裝備備件供應保障研究

2014-02-24 08:31:20宋翰林

科技視界 2014年9期

羅衛宋翰林

（中國人民解放軍91663 部隊，山東青島 266071）

0 前言

備件供應保障是確定裝備使用與維修所需備件的品種和數量，并解決它們的籌措、分配、供應、儲運、調撥以及裝備停產后的備件供應等問題的管理與技術活動。其目標是使裝備使用與維修中所需備件能得到及時和充分的供應，并使備件的庫存費用降至最低。為此，備件供應保障主要解決兩個方面的問題：一是，確定裝備備件的需求量，主要是確定保障時效期內備件的品種和需求量，備件的需求量與裝備上工作部件的可靠性和使用時間有密切的關系；二是，確定裝備備件的庫存量，庫存量的大小取決于對庫存量的合理控制[1]。上述兩個方面的問題由于受諸多不確定因素的影響，因此要準確、合理地確定備件的需求量和庫存量實際上是極其復雜的工作。

1 備件的分類

（1）按供應的時間可分為：

安裝備件：保障設備/系統安裝所需的備件，包括在安裝、試驗和評價維修設備/系統所需的常用和散裝件（如連接件、電纜）以及零部件。

初始備件：在裝備部署初期（1～2 年），用于保持和恢復裝備設計性能所必需的不可修復件和部分可修復件。不可修復件包括消耗性備件和部分易損壞備件。可修復件主要提供修理周轉的更換件。初始備件是從承制方那里采購（或者是承制方制造或者是承制方從轉承制方、供應方得到）的。

后續備件：在裝備穩定使用階段，為保持和恢復裝備的設計性能所必需的可修復件和不可修復件。該類備件是承制方向使用方推薦的訂貨備件，作為已消耗掉的初始備件的補充件，由使用方選擇訂貨。

（2）按壽命分布分為：

指數壽命件：其故障率為常數；

正態壽命件：其故障率依賴時間；

威布爾壽命件。

（3）按結構屬性分為：

電子件備件：其壽命分布一般按指數分布處理；

機械件備件：其壽命分布一般可按正態分布處理，屬限壽件，按壽命長短又可進一步劃分為全壽件（整個服役期內除執行規定的保養外，不需翻修）、單壽件（對應一個浴盆盆底長度即翻修時限）、短壽件（基層級預防維修件，也叫易損件備件）；

其它件備件：如橡塑件、木材等，一般不假定壽命分布，其壽命按經驗數據給出，也歸入限壽件。

（4）按可恢復性分為：

可修復件備件：可以通過修復性維修恢復其全部規定功能的件的備件；

不修復件備件：不能通過修復性維修恢復其全部規定功能或不值得修復的件的備件，又稱為一次性備件。

（5）按備件存放時的狀態分為：

待修備件：不能使用的可修復備件；

準備發放備件：具有使用功能和滿足操作規范的可以發放的備件，該備件可以是新的、修復的或大修好的。

（6）按維修級別分為基層級備件、中繼級備件和基地級備件。

（7）從購置費用角度分為昂貴件和一般件。

（8）從對系統功能影響角度分為關鍵件和一般件。

（9）從標準化角度分為標準件和非標準件。

（10）按供貨源分為通用件（市售件）、專用件（制造廠產品）。

2 備件消耗因素分析

備件消耗率反映了裝備的可更換單元對備件需要的程度。引起備件消耗的因素是多方面的，它不僅與可更換單元的故障率有關，而且與維修策略、使用管理、零部件對損壞的敏感性等多種因素相關。在預計備件消耗率時，應考慮下述因素的影響[2]。

（1）可更換單元的基本故障率（λ）

基本故障率是指當可更換單元的環境因素、質量等級、工作狀態等都符合規定的基準條件時，該可更換單元的故障率，它僅與可更換單元的種類、結構、工藝有關。可更換單元的故障率對備件消耗率有著最直接的影響。故障率從可更換單元本身的固有可靠性反映出使用過程中需要備件的趨勢。提高可更換單元的固有可靠性是降低備件消耗率的根本措施。但可更換單元的故障率并不等于備件消耗率。裝備發生故障后不一定都需要備件，而裝備未出現故障時，由于人為損壞或丟失備件，或進行預防性維修等卻有可能需要備件[3]。

（2）環境影響因素

裝備所處的環境不同，其可更換單元的備件消耗率可能會大不相同。參考可靠性預計方法和外軍的研究，將裝備的使用環境分為好、中、差三類。不同結構屬性的部件受環境的影響程度也不同：對于電子器件，由于溫度、濕度、風沙、振動等環境因素影響，其備件消耗率會較大，所以其環境影響系數較大；非電子產品中的非金屬件次之；而金屬件受環境因素影響最小。各類器件對應不同環境的環境影響因子見表1。

