靠性程度較低，提出建立野營裝備可靠性質量管理貝葉斯模型，以發電機為例，求解得發電機各部件可靠度，提出有效的使用、維修和管理手段，提高發電機的使用壽命。通過模型的建立，提高了野營裝備可靠性，有效保障部隊能夠完成任務。

貝葉斯網絡；野營裝備；可靠性管理

武器裝備質量管理條例明確提出武器裝備論證、研制、生產、試驗和維修單位應當建立健全質量管理體系，對其承擔的武器裝備論證、研制、生產、試驗和維修任務實行有效地質量管理，確保武器裝備質量符合要求。［1］質量是裝備最重要的特性，是裝備形成作戰能力和保障能力的關鍵要素。可靠性是質量的重要特性，是評價裝備質量好壞的重要指標，可靠性高的裝備，可操作使用次數多，無故障工作時間長，能夠有效保障部隊完成任務。應在時間和費用允許的前提下，在設計、試制、生產、使用和維修的全壽命周期內進行組織、計劃、協調和控制等綜合性的裝備可靠性質量管理工作，提高裝備的可靠性，提高保障質量。

貝葉斯網絡能準確地表達變量的隨機不確定性和相關性，通過結合數據分析，進行不確定性推理，得出裝備及其組成元部件的可靠性程度，針對裝備發生故障的概率和可靠性程度，在裝備使用階段進行針對性地管理與使用，規范使用野營裝備和優化野營裝備的操作流程，提高裝備的可靠性。

一、野營裝備傳統全壽命周期管理現狀

裝備的質量與可靠性管理是系統工程管理的重要組成部分，貫穿于武器系統研制、生產、使用維護等全壽命周期的各個階段，與其他各項工作密切協調地進行。［2］傳統裝備全壽命周期可靠性管理分為方案論證、方案設計、工程研制、生產制造、使用保障五個階段。但是在部隊遂行任務和開展演習活動時，裝備管理通常宏觀性太強，部隊對于裝備的可靠性管理僅在于使用保障階段、存儲階段和回收階段中的表面工作，傳統裝備全壽命周期可靠性管理不能提供有效的指導，管理工作開展不流暢，在管理過程中基本是依據經驗管理，管理方式存在問題，具有很大的局限性，不能合理有效地開展裝備可靠性管理工作。在實際操作、使用保障階段缺少可靠性管理，部分野營裝備因為操作使用不當，造成的裝備損壞占裝備總體損壞一半以上；還有部分野營裝備因為裝備可靠度低，使用條件要求高，在特殊條件下使用時，易損壞且難以修復。

二、基于貝葉斯網絡裝備質量管理

在故障診斷領域中，不確定性問題占多數。由于貝葉斯網絡節點變量的條件獨立性及其特有的雙向推理優勢，應用貝葉斯網絡可以方便地計算系統正常工作的概率以及系統故障條件下一個或多個元件故障的概率，從而有效地識別系統的薄弱元件，為系統管理和維護提供依據。［3］野營裝備中，尤其是復雜的機電裝備，其部件之間及部件內部一般存在很多錯綜復雜、關聯耦合的相互關系，不確定因素及不確定信息充斥其間，故障可能表現為多故障、關聯故障等復雜形式。當裝備出現故障時，傳統的做法是部隊內部自行維修，但是對于不能修復的裝備，通常的做法是將裝備送返生產廠家，將故障診斷與維修的任務交給維修專家。裝備發生故障將嚴重影響部隊任務的完成，尤其在處置突發事件中，需要爭分奪秒，沒有時間將裝備的故障診斷與維修工作交給維修專家來完成，并且在部隊遂行任務過程中，維修專家也難以在現場進行裝備的診斷與維修工作，因此需要合理規范的操作管理降低裝備發生故障的概率和和裝備發生故障時的迅速維修能力來滿足部隊的任務需求。

野營裝備故障診斷采用單故障假設模式，即假設裝備故障是由單一故障原因或彼此獨立的故障原因引起的，裝備故障診斷與維修過程中各個過程相互獨立，互不影響。野營裝備故障診斷首先需要確定網絡節點變量，包括確定裝備故障分類、確定與故障有關的原因和要素，并將它們表達為節點變量，然后確定所有節點變量的取值集合，集合要包含節點變量的所有可能值，且不同值之間應該有明顯的相斥性。［4］對野營裝備進行故障分析時，要詳細分析野營裝備出現故障的原因，即導致裝備發生故障的內因和外因，外因包括操作方法、使用條件等，內因包括裝備的材料、壽命等。分析裝備發生故障的原因時，先從外因開始分析，即操作方法是否存在問題，使用條件是否會損壞裝備等；然后從內因開始分析，即裝備的材料能否滿足當前使用環境要求，裝備壽命是否已滿期限等。將外因與內因表達為節點變量，確定節點變量所有值的集合。

