地空導彈武器系統使用可用度評估研究*

張紅曉,王承紅

(北京電子工程總體研究所，北京　100854)

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地空導彈武器系統使用可用度評估研究*

張紅曉,王承紅

(北京電子工程總體研究所，北京100854)

摘要：使用可用度(Ao)既是影響裝備效能的重要參數，又是戰備完好性量化的根據。依據使用可用度度量方法，結合地空導彈武器系統任務要求及裝備使用、維修數據，提出了一種在役裝備使用可用度評估方法，給出了使用可用度置信下限的計算方法。

關鍵詞：地空導彈；武器系統；使用可用度評估

0引言

地空導彈武器是國土防空的重要武器裝備，常年擔負戰備值班任務，要求其隨時處于良好的戰備狀態，因此，裝備的戰備完好性參數是極為重要的參數。戰備完好性是“裝備在平時和戰時使用條件下，能隨時開始執行預定任務的能力”[1]。

對一個完整的裝備系統在規定的實際使用環境下進行的系統戰備完好性評估，除了可以驗證裝備系統是否達到規定的系統戰備完好性要求外，還可以驗證保障系統的保障能力和裝備的使用可靠性維修性水平[2]，根據地空導彈武器裝備戰備值班、作戰使用和維護維修的使用特點，地空導彈武器系統戰備完好性參數選取使用可用度AO。

在役裝備使用可用度評估，可為完善保障系統、裝備改型和新研提供重要信息。目前使用可用度的計算模型，主要是采用平均故障間隔時間與平均故障間隔時間、平均維修時間、平均延誤時間之和的比值簡化計算[3]，或考慮預防性維修總時間對使用可用度的影響因子計算[4-5]，用于論證階段使用可用度指標預計、分配等工作；但在裝備使用階段，上述數據獲取、計算與部隊的使用、維修記錄不一致，如故障信息的時間記錄，部隊僅記錄了故障發生及修復的日期和時間，沒有按照理論上的延誤、修理時間分別記錄。為此，必須結合部隊實際情況，依據使用可用度度量方法，開展使用可用度評估。

1使用可用度定義及裝備時間分解

1.1使用可用度定義

可用性是產品在任一隨機時刻需要和開始執行任務時，處于可工作或可使用狀態的程度，可用性的概率度量稱可用度[5]。對于長期連續工作的裝備，瞬時可用度不便于反映其可用特性，需用穩態可用度加以衡量。在地空導彈武器系統工程實踐中，一般用使用可用度Ao來衡量，GJB451A-2005給出的使用可用度定義是：“與能工作時間和不能工作時間有關的一種可用性參數。其一種度量方法為：產品的能工作時間與能工作時間、不能工作時間的和之比”。

1.2裝備時間分解

使用可用度與能工作時間和不能工作時間有關，因此，需要明確裝備服役后的時間劃分，裝備服役期各時間段總日歷時間的分布示意圖如圖1所示。

預防性維修時間不包括在裝備運行的同時所進行的預防性維修活動的時間，在具體判定每個時間段是屬于能工作或不能工作的時間，要根據裝備的工作方式(如連續故障、間斷故障)和使用要求及特點進行判斷，如裝備的某些預防性維修工作類型，一般性保養、檢查等時間是屬于能工作時間[6]。

預防性維修一般是事先準備好各種保障資源后開展維修工作，造成裝備不能工作時間主要是預防性維修時間，管理延誤和保障延誤時間可以不用考慮；修復性維修工作，從故障發生到修復的時間，包括了修復性維修時間、管理延誤和保障延誤時間。所以裝備不能工作時間主要考慮預防性維修總時間和由于裝備故障導致的維修和延誤總時間。

2系統組成和任務特點

2.1系統組成

地空導彈武器系統是由導彈與維護、搜索跟蹤目標、發射和引導導彈完成戰斗使命的各種設備和系統組成的一個獨立工作系統[7]。典型的地空導彈武器系統組成為：指揮控制車、搜索跟蹤雷達、制導雷達、若干發射車(一個發射車上裝配若干導彈)及供電電源組成。某型地空導彈武器系統的任務可靠性框圖如圖2所示。其中指揮控制車、搜索跟蹤雷達、制導雷達供電一般采用一主一備的非工作儲備，2輛發射車共用一電源供電，由于發射車可以編組，為保證q輛發射車正常工作，需要r個(q為偶數時，r=q/2；q為奇數時，r=(q+1)/2)電源為發射車供電即可，因此，可以認為對發射車供電的D1，D2,…，Dn電源是多數表決系統。

圖1　裝備服役期總日歷時間分布示意圖Fig.1　Sketch map of calendar time during the weapon system service

2.2任務及維修特點

地空導彈武器系統主要承擔國土防空任務，在發射陣地開展戰備值班，期間可能根據上級要求，陣地轉移后開展其他任務。

地空導彈預防性維修工作采取定期維護(日、周、月、年維護)和不定期維護相結合的方法[8]，年維護每年一次，各裝備并行開展，期間影響裝備正常使用，日、周、月定期維護一般不影響裝備正常使用。為了保證導彈具有較高的可用度，定期對發射裝置上的導彈進行維護和測試，若導彈參數不合格，則用合格的庫存彈及時替換。不定期維護，根據裝備使用情況，視情進行維護。

修復性維修，主要對裝備日檢查或開機使用中發現的故障進行處理，并按照維修作業體系進行處理。部隊級不能處理的故障，申請基地級技術支援，基地級及時派技術人員攜帶設備、器材等到現場排除故障。

