組合引信系統維修性建模分析探討

中國船舶重工集團公司第七一○研究所 喬永珍

1.引言

在當前形勢和條件下，武器裝備已經成為世界各國研究和關注的重點。隨著武器裝備的不斷發展，組合引信方面也取得了相當大的發展。

因此組合引信系統的維修和維修性是制約其發展的一個重要因素。因為組合引信系統無論是和平年代還是戰時時期都是非常重要的武器裝備系統，武器裝備的使用由于其操作和使用性能等因素勢必會帶來維修和維修性問題，所以研究和探討武器裝備的維修和維修性就顯得十分重要和必要。本文就組合引信系統的維修和維修性建模做一分析研究。

2.組合引信系統的維修和維修性

組合引信系統維修是指為使組合引信系統保持或恢復到規定狀態所進行的全部活動。根據武器系統的目的與時機可以分為：(1)武器系統的修復性維修：是指武器系統和裝備發生故障后，使其恢復到規定狀態所進行的全部維修活動。(2)預防性維修：是指通過對組合引信接收器系統的系統檢測、檢查和發現故障征兆并采取措施以防止故障發生，使其保持在規定狀態所進行的全部維修活動。

組合引信系統維修是指維修性是指武器裝備在規定的條件下和規定的時間內按規定的程序和方法進行維修時保持或恢復其規定狀態的能力。

3.組合引信系統的維修性建模

3.1 組合引信系統維修性模型的種類

從模型的性質和形式分類，組合引信系統維修性模型的分類如圖1所示。

描述性模型：主要是運用文字形式簡明闡述系統的構成、環境、功能層次、要求以及維修事件、維修活動、維修作業步驟和維修任務的描述。這類模型用于維修性預計、分配中的有關輔助描述。隨著維修性領域研究的深入，它會向定量模型靠近。

流程圖和圖解式模型：通常用來顯示維修作業體制職能和維修時間組成部分之間的基本邏輯關系。如維修職能流程圖、系統功能層次圖和維修時間分解圖等。它可以為維修性的定量研究提供支持。

計算模型：是維修系統各種參數和變量的數學邏輯關系的抽象表達。是維修性定量分析的重要工具。

仿真模型：它是運用通用的計算機程序語言或專用的模擬語言編寫的計算機程序模型。對整個壽命周期中的工作進行模擬，根據仿真得出的統計量，確定存在的問題和可能改進的范圍。

3.2 建立維修性模型的原則

(1)真實性，模型必須客觀真實地反映所研究的現實系統的本質。

(2)目的性，模型的建立要針對研究目的，預計和分配建立的模型也不盡一致。

(3)清晰性，明確地描述所研究的維修性問題。

(4)經濟性，模型要繁簡適宜，經濟適用。

(5)適應性，適應系統所處的環境和內部條件。

3.3 維修性建模的步驟

(1)收集資料：主要包括：1)功能層次及其框圖；2)維修性建模的約束；3)系統的可靠性維修性定量要求和定性要求；4)可靠性分析的資料。

(2)確定目的：確定目的包括兩個方面，即建模的時機和建模的用途。

(3)確定建模的參數：由于維修性通常用維修時間、維修工時及故障隔離率等來表示，因此，維修性模型大致包括維修時間、維修工時及故障隔離率等模型。確定建模的參數要在上述兩項工作的基礎上進行，參考GJB1909-94確定。最常規定的參數是平均修復時間(MTTR)。

(4)選用適用的模型。

(5)建立維修性模型。

3.4 系統維修性模型

3.4.1 平均修復時間(MTTR)模型

GJB451-89中，MTTR定義為：在規定的條件下和規定的時間內，產品在任一規定的維修等級上，修復性維修總時間與在該等級上被修復產品的故障總數之比。

假設系統由n個單元組成，各單元的故障率λi，已知各單元平均修復時間，系統平均修復時間為：

3.4.2 系統維修時間與系統維修事件的維修時間的關系模型

系統的維修時間是由各不相同的維修事件所需時間組成的，它們之間的關系可以通過“全概率公式”進行描述。

在研究系統的修復時間時，αi與產生維修事件的故障所對應的故障率相關，即：

式中，iλ表示產生第i個維修事件的故障所對應的故障率。

在研究系統的預防維修時間時，iα與維修事件發生的頻率相關，即：

3.4.3 維修事件的維修時間與相關維修活動時間的關系模型

維修事件的維修時間與相關維修活動時間的關系模型有時也稱為“白箱”維修性數學模型。維修事件確定以后，根據產品設計和維修方案等，能夠確定出相應的維修活動或基本維修作業順序。歸結起來看，維修活動或基本維修作業順序有3種形式：串行、并行及網絡。

