典型數(shù)字化裝備RMS參數(shù)分析*

王海卿 古 平 王增光

(軍械工程學(xué)院裝備指揮與管理系 石家莊 050003)

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典型數(shù)字化裝備RMS參數(shù)分析*

王海卿 古 平 王增光

(軍械工程學(xué)院裝備指揮與管理系 石家莊 050003)

可靠性、維修性和保障性(RMS)參數(shù)是準(zhǔn)確把握數(shù)字化裝備現(xiàn)狀的重要依據(jù),對(duì)數(shù)字化部隊(duì)的建設(shè)具有重要意義。在介紹數(shù)字化裝備RMS參數(shù)分析的主要任務(wù)和基本流程的基礎(chǔ)上,對(duì)三種典型的數(shù)字化裝備RMS參數(shù)分析方法進(jìn)行研究,為規(guī)劃與設(shè)計(jì)數(shù)字化部隊(duì)裝備保障系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)。

數(shù)字化部隊(duì); RMS; 參數(shù)分析

Class Number E95

1 引言

數(shù)字化部隊(duì)是一種全新的部隊(duì)類型,在未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)中擔(dān)負(fù)著總要的角色。裝備保障體系及其擁有的保障資源作為數(shù)字化部隊(duì)建設(shè)的重要內(nèi)容,對(duì)保持與恢復(fù)裝備性能,發(fā)揮武器裝備的作戰(zhàn)效能具有重要作用。可靠性、維修性、保障性(RMS)參數(shù)是籌建和配置裝備保障系統(tǒng)及其擁有保障資源的重要依據(jù),是提高數(shù)字化部隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力的“倍增器”。

通過(guò)對(duì)數(shù)字化部隊(duì)重點(diǎn)裝備的RMS參數(shù)進(jìn)行分析,能夠準(zhǔn)確把握武器裝備的現(xiàn)狀,對(duì)數(shù)字化裝備的作戰(zhàn)能力、生存能力、部署機(jī)動(dòng)性、維修人力和使用保障費(fèi)用產(chǎn)生重要影響。因此,在分析典型數(shù)字化裝備RMS參數(shù)分析的任務(wù)和基本流程的基礎(chǔ)上,對(duì)三種典型的RMS參數(shù)分析方法進(jìn)行研究,為規(guī)劃與設(shè)計(jì)數(shù)字化部隊(duì)裝備保障系統(tǒng)奠定基礎(chǔ),對(duì)提高數(shù)字化部隊(duì)裝備保障能力、加速數(shù)字化裝備形成戰(zhàn)斗力具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義和重大的軍事價(jià)值。

2 概述

2.1 數(shù)據(jù)分析的主要任務(wù)

RMS參數(shù)分析能夠定量評(píng)估裝備的可靠性、維修性和保障性,由此提供的信息能夠?yàn)轭A(yù)防、發(fā)現(xiàn)和糾正可靠性、維修性設(shè)計(jì)以及元器件、材料和工藝等方面的缺陷提供參考。使用階段的RMS參數(shù)能夠用于分析、評(píng)估裝備的可靠性、維修性和保障性水平,是提高改進(jìn)裝備性能,提高可靠性、維修性的主要依據(jù)。根據(jù)數(shù)據(jù)分析的結(jié)果可以修改維修性保障性分析大綱并制定適合該裝備維修保障的方案等,為數(shù)字化部隊(duì)的裝備保障維修提供依據(jù)。

2.2 數(shù)據(jù)分析的基本流程

使用階段的數(shù)據(jù)處理分為兩種情況,一種是分布函數(shù)已知,只需要將數(shù)據(jù)帶入相應(yīng)的分布參數(shù)點(diǎn)估計(jì)和區(qū)間估計(jì)公式即可,一種是分布函數(shù)未知,需要先假設(shè)服從某種分布,先用適當(dāng)?shù)姆椒ㄓ?jì)算出經(jīng)驗(yàn)分布函數(shù)R(t)或F(t)的觀測(cè)值,在經(jīng)過(guò)分布假設(shè)檢驗(yàn)確定分布類型,最后利用相應(yīng)公式求出分布參數(shù)點(diǎn)估計(jì)和區(qū)間估計(jì)。數(shù)據(jù)分析的基本流程如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)分析的基本流程