3地空導彈武器系統使用可用度算法

3.1地面裝備使用可用度算法

結合地空導彈武器裝備常年擔負戰備值班的這一任務，且大部分時間武器系統處于可工作狀態，按照GJB451A-2005使用可用度的度量方法，簡單變換：

(1)

不工作時間包括年維護時間和裝備故障后影響武器系統擔負戰備值班任務時間。筆者認為，一些采取提高任務可靠性配備的冗余裝備，在其故障時因有冗余，只要能滿足武器系統任務要求，即武器系統通過備份通道能夠工作，其故障時間就不應屬于武器系統不工作時間；同樣，裝備故障后不影響裝備執行任務的非嚴重故障，如人員空調不制冷，液壓支腿油液輕微滲漏等，不應計入武器系統不能工作時間。

3.2導彈貯存可用度算法

地空導彈是一種長期貯存，一次使用的產品，其主要壽命過程是在不工作環境中度過的。根據維修性的相關研究結果及地空導彈儲存維修性的特點，導彈的長期貯存可用度[7，9]為

(2)

式中：Am為導彈貯存可用度；λm為導彈貯存期間的故障率；τ為導彈測試周期；a=e-λτ。

3.3武器系統使用可用度的點估計算法

(3)

式中：s為值班導彈數；j為設計任務要求發射導彈數。

圖2　地空導彈武器系統地面作戰裝備任務可靠性框圖Fig.2　Mission reliability block diagram for ground operation materiel　　　 of surface-to-air missile weapon system

3.4武器系統使用可用度的置信下限估計

假設地空導彈武器系統地面裝備的故障時間和維修時間服從指數分布[6]，可以證明，使用可用度的1-α的單側置信下限為[11-12]

(4)

4算例

假設某地空導彈武器系統的戰備值班任務可靠性框圖如圖2所示，圖中n=3,r=2,m=6,q=3。每個發射車上裝備4發導彈，系統設計任務是發射2發導彈攻擊1個目標，即：s=12，j=2；裝備年維護解除戰備值班時間6 d，其他日、周、月定期維護不影響武器系統正常工作；導彈的測試周期為180 d，導彈貯存期間平均故障間隔時間MTBFM=50 000 h，2013年某型武器裝備嚴重故障的信息見表1。

4.1計算地面裝備使用可用度

2013年全年365 d，合計8 760 h，地面裝備不能工作時間包括年維護時間144 h和裝備故障影響戰備值班任務時間t。

從表1統計數據，電源A1和電源A2故障時間無重合，保證了對指揮控制車的正常供電，指揮控制車全年故障時間是35 h；電源B1和電源B2故障時間無重合，保證了對搜索雷達的正常供電，搜索跟蹤雷達全年故障時間56.5 h；電源C1和電源C2故障重合時間2 h，說明有2 h無法為制導雷達正常供電；制導雷達全年故障時間31 h，但其中有1 h故障時間與搜索跟蹤雷達重合， 在計算地面裝備不能工作時間時需扣除；電源D1，D2，D3故障時間無重合，6輛發射車未同時出現3輛以上故障。所以地面裝備因故障不能工作時間為

表1　某地空導彈武器系統地面裝備故障信息統計表

t=0+35+0+56.5+2+31-1+0+0=123.5(h).

地面裝備全年不能工作時間為

144+123.5=267.5(h).

根據式(1),地面裝備的使用可用度為

4.2計算導彈貯存可用度

a=e-λmτ=e-2×10-5×180×24≈0.917 2.

根據式(2)，導彈的貯存可用度為

0.958 0.

4.3計算武器系統使用可用度點估計值

根據式(3),地空導彈武器系統使用可用度為

可見，在任務設計發射少量導彈，而擔負值班導彈數量較大時，整個值班導彈的貯存可靠度趨近1，這與一些文獻中不考慮導彈的貯存可靠度，或將導彈貯存可靠度視為1是相通的。

4.4計算武器系統使用可用度置信下限估計值

表1中武器系統故障數k=18,取α=0.05，F0.05(36，36)=1.76，由式(4)得

Ao-L=0.947 5。

即某地空導彈武器系統使用可用度的95%置信度的單側下限為0.947 5。

5結束語

使用可用度作為戰備完好性參數之一，是綜合保障的頂層參數，對可靠性、維修性、保障性指標論證起到關鍵作用。本文結合導彈貯存可用度和地面裝備使用可用度計算方法，提出了地空導彈武器系統的使用可用度計算模型，并結合某型號地空導彈武器系統的使用數據，給出了算例，為開展地空導彈武器系統使用階段使用可用度評估提供了一種工程實踐嘗試。

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Operational Availability of Surface to Air Missile

ZHANG Hong-xiao， WANG Cheng-hong

(Beijing Institute of Electronic System Engineering，Beijing 100854，China)

Abstract:Operational availability (Ao) is one of the important parameters of materiel effectiveness and is also a measurement of operational readiness. Based on the evaluation method of operational availability, the mission requirements and the data of operation & maintenance of surface to air missile weapon system, a method to assess operational availability of low limit confidence is put forward.

Key words:surface to air missile；weapon system；operational availability evaluation

中圖分類號：TJ762.1+3;E927

文獻標志碼：A

文章編號：1009-086X(2015)-01-0129-06

doi:10.3969/j.issn.1009-086x.2015.01.022

通信地址：100854北京142信箱30分箱E-mail：zhanghongxiaobj@163.com

作者簡介：張紅曉(1971-)，男，河南禹州人。工程師，碩士，研究方向為武器裝備綜合保障。

基金項目：有

收稿日期：2014-05-06；
修回日期：2014-07-20