基于故障率與設計特性加權的維修性優化分配方法

涂美霞，雷長春，黃軼華，劉世華

（航空工業洪都，江西 南昌，330024）

0 引 言

維修性分配、預計和評估是GJB368B 中規定的重要工作項目，其中維修性分配是裝備維修性設計分析、預計和評估的源頭。維修性分配這一工作能否有效實施， 關系到裝備維修性設計分析是否滿足研制的維修性要求、維修性要求是否能轉化為設計措施。 因此，在裝備研制早期盡量做好維修性分配工作非常重要。

目前，裝備維修性指標分配主要采用的是GJB/Z 57《維修性分配與預計手冊》中的故障率和設計特性的綜合加權分配法。按故障率和設計特性的綜合加權分配法所得的維修性指標分配值與預計值和外場評估值不協調，主要原因有：由于裝備在系統級和設備級設計階段，所得到的產品信息不同，承制單位不能真正把控每個維修活動需要的時間，導致總師單位和承制單位對MTTR（Mean Time to Repair，平均修復時間）的分配值不協調；另外，當系統/設備間的故障率相差較大，其分配結果會嚴重偏離實際維修時間。 為解決上述問題，將從維修活動角度，把系統的維修時間分為通用維修時間和個性維修時間，通用維修時間與設備所處裝備的位置有關，由裝備結構設計特征決定，由總師單位決定，包括準備、接近、再組裝所需的時間。個性維修時間指由設備自身設計決定，包括故障診斷、更換、調校和檢驗所需時間，并通過修正故障率在分配模型中的權重，提出了一種基于維修性優化分配方法，修正分配結果與實際維修時間的差距。

1 方法介紹

根據維修活動中各時間受不同部門控制的情況，本文提出了維修時間分類處理思想，將各維修活動消耗時間分為通用時間和個體時間，并將通用時間從平均修復時間MTTR 中扣除，個體時間按照修正故障率權重的改進故障率和設計特性加權的分配方法分配，其流程見圖1。

圖1 改進后的維修性分配方法的流程圖

1.1 確定個性時間

本文以系統的維修性分配為例，根據二級維修級別，將系統的維修性指標平均修復時間MCT分配給各外場可更換單元（LRU）MCTi。 針對總師單位和承制單位對維修活動中各時間的控制不同，提出了通用時間MCT通和個性時間MCT個。 完整的維修活動是由準備、故障診斷、接近、更換、再組裝、調校和檢驗組成。因承制單位僅能控制各自負責的LRU 自身的裝配、組裝、安裝方式和故障隔離方式，而接近故障部位的時間與各LRU 在系統內的布局位置有關， 由裝備整個結構設計特性決定。 維修的準備時間也是由系統級即總師單位決定，由于再組裝是接近維修活動的逆過程。 故系統的通用維修時間包括準備、接近和再組裝所需時間，其余的維修活動組成了個性時間，然后將個性時間分配給各LRU。 通用時間一般通過經驗值給出或組成的維修活動的時間累計而得。 故個性時間MCT個：

式（1） 中，MP為準備時間，MD為接近時間和MR為再組裝時間。

1.2 確定修正后綜合加權系數βli

目前常用的維修性分配法是國軍標中按故障率和設計特性的綜合加權分配法， 系統各LRU 的平均修復時間的分配模型見式（3）。在綜合加權因子中，故障率和設計特性的地位是相互獨立且同等重要的，設計特性的權重是綜合各項加權因子獲得的，國軍標中定義的設計特性因子見表1。 不同LRU 間的設計因素雖不同， 但LRU 間設計特性的加權系數差值均在一個數量級。 而故障率的加權系數差值隨LRU 的故障率變化較大。當故障率的加權系數差值達到兩個數量級以上，造成對故障率的依賴過大，系統維修性指標分配基本由LRU 的故障率決定， 從而導致分配結果嚴重偏離外場評估結果。

表1 國軍標中考慮四種維修性加權因子時的參考值

式（3）和式（6）：βi為綜合加權系數，βi1為故障率系數，βi2為設計特性系數，MCT為系統的個性時間，MCTi為各LRU 的平均修復時間；式（4）：為系統各LRU 故障率平均值，λi為各LRU 的故障率；式（5）：ki為各LRU 的維修性加權因子， kˉ為系統各LRU 維修性加權因子平均值。

為此，本文通過對綜合加權系數進行修訂，令

當LRU 間故障率差距較大，分配的結果僅反映了對各LRU 維修能力的要求， 沒有真正反映各LRU所具備的維修能力。為強調各LRU 所具備的維修能力，需加強LRU 設計特性系數，故，用，則修正后綜合加權系數

在不改變函數單調性的條件下， 取0＜a＜1 部分，則式（8）可表述為：

通過數值模擬計算，制定了a 的取值原則，具體見表2。

表2 選擇原則表

1.3 確定分配模型

將個性時間MCT個和修正后得到的綜合加權系數代入式 （3）。 則按修正后的綜合加權系數計算各LRU 的平均修復時間MCTi的分配模型為式（10）：

2 算 例

某系統是由RI-1、RI-2、RI-3、RI-4、RI-5、RI-6、RI-7、RI-8、RI-9 等9 個LRU 組成，功能層次如圖2 所示。 各LRU 的故障率詳見表3。 該系統的設計特性已知，其維修性指標平均修復時間為50min。 首先依據工程經驗，確定了維修活動中的通用時間MCT通=20min。 則個體時間：

圖2 功能層次圖

按式（12）檢查分配后的該系統平均修復時間是否滿足要求：

分配結果小于要求的維修性指標值30min，在實際工程中，要綜合考慮設計技術、費用、維修資源等各方面的合理性和可行性，分配結果小可能給設計帶來一定困難，所以在滿足系統整體維修性指標的前提下，為保證維修性分配的合理可行， 按式對分配結果進行調整，將調整后的結果記錄在表3 中。

3 結 語

通過理論分類和算例驗證可知，優化后的按故障率和設計特性加權分配法，在引入維修時間分類和修正加權系數的思想基礎上，能較好地解決維修活動各時間的控制問題和在分配產品間故障率差別較大從而導致維修指標分配不合理的問題，提高了其在工程上的應用實用性。