3 RMS數(shù)據(jù)分析的主要技術(shù)

3.1 圖形分析法

圖形分析法是通過(guò)圖形對(duì)RMS數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的方法,能夠直觀地反映RMS數(shù)據(jù)的特點(diǎn)。直方圖法是典型的圖形分析法。通過(guò)直方圖可以求出一批數(shù)據(jù)的樣本平均值及樣本標(biāo)準(zhǔn)差,并由其圖形的形狀近似判斷該數(shù)據(jù)的總體屬于哪種分布。直方圖法的具體步驟如下

1) 找出數(shù)據(jù)中最大值(La)和最小值(Sm),求極差R=La-Sm。

3) 確定各組分點(diǎn)。最小值Sm為第一組下限,最小值Sm加上組距Δt為第一組上限值;然后以前一組的上限值為后一組的下限值,后一組下限值加上組距Δt就是后一組的上限值,以此類推。

4) 確定各組頻數(shù)、頻率。各分組點(diǎn)上的數(shù)據(jù)可按統(tǒng)一規(guī)定算入前一組(或后一組)。

5) 以頻數(shù)為縱坐標(biāo)繪制直方圖。

6) 計(jì)算平均值和標(biāo)準(zhǔn)差。

3.2 統(tǒng)計(jì)處理方法

數(shù)據(jù)處理的合理性和統(tǒng)計(jì)分析的置信度是可靠性數(shù)據(jù)的關(guān)鍵。統(tǒng)計(jì)處理分參數(shù)和非參數(shù)兩種方法,非參數(shù)方法常用于不了解分布類型的情況下進(jìn)行估計(jì),而由圖形分析法得到設(shè)備(元器件)故障分布類型后,用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法確定各分布參數(shù)稱為參數(shù)統(tǒng)計(jì)方法。基于數(shù)字化裝備使用和管理工作的現(xiàn)狀,通常選用非參數(shù)方法對(duì)各類參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估,得到可靠壽命的區(qū)間估計(jì)和單側(cè)置信下限。判斷RMS的數(shù)據(jù)類型是統(tǒng)計(jì)處理方法的關(guān)鍵,常用的判定方法包括以下幾種。

1) 壽命分布判定法

確定產(chǎn)品壽命分布的方法主要有兩種,一是通過(guò)實(shí)效物理分析證實(shí)產(chǎn)品的故障模式近似符合某種類型分布;二是通過(guò)收集的產(chǎn)品可靠性數(shù)據(jù),利用擬合優(yōu)度檢驗(yàn)來(lái)確定其分布類型。

分析壽命分布,首先根據(jù)可靠性的歷史數(shù)據(jù)和以往故障模式與失效機(jī)理方面的分析,假定一種可能的分布,然后用最小二乘法判定收集的數(shù)據(jù)是否來(lái)自所選擇的總體分布,以確定其分布類型。

2) 維修時(shí)間分布判定方法

在維修性分析中最常用的維修時(shí)間分布有指數(shù)分布、正態(tài)分布和對(duì)數(shù)正態(tài)分布。一般來(lái)說(shuō),預(yù)防性維修常為正態(tài)分布,修復(fù)性維修常為對(duì)數(shù)正態(tài)分布,利用自動(dòng)檢修設(shè)備進(jìn)行的維修常為指數(shù)分布。

分析維修時(shí)間分布,首先依據(jù)不同系統(tǒng)維修時(shí)間的特性,假定一種可能的分布,然后用最小二乘擬合優(yōu)度檢驗(yàn)法判定收集的數(shù)據(jù)是否來(lái)自所選擇的總體分布,以確定其分布類型。