串行作業模型：

一個維修事件是由多項維修活動和基本維修作業或基本活動組成。如果各維修活動或基本維修作業是按一定順序依次進行的，前一個作業完成后后一個作業開始，既不重疊也不間斷，我們就稱為串行維修作業，見圖2。在這種情況下，完成一次維修事件的時間就等于各維修活動或基本維修作業時間的累加值。

設：T-完成某維修事件的維修時間，Ti-該次維修中第i項串行作業時間，M(t)-該次維修事件或活動在時間t內完成的概率，Mi(t)-第i項串行維修作業在時間t內完成的概率，m-表示基本維修作業(或基本維修活動)的數目。則：

圖1 組合引信系統維修性模型的分類

其中：

并行作業模型：

如果構成一個事件的各項活動(或作業)同時開始，則為并行作業。在復雜系統中，并行作業的情況很可能出現，常常由多人同時進行維修，以縮短維修持續時間。因此，在并行作業中，維修事件應是各項活動時間的最大值，即：

該次維修事件或活動在時間t內完成的概率M(t)可近似表示為：

網絡作業模型：

如果組成維修事件的各項活動（或基本維修作業）既不是串行又不是并行關系，一般說來無法直接用簡單的數學模型關系描述。此時，可采用網絡規劃技術或隨即網絡理論來計算維修時間，也可采用網絡仿真的方法計算維修時間。

3.4.4 維修工時的數學模型

由維修工時的定義可知，其維修事件的維修工時Mci為：

式中，iα——第i個維修事件發生的概率；n——系統中的維修事件數。

3.5 組合引信系統任務維修性模型

3.5.1 組合引信系統任務維修性模型的特點

組合引信系統任務維修性模型對應于任務可靠性模型，而任務可靠性模型是根據任務剖面建立的，可能有串聯、并聯、表決、冷貯備及其組合等多種形式的模型，且因任務而異。實際上任務維修性也與系統任務剖面有關，同時還與給定的任務剖面內的維修原則(即維修時規定的狀態)有關，這反映以下兩個特點：

在規定的任務剖面內維修時機發生變化。首先是在規定的任務剖面內有可能將預防性維修工作壓至最少，即減少了工作內容和頻率；其次是在任務剖面內對不影響任務的故障并不馬上著手進行修理，往往需要等到一個任務結束時或系統喪失所需功能時才一并對故障單元進行維修處理。這也可能降低了修復性維修的工作頻率，但有可能延長了各維修事件所需的時間。

維修內容發生改變。由于任務剖面的特殊性，有的情況下并不要求將所有故障全部排除，只是能恢復必須功能即可；而在條件允許時則需修復全部項目，這都需要改變維修過程中的工作內容，使完成各維修事件所需的資源發生改變，如維修時間變長或縮短。

由以上特點可以看出，組合引信系統任務維修性與系統所執行的任務類型密切相關(體現在相應的任務可靠性模型上)；其次是與各任務剖面中對維修所要求的規定狀態有關。第一個特點用于解決維修事件的種類與頻率的確定，由于預防性維修主要由預防維修計劃確定，可以控制其預防性維修頻率及內容。第二個特點用于解決各維修事件所需的維修時間或資源的確定。

3.5.2 組合引信系統維修策略

組合引信系統維修策略分為以下3種：

維修策略——指對系統進行維修時預先所規定的修復原則。不同的維修策略所消耗的維修資源將會不同。本指南只采用了最小維修和最大維修兩種維修策略，在實際工作中可能有多種。

最小維修策略——所謂最小維修就是只修復影響任務成功的關鍵部件，如故障的串聯單元、最容易修復的故障冗余單元（對一個冗余系統中僅修復一個單元即可，且只維修其平均修復時間最短的冗余單元），或其組合，使系統能在最短的時間內繼續執行任務。

最大維修策略——則是指一旦開展維修則修復全部故障單元。

在規定的任務剖面內，系統可靠性框圖模型已經建立。典型的任務剖面維修要求為：在任務期間，只要系統沒有產生影響任務的故障則不進行維修；在任務期間，如果出現系統故障，則進行最小維修或最大維修。至于實際采用何種維修策略乃至其他的維修策略，則需根據具體情況或維修規定來定；任務結束后，如果系統中存在單元故障則進行最大維修。

4.結束語

綜上所述，我們了解了武器裝備系統維修性的重要性。文中提出了組合引信系統的維修性建模的種類和建立模型的原則。通過研究組合引信系統維修模型中的平均修復時間（MTTR）模型、系統維修時間與系統維修事件的維修時間的關系模型、維修事件的維修時間與相關維修活動時間的關系模型以及維修工時的數學模型4種模型，得知武器裝備維修建模的各種模式。同時，探討了武器裝備任務維修性模型的特點及其維修策略。