基于ASENT的設備維修性分析與預計*

白永生 胡起偉 白 文

(1.軍械工程學院六系 石家莊 050003)(2.63871部隊 華陰 714200)

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基于ASENT的設備維修性分析與預計*

白永生1胡起偉1白 文2

(1.軍械工程學院六系 石家莊 050003)(2.63871部隊 華陰 714200)

當前設備對維修性的要求越來越高,維修性水平的高低已成為影響綜合保障的關鍵問題之一。論文簡要闡述了維修性的概念與相關技術,然后結合美國Raytheon(雷神)公司開發的ASENT軟件,介紹了維修性分析與預計的基本過程與步驟,并以某設備為研究對象對其實施了維修性預計,給出了分析報告的主要輸出種類與形式。

ASENT; 維修性; 預計

Class Number TP391

1 引言

第二次世界大戰以來,歐美各發達國家普遍開始重視設備(裝備)的通用質量問題,把提高設備的可靠性與維修性作為重點研究問題之一[1]。如,美空軍就曾在《可靠性與維修性2000》規劃中提出了“可靠性加倍,維修減半”的目標[2]。隨著我國綜合國力的不斷提高,對于設備(裝備)的維修性要求也越來越高,如何促進裝備維修性水平的提高,以最少的費用獲得所需的維修能力成為亟需深入研究和探討的重要問題。

作為國際軍工巨頭,美國Raytheon(雷神)公司專門設計開發了一款用于設備(裝備)設計分析的軟件——ASENT,可實現可靠性、維修性、測試性和保障性四性協同設計,并能方便簡易地進行維修性分析與預計。該軟件經過30多年的發展,已在英、美、瑞士、加拿大等世界各國的軍用和民用工業中得到廣泛的應用。

因此,本文將首先闡述維修性的概念與相關技術,然后結合美國Raytheon(雷神)公司開發的ASENT軟件,以某設備為研究對象介紹進行維修性分析與預計的基本過程與步驟,并給出相關輸出報告的主要種類與形式。

2 維修性及其預計

維修性的概念最早出現于美國等西方工業發達國家,當時的研究目的是出于軍方對于提高武器裝備維修保障水平的需要。到20世紀50年代后期,美國羅姆航空發展中心及航空醫學研究所等部門在進行設備設計時,定性地提出了設置維修檢查窗口、測試點等措施,從某種程度上改善了維修問題,產生了維修性概念的萌芽[3]。

2.1 維修性

根據定義,維修性(maintainability)是指當維修由具有規定的技術水平的人員,使用規定的程序和資源,并在每一規定的維修和修理級別上進行維修時,產品保持在或恢復到規定狀態,所需時間和資源以及維修的相對難易和經濟程度[4]。

可以看出,維修性指產品維修的難易程度,是產品的質量特性,即由產品設計賦予的使其維修簡便、迅速和經濟的固有特性。改善維修性可以縮短維修停機時間,提高故障診斷能力,提高系統的可用性,進而提高系統效能及任務成功率。

我國開展維修性工作起步較晚。直到20世紀80年代,人們逐漸認識到,隨著設備(裝備)的日益復雜化,提高可靠性、維修性、保障性及降低壽命周期費用已成為非常迫切的要求;觀念和認識的轉變推動了近年來我國可靠性、維修性工程的迅速發展[5]。

2.2 維修性預計

要使設備(裝備)具有良好的維修性,需要從論證開始,進行分析、設計、制造、試驗、評價等各種工程活動。其中,維修性預計是設備(裝備)的重要維修性活動之一,即根據歷史經驗和類似產品的數據等估計、測算新產品在給定工作條件下的維修性參數,以便了解設計滿足維修性要求的程度。

2.2.1 維修性預計的基本流程

進行維修性預計時,結合本文主要研究的ASENT軟件,確定了其主要流程與步驟如圖1所示。

1) 建立預案,確定設備(裝備)的維修策略。因為對一個產品來說,可以存在多個維修策略,通過對不同維修策略下的維修性參數預計值進行比較,可以對維修策略的效果、所需時間等進行定量比較。