3) 最小二乘法

最小二乘法的用法是,若兩變量是線性關(guān)系,按最小二乘法可得到一條偏差最小的回歸直線;若不是線性關(guān)系,通過(guò)必要的變量代換和線性化處理,這樣就可以用最小二乘法解決非線性問(wèn)題了。通過(guò)對(duì)正態(tài)分布、對(duì)數(shù)正態(tài)分布、威布爾分布進(jìn)行線性化處理,然后用最小二乘法求得回歸直線和相關(guān)系數(shù),以判斷收集到的RMS數(shù)據(jù)符合哪種分布,還可以根據(jù)回歸系數(shù)的估計(jì)值來(lái)估計(jì)分布函數(shù)的參數(shù)。

4) 常用分布數(shù)值計(jì)算

在分析和判定可靠性數(shù)據(jù)、維修性數(shù)據(jù)分布類型以及分布參數(shù)的點(diǎn)估計(jì)時(shí),需要計(jì)算分布函數(shù)和分位數(shù)。常用的計(jì)算方法有正態(tài)分布、對(duì)數(shù)正態(tài)分布、威布爾分布和指數(shù)分布等。

5) 分布參數(shù)的點(diǎn)估計(jì)

確定產(chǎn)品壽命分布或維修時(shí)間分布后,可以利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法中的點(diǎn)估計(jì)來(lái)估計(jì)壽命或維修時(shí)間分布的參數(shù)值。點(diǎn)估計(jì)的方法主要有矩估計(jì)、極大似然估計(jì)、最小二乘法以及圖估計(jì)等。

矩估計(jì)法只能適用于完全樣本,但它不要求預(yù)先知道樣本分布的類型;極大似然估計(jì)法、最小二乘法和圖估法適合于所有的樣本類型,包括隨機(jī)截尾試驗(yàn)子樣,但它們是在已知樣本分布的情況下進(jìn)行的。圖估法使用簡(jiǎn)單方便,但是圖估法人為因素影響太大。由于收集到的RMS數(shù)據(jù)大部分是裝備使用現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù),而現(xiàn)場(chǎng)收集的可靠性數(shù)據(jù)基本上都屬于隨機(jī)截尾試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

6) 可靠性數(shù)據(jù)量綱統(tǒng)一化處理

由于裝備各個(gè)系統(tǒng)或部件具有不同的特性,因此其可靠性數(shù)據(jù)的量綱也可能不同,如工作時(shí)間可能為行駛里程、發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)間、炮彈擊發(fā)發(fā)數(shù)等多種廣義時(shí)間,為了與維修時(shí)間在量綱上統(tǒng)一,方便后續(xù)的分析和計(jì)算,需要將它們統(tǒng)一轉(zhuǎn)換到日歷時(shí)間上。

3.3 故障樹分析法

故障樹分析法是一種圖形演繹法,通常應(yīng)用在裝備的使用階段,以系統(tǒng)發(fā)生的故障作為頂事件進(jìn)行分析,找出子系統(tǒng)、部件及元器件全部故障模式,建立故障樹,進(jìn)行定性定量分析。故障樹分析法的主要步驟如下所示。

1) 確定分析范圍

(1)定義系統(tǒng),包括系統(tǒng)的設(shè)計(jì)意圖、實(shí)際結(jié)構(gòu)、功能、邊界(包括接口)、運(yùn)行模式、環(huán)境條件和故障判據(jù);(2)確定分析的目的和內(nèi)容;(3)確定對(duì)系統(tǒng)所作的基本假設(shè),包括對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行和維修條件的假設(shè)以及在所有可能的條件下與性能有關(guān)的假設(shè)。

2) 熟悉環(huán)境

在對(duì)一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行故障樹分析之前,建樹者首先應(yīng)對(duì)系統(tǒng)及系統(tǒng)各個(gè)組件的功能、結(jié)構(gòu)原理、故障狀態(tài)、故障因素及其影響等作深刻透徹的了解,收集有關(guān)系統(tǒng)的技術(shù)資料,這是建樹的基礎(chǔ)工作。