其次要建立表示節點變量之間相互關系的有向無環圖。從廣義上說，診斷決策是一個因果推理過程。貝葉斯網絡中連接節點之間的有向邊表達了一種因果關系，由原因變量向最終結果畫有向邊的方式使網絡內含的條件獨立性假設更為合適。因此在確立節點變量之后，將裝備發生故障的結果先列出，采用因果推理的順序，將導致發生故障的原因和要素列在故障結果節點之后，而后通過有向邊的單向線段，表示出貝葉斯網絡模型。

再次是確定裝備發生故障原因的概率。對于網絡中的每一個節點，都必須賦予相應的條件概率，沒有父節點的節點則需要給定先驗概率。在已獲知原因的基礎上，通過推理計算求出該原因下故障發生的概率，收集裝備可靠性相關數據，了解先驗分布。已知發生了某些結果，經推理計算得到該結果發生的原因和發生的概率，同樣可以利用后驗分布計算可靠度。再將先驗分布與后驗分布進行綜合檢驗和評定，即可求得裝備故障發生的概率。

最后針對故障發生的原因和可能性，采用有效的質量管理模式，規范操作流程，改進裝備使用方法，提高裝備的可靠性。當裝備發生故障時，也能夠依據已進行的裝備故障貝葉斯網絡分析，按照裝備各部件發生故障的可能性，逐一排查，然后迅速進行診斷和維修工作，消除故障維持裝備持續工作，保證裝備的持續性。

三、實例分析

發電機是部隊遂行任務和開展演習活動必不可少的野營裝備，在野外無依托條件下，只能選用發電機來維持各類用電裝備穩定工作，確保各項任務能夠順利開展。發電機故障分為三大類：第一類是發電機燃料不足問題，包括汽化器失效、油管堵塞和油箱空，油箱空包括上一次油用完了和油嘴沒檢查；第二類問題是氣缸不能壓縮，包括活塞環破損和活塞不動，活塞不動包括頂桿折損、軸承卡住和無能源使轉動，無能源使轉動又包括蓄電池用完和拉索折斷；第三類是無火花問題，包括火花塞故障、永磁式電機故障和引線折斷。將這些故障作為網絡節點，確立表示各節點變量之間相互關系的有向無環圖，依據各故障發生的概率，得發電機貝葉斯網絡故障模型，如圖所示：（見下頁）

通過數據采集，得到發電機在普通情況下，各類部件發生故障的頻率分別為：電機燃料不足的頻率是0.6，其中汽化器失效的頻率是0.15，油管堵塞的頻率是0.05，油箱空的頻率是0.4，油箱空時上一次油用完了的頻率是0.2，油嘴沒檢查的頻率是0.2。氣缸不能壓縮的頻率是0.15，其中活塞環破損的頻率是0.03，活塞不動的頻率是0.12，其中頂桿折損的頻率是0.02，軸承卡住的頻率是0.02，無能源使轉動的頻率是0.08，無能源使轉動時蓄電池用完的頻率是0.04，拉索折斷的頻率是0.04。無火花問題的頻率是0.25，其中火花塞故障的頻率是0.1，永磁式電機故障的頻率是0.1，的頻率是0.05。

結合發電機各部件理論穩定性分析，根據貝葉斯模型前驗分布與后驗分布要求，進行加權計算，得發電機故障模型分析，以上一次用完油箱為例，得發生故障時，因上一次油用完的概率P=P（上一次用完）/［P（油箱空）/P（電機燃料不足）］ 。

經過貝葉斯網絡模型分析，可以得出發電機各部件的可靠性及各部件關聯的可靠性。在裝備使用、儲備和維修階段的管理過程中，注重從可靠性角度加強管理，針對易發生故障的部件重點管理，當裝備出現故障時，根據裝備發生故障的環境，結合裝備各部件可靠性，從可靠性由低到高進行故障分析，依次排查問題。

四、總結

野營裝備是部隊遂行任務、進行對抗演習和拉練活動等后勤保障的重要組成部分，可靠性高的裝備能夠為部隊官兵提供有力的保障，有效保證部隊任務的完成。本文提出野營裝備貝葉斯模型可靠性管理，準確確定裝備的可靠度，研究出更加有效的管理手段，提高裝備部件和各部件之間的可靠度，但是在裝備可靠性管理領域，仍然需要深入研究。

（作者單位：武警后勤學院）

［1］武器裝備質量管理條例.

［2］郭文鳳，柳明.武器裝備質量與可靠性管理淺析［J］.科技信息，2008，18：94.

［3］尹曉偉，錢文學，謝里陽.系統可靠性的貝葉斯網絡評估方法［J］. 航空學報，2008，29：1482～1489.

［4］李儉川.貝葉斯網絡故障診斷與維修決策方法及應用研究［D］. 國防科學技術大學，2002.

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