表1 環境影響系數

（3）零部件對損壞的敏感性

在裝備搬運、裝配與維修中，可能因人為差錯、不按操作規程和嚴酷使用等而使備件遭受損壞。在裝配時，可能因安裝工具而損壞備件，在維修時，也可能由于調整不當等損壞備件，這是由于人為差錯造成的，與該件本身的故障率并無關系，它與零部件對損壞的敏感性有關。敏感性系數取值見表2。

表2 敏感性系數

（4）修復性影響因素

故障單元修復后，仍可作為備件繼續使用，修復性影響考慮的就是單元故障后，可修復比例對備件消耗的影響。決策時，可以根據FMEA 和相似產品的數據直接給出修復比例。另外，也可以對修復性進行分類，分為可修、部分可修和不可修三類，對應的修復性影響系數見表3。

表3 修復性影響系數

（5）使用頻率

預計備件消耗率時，必須考慮可更換單元的使用頻率。正常使用與非正常使用對備件消耗率也有著較大的影響。非正常使用一方面表現為使用時間過長或應力應變狀況超出原設計規定的使用條件；另一方面，則表現為由于使用過少或沒有使用（如未定期通電、開機、運轉等），造成某些零部件變質或性能下降。使用頻率系數取值見表4。

表4 使用頻率系數

（6）備件管理

零部件因松動而脫落，在維護、修理和保管中丟失以及因保管不善而造成的備件失效等，都會引起備件消耗量的增加。

（7）預防性維修消耗

在預防性維修中，特別是定時更換策略下，所導致的備件消耗。備件的預防性維修消耗數等于年度預防性更換次數，該值依裝備的預防性維修方案、計劃而確定。

3 備件的供應模型

備件數量是備件供應保障過程的核心問題。確定某項備件數量所涉及的重要因素有很多，包括：該備件的可靠性；裝備上使用該備件的數量；備件可用概率；該備件對任務成敗的關鍵性；該備件的費用等。就裝備維修來講，在確定備件要求時應當考慮到：

（1）修復性維修和預防性維修實際所需備件。

（2）補償因在實施維修過程中可修復件的維修周轉所需備件的額外儲備。用備件換下可修復件送修至修復返回作為備件，需要維修周轉時間，特別是中繼級或基地級維修工作繁忙，需等待時間愈長，補償所需的備件數就愈多。

（3）補償因采購備件從訂貨到交貨的時間所需備件的額外儲備。

（4）補償可修復件無法修復而報廢所需備件的額外儲備。

3.1 初始備件的供應模型

備件數量主要取決于裝備中該部件的數量及它的壽命分布規律。據統計，壽命服從指數分布的部件約占全部部件的90%左右，電子件的壽命分布一般均可按指數分布處理。下面我們尋求指數壽命件備件需求量的計算模型[4]。

設裝備中第種部件的壽命服從指數分布，故障率為λ，裝備在兩兩不重迭的各個時間間隔]中，該類部件出現的故障相互獨立，且在[t,t+Δ t ]內最多出現一個故障(Δt→0)，即：

Δt→0 時，0·Δt 為高階無窮小，那么在 [0,t ]內，當備件量kpi為零，即kpi=0 時，裝備的可靠工作概率為：

當備件量kpi=1 時，裝備的可靠工作概率為：

當備件量kpi=k 時，裝備的可靠工作概率為：

這樣根據系統可靠工作的概率要求和第種部件的平均故障率，就可以計算出該種備件的需求數量。于是我們可以得到：

若裝備中某部件的壽命服從指數分布，該部件的備件需求量可按下式確定：

其中：P——裝備中某部件要求的備件保障度；

j——遞增變量，從0 開始逐一遞增至某s 值，使上式右邊值≥P；

s——所需備件數量；

n——裝備中該部件的件數；

λ——該部件的故障率；

t——保障時效內裝備累積工作時數，對不同情況t 應分別處理：

（1）對不可修復件，t 取保障時效期內裝備累積工作時數（h）或備件更新周期內裝備累積工作時數（h）；

（2）對可修復件又分兩種情況：①基層級更換，后送中繼級或基地級修復，此時取修理周轉期內裝備累積工作時數（h）；②在基層級對該件進行修復，此時當滿足該件的平均故障間隔時間（MTBF）遠大于該件的平均修復時間（MTTR）時，在至少準備一個供換件修理的情況下，t 取該件的 MTTR（h）。

3.2 后續備件供應模型

隨裝備一起交付部隊的初始備件，是研制單位根據裝備的各種戰技術性能和相似裝備的備件消耗情況而配備的，只能體現裝備備件消耗的一般規律。后續備件是裝備進入穩定使用階段需求的備件，體現的是該裝備備件消耗的具體規律，由使用部隊根據裝備初始保障期的實際使用情況，統計備件消耗規律，修訂初始備件供應而確定的。一般由使用部隊向軍械處申報下一年需請領的備件計劃，所以后續備件供應一般以年為單位來計算，也可稱為年度備件需求量。

如果裝備使用信息收集的及時完整，并且能夠準確地確定零部件的預防性和修復性維修更換間隔時間，則可按下述模型計算：

（1）對不可修復件，確定備件數量的計算模型為：