2) 定義維修結構樹。不同的維修策略下,可更換單元清單會不同,修復性維修與預防性維修的單元也會不同,維修流程也會有所不同,所以需要針對每個預案,定義該預案下的維修結構樹。

3) 確定相關維修性數據。在建立維修性結構樹的基礎上,編輯相關數據,包括故障檢查隔離、拆卸、更換、調整和檢測等維修性活動的時間等,為后續定量評估提供基礎數據。

4) 建立維修性預計模型,開展維修性分析。采用相應的維修性預計模型,如功能層次預計法模型、時間累積預計法模型等,進行設備(裝備)的維修性分析,完成這些之后通過軟件輸出相關報告。

圖1 維修性預計流程圖

2.2.2 維修性預計的功能層次法

在維修性預計中,有多種預計方法[6],結合ASENT軟件的功能,本文主要介紹MIL-HDBK-472維修性預計標準中的方法II,即功能層次預計法。

4) 相對維修時間系數

第i單元的相對修復時間或預防性維修時間系數hci或hpi(以下用hi代表)是一個由比較得到的數值。為了便于比較,本程序把維修事件分為四項活動:故障定位隔離;拆卸組裝;更換、安裝可更換單元;調準檢驗。對每項活動分別比較,故hi也分為四項:

hi=hi1+hi2+hi3+hi4

3 基于ASENT的設備維修性預計

美國Raytheon(雷神)公司開發的ASENT分析工具包,功能強大、操作簡單、資源共享方便,適用于設計、制造、使用等多個環節多個階段,具有可靠性建模、熱分析、FMECA、測試性預計、維修性預計、可用性預計、FRACAS等功能。本文重點針對其維修性管理器中的維修性預計功能,結合某設備進行案例分析介紹。

3.1 ASENT中維修性預計的主要步驟

某設備由減速器、超越離合裝置、彈簧馬達、離合傳動機構、限位機構、揚彈機構、阻彈機構、導引機構、主軸、電氣部件等組成。其中供彈電機、阻彈機構、電氣部分的內部結構復雜,包含電子器件較多,發生故障的機率較大,因此本文將其作為研究對象開展維修性預計。

1) 登錄維修性管理器,建立維修預案。在填寫完預案名稱等相關信息后保存預案,根據維修過程和需要,可以在一個維修預案下設定多個維修內容,如圖2所示。以此類推,完成維修預案數據的添加。

圖2 建立維修預案和維修內容

2) 建立維修性結構樹。基于上一步驟,定義相應維修預案下的維修結構樹,可以自行添加建立,如圖3所示;也可以從已有的案例庫中導入結構樹。

圖3 添加建立維修性結構樹

圖4 對維修性數據進行編輯

4) 建立預計模型進行分析與計算。在維修性管理器的左側選擇“預計”標簽頁,然后通過“添加”來新建預計模型;建立模型后,在“修復性維修”和“預防性維修”標簽頁下編輯維修性信息,用于預計維修性參數。選擇好節點,在右側界面輸入相關數據,如圖5所示。

圖5 節點修復性維修的各數據

在該界面上,針對每個產品,都按照維修活動類別列出了該維修活動所消耗的時間(時間信息來自維修性結構樹),在此處可以重新設定這些消耗時間,以及產品數量和修正因子K。

以上信息編輯完后,在“預計結果”標簽頁下選擇“MMax方法”(最大修復時間計算方法)和“置信度”,并輸入“ALDT”值(平均后勤延誤時間),然后,選擇“計算”即可開始維修性預計計算。

3.2 維修性分析與預計的輸出報告

ASENT軟件可將維修性預計過程中的數據和結果數據以規范的報告進行輸出,便于開展過程統計與結果分析。

3.2.1 維修性預計過程相關輸出報告

在對維修性數據的“故障檢測隔離時間”、“拆卸時間”、“移除時間”、“更換時間”、“組裝時間”、“調整時間”以及“確認時間”等進行完編輯后,可以輸出相應得數據報告,如圖6、7所示。