3) 確定頂事件

根據(jù)分析的目的、系統(tǒng)的故障判據(jù)和對(duì)系統(tǒng)的了解,確定與系統(tǒng)有關(guān)的不希望發(fā)生的故障事件作為頂事件。頂事件是故障樹分析的中心,一般遵循兩條共同的原則:(1)頂事件的發(fā)生與否必須有明確的定義,而且為了能夠定量評(píng)定其發(fā)生的可能程度(用概率表示),事件應(yīng)該是能夠度量;(2)頂事件必須能夠進(jìn)一步分解,即可以找出使頂事件發(fā)生的直接原因。

4) 故障樹的預(yù)處理

(1)故障樹簡(jiǎn)化:故障樹建立后要進(jìn)行的就是故障樹的相關(guān)分析,但是由于系統(tǒng)的復(fù)雜性,得到的故障樹往往也非常的復(fù)雜,如果在其基礎(chǔ)上直接進(jìn)行分析,不做相應(yīng)的簡(jiǎn)化,有的時(shí)候故障樹的分析是不可實(shí)現(xiàn)的。故障樹簡(jiǎn)化的著眼點(diǎn)就是去掉邏輯多余事件和邏輯多余門。

(2)故障樹規(guī)范化:為了對(duì)故障樹作統(tǒng)一的描述和分析,必須將建造出來(lái)的故障樹規(guī)范化,稱為僅含有底事件、結(jié)果事件以及“與”、“或”、“非”三種邏輯門的故障樹。對(duì)含有未探明事件的故障樹規(guī)范化時(shí),將未探明事件或當(dāng)作基本事件或刪去,但應(yīng)慎重考慮。

5) 建樹

根據(jù)故障樹的常用術(shù)語(yǔ)和相關(guān)定義符號(hào),結(jié)合裝備保障維修實(shí)際情況構(gòu)建待維修裝備的故障樹,并建立事件編碼表。

6) 故障樹定性和定量分析

采用結(jié)構(gòu)函數(shù)對(duì)故障樹進(jìn)行數(shù)學(xué)描述,對(duì)故障樹作定性分析和定量計(jì)算。

4 結(jié)語(yǔ)

可靠性、維修性和保障性參數(shù)是數(shù)字化部隊(duì)能夠形成保障力和戰(zhàn)斗力的技術(shù)基礎(chǔ),反映了軍用裝備對(duì)保障作戰(zhàn)的戰(zhàn)術(shù)要求,其中RMS參數(shù)分析是準(zhǔn)確把握數(shù)字化裝備現(xiàn)狀的關(guān)鍵。本文在介紹RMS數(shù)據(jù)分析主要任務(wù)和基本流程的基礎(chǔ)上,研究了三種典型的RMS參數(shù)分析方法,為規(guī)劃與設(shè)計(jì)數(shù)字化部隊(duì)裝備保障系統(tǒng)奠定基礎(chǔ),對(duì)提高數(shù)字化部隊(duì)的保障能力、加快數(shù)字化部隊(duì)形成戰(zhàn)斗力具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義和重大軍事價(jià)值。

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Analysis on RMS Parameter of Typical Digital Equipment

WANG Haiqing GU Ping WANG Zengguang

(Equipment Command and Management Department, Ordnance Engineering College, Shijiazhuang 050003)

Reliability, maintenance and supportability are very important to accurately grasp the status for digital equipment, which are of great significance for the construction of digitized forces. This paper begins with the introduction of the main tasks and basic process for RMS parameter analysis, followed by the research on three kinds of RMS parameter analysis method for typical digital equipment. The research of this paper may establish foundation for planning and designing equipment support system and its support resource.

digitized forces, RMS, parameter analysis

2016年7月10日,

2016年8月28日

國(guó)家社會(huì)科學(xué)基金(編號(hào):15GJ003-184)資助。

王海卿,男,碩士研究生,研究方向:裝備保障。古平,男,副教授,研究方向:裝備保障理論與應(yīng)用。王增光,男,博士研究生,研究方向:裝備保障信息化。

E95

10.3969/j.issn.1672-9722.2017.01.002