機(jī)載備件需求量確定與保障能力評(píng)估研究

胡軍龍

（海裝裝備項(xiàng)目管理中心，北京，100071）

0 引言

保障性是武器裝備的重要作戰(zhàn)使用性能，一種新的武器裝備能否發(fā)揮效能，在很大程度上取決于武器裝備交付部隊(duì)后的綜合保障能力。保障資源是武器裝備構(gòu)成保障系統(tǒng)的物資基礎(chǔ)，是實(shí)施保障的基本手段[1]。機(jī)載備件對(duì)飛機(jī)的作戰(zhàn)使用、維護(hù)訓(xùn)練必不可少，各系統(tǒng)備件的保障能力直接影響系統(tǒng)的使用壽命、維護(hù)成本和持續(xù)發(fā)揮戰(zhàn)斗效能。由于飛機(jī)各系統(tǒng)部件組成復(fù)雜、種類(lèi)繁多、數(shù)量大，因此，必須采用科學(xué)方法對(duì)各系統(tǒng)加以分析，確定系統(tǒng)備件需求量，進(jìn)而對(duì)備件品種、數(shù)量和保障率進(jìn)行評(píng)估。

1 機(jī)載備件品種和數(shù)量的確定

機(jī)載備件是飛機(jī)裝備實(shí)施維修的重要資源，是平時(shí)保障飛機(jī)裝備良好戰(zhàn)備狀態(tài)，戰(zhàn)時(shí)保持和恢復(fù)戰(zhàn)斗力的重要因素。準(zhǔn)確地確定機(jī)載備件的品種和數(shù)量是供應(yīng)保障的核心工作。

1.1 確定原則

在確定機(jī)載備件種類(lèi)和數(shù)量時(shí)，應(yīng)考慮如下原則：

1）要考慮平時(shí)和戰(zhàn)時(shí)的區(qū)別，戰(zhàn)時(shí)除了正常的消耗外，還要考慮戰(zhàn)損的影響。

2）備件的品種和數(shù)量要以達(dá)到戰(zhàn)備完好性要求為目標(biāo)，按戰(zhàn)備完好性要求來(lái)配置；

3）確定備件品種和數(shù)量時(shí)，應(yīng)考慮在達(dá)到戰(zhàn)備完好性要求的前提下，以費(fèi)用作為約束條件；

4）應(yīng)考慮初始備件與后續(xù)備件的區(qū)別，后續(xù)備件應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)使用數(shù)據(jù)，在初始備件的基礎(chǔ)上加以修正確定。

1.2 確定步驟

確定機(jī)載備件品種和數(shù)量具體的分析工作可分為以下五步：

1）根據(jù)使用與維修工作分析中記錄的維修工作與備品備件的關(guān)系，確定出備品備件的品種；

2）確定備品備件的屬性，區(qū)分備品備件為不可修件和可修件；

3）對(duì)于不可修件，確定出各維修級(jí)別上在備件保證期內(nèi)修復(fù)性維修和預(yù)防性修復(fù)所需備品備件的數(shù)量；

4）對(duì)可修件，根據(jù)各維修級(jí)別的修復(fù)率和周轉(zhuǎn)時(shí)間，確定出各維修級(jí)別上在備件保障期內(nèi)修復(fù)性維修和預(yù)防性維修所需備品備件的數(shù)量；

5）確定出裝備初始保障的初始備品備件的庫(kù)存建議。

1.3 備件分類(lèi)及其壽命分布

機(jī)載備件按壽命分布可分為指數(shù)壽命件或隨機(jī)失效件、正態(tài)和威布爾壽命件等形式。按結(jié)構(gòu)屬性可分為：電子備件，其壽命按指數(shù)分布；機(jī)械結(jié)構(gòu)備件，其壽命按正態(tài)分布，屬限壽件。機(jī)械結(jié)構(gòu)件按壽命長(zhǎng)短又可劃分為全壽件、單壽件、短壽件；其它備件，如橡塑件等，其壽命按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)給出，也可歸入限壽件。如表 1。

表1備件的壽命分布類(lèi)型及其壽命分布

1.4 確定方法

根據(jù)機(jī)載備件壽命分布不同采用不同的計(jì)算模型，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行計(jì)算，即可確定備件的需求數(shù)量。

1.4.1 指數(shù)壽命型備件計(jì)算模型

機(jī)載某項(xiàng)零部件所需備件數(shù)量可按式(1)確定，即：

式中：Q—裝備中某零部件所需備件數(shù)量;P—備件保障概率;N—某零部件在裝備中的單機(jī)用數(shù);λ—裝備中某零部件的失效率；t—周轉(zhuǎn)期內(nèi)累計(jì)工作時(shí)間。可按不同情況分別處理，例如：對(duì)不可修復(fù)件，t取初始保障期內(nèi)裝備或備件更新周期內(nèi)累計(jì)工作時(shí)數(shù)(h)；對(duì)可修復(fù)件又分為：基層級(jí)更換后送中繼級(jí)或基地級(jí)修復(fù)，此時(shí)取修理周轉(zhuǎn)期內(nèi)裝備累計(jì)工作時(shí)數(shù)(h)；或在基層級(jí)修復(fù)，此時(shí)應(yīng)滿(mǎn)足備件的平均故障間隔時(shí)間遠(yuǎn)大于該件的平均修復(fù)時(shí)間，t用平均修復(fù)時(shí)間代替修理周轉(zhuǎn)期內(nèi)裝備累計(jì)工作時(shí)間。

當(dāng)Nλt＞5時(shí)，可用正態(tài)分布近似計(jì)算，則備件需求量的計(jì)算式簡(jiǎn)化為：

up—正態(tài)分布分位數(shù)，可從GB4086.1中查出,P與up值的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表2。

表2與值的對(duì)應(yīng)關(guān)系

1.4.2 正態(tài)壽命型備件計(jì)算模型

已知正態(tài)壽命件均值為E，標(biāo)準(zhǔn)差為σ，更換周期為t,需備件時(shí)能得到備件概率P條件下，單項(xiàng)件備件需求量Q為：

由式(2)導(dǎo)出式(3)，按正態(tài)分布近似計(jì)算指數(shù)壽命件，將E=(1/Nλ)，σ2=1/(Nλ)2代入式(2)即可。

1.4.3 威布爾壽命型備件計(jì)算模型

已知該備件形狀、尺度、位置等參數(shù)分別為β、η、γ。壽命件更換周期為t，則在滿(mǎn)足備件保障概率P的條件下，備件需求量Q為：

式中：Q為所需備件數(shù);為正態(tài)分布分位數(shù)，可從統(tǒng)計(jì)分布數(shù)值表中查出;E為平均壽命，(設(shè)位置參數(shù)γ=0);是變異系數(shù)k=1，對(duì)指數(shù)分布，對(duì)威布爾分布，

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)求威布爾分布參數(shù)（β，η）的方法及Γ分布表見(jiàn)IEC61649-1997威布爾分布擬合優(yōu)度檢驗(yàn)及置信區(qū)間、置信下限。

1.4.4 不確定類(lèi)型機(jī)載備件數(shù)量計(jì)算

對(duì)于因不便于判斷而無(wú)法