圖6 輸出的元器件使用任務報告

由圖6可以看出,元器件的使用任務報告能清晰地反映各元器件的名稱、描述、以及各移除和更換時間。

圖7 拆卸重組產品報告

在圖7中可以反映整個系統拆卸重組的各個組件的單個拆卸重組時間和總體時間。

3.2.2 維修性預計結果相關報告

ASENT軟件維修性管理器建立維修性預計模型并完成計算后,可以輸出以下修復性維修預計報告、預防性維修預計報告和可用度報告等。

圖8 可用度報告

根據修復性維修預計報告,可以知道設備給定工作條件下能達到什么樣的維修性水平,如果結果不理想,又應該從哪方面入手,例如具體應該減少哪項維修活動的時間等。通過預防性維修預計報告可以知道進行各預防性維修活動會消耗多少時間、人力等,從而分析如何進行調節來提高維修性水平。在圖8中可以清晰地反映出固有可用度、可達可用度以及使用可用度的計算公式及計算結果。系統的可用度是在完成維修性預計的基礎上進行的,通過可用度報告,用戶可以清楚地知道裝備的可用性的水平。

4 結語

本文針對當前設備對維修性越來越高的要求,開展了維修性預計方面的實踐探索。首先簡要闡述了維修性的概念與相關技術,然后結合美國Raytheon(雷神)公司開發的ASENT軟件,介紹了維修性分析與預計的基本過程與步驟,最后以某設備為研究對象對其實施了維修性預計,給出了分析報告的主要輸出種類與形式。

本文的研究與探索,契合了未來維修性學科計算機化、智能化和規范化的發展方向,對于開展維修性預計工作具有一定的參考和啟發價值。然而,如何通過更高效地利用好ASENT軟件,乃至自主開發出更適合我國國情的類似軟件,將其未來我們重點的研究方向。

[1] 楊擁民,葛哲學,羅旭,等.裝備維修性設計與分析技術[J].國防科技,2015,36(1):4-8. YANG Yongmin, GE Zhexue, LUO Xu, et al. A Survey of Maintainability Design and Analysis Technology of Equipment[J]. National Defense Science & Technology,2015,36(1):4-8.

[2] 甘茂治,吳真真.維修性設計與驗證[M].北京:國防工業出版社,1995. GAN Maozhi, WU Zhenzhen. Maintainability Design and Validation[M]. Beijing: National Defense Industry Press,1995.

[3] 蔣運勁,劉存香.淺談維修性設計的現狀、前景及其設計方法[J].機械工程與自動化,2004,126(5):101-103. JIANG Yunjin, LIU Cunxiang. Analysis of the Actuality, Foreground and Designing Method about the Mechanical Maintainability Design[J]. Mechanical Engineering & Automation,2004,126(5):101-103.

[4] U Dinesh Kumar,等.可靠性、維修與后期保障——壽命周期方法[M].劉慶華,宋寧哲,等譯.北京:電子工業出版社,2010. U Dinesh Kumar, et al. Reliability, Maintenance and Logistic Support, A Life Cycle Approach[M]. LIU Qinghua, SONG Ningzhe, et al. Beijing: Publishing House of Electronics Industry,2010.

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[10] 徐杰.武器裝備發展的可靠性、維修性和保障性[J].船電技術,2012,32(3):45-46. XU Jie. Reliability, Maintainability and Survivability of the Weapon Equipment[J]. Marine Electric & Electronic Engineering,2012,32(3):45-46.

Maintainability Analysis and Prediction for Devices Based on ASENT

BAI Yongsheng1HU Qiwei1BAI Wen2

(1. 6th Department, Ordnance Engineering College, Shijiazhuang 050003) (2. No. 63871 Troops of PLA, Huayin 714200)

With the increasing demand for maintainability of modern devices, the maintainability had become one of the key factors influencing integrated support. In this paper, the concept and relevant technology was introduced. The ASENT software developed by Raytheon from U.S.A. was combined to illustrate the main process for maintainability analysis and prediction. Finally, a device was chosen to demonstrate the maintainability prediction procedure with ASENT, and the main output files were shown.

ASENT, maintainability, prediction

2016年7月12日,

2016年8月28日

白永生,男,博士研究生,講師,研究方向:質量與可靠性工程。胡起偉,男,博士研究生,副教授,研究方向:維修保障系統分析。白文,男,碩士研究生,工程師,研究方向:裝備試驗與質量分析。

TP391

10.3969/j.issn.1672-9722.2017.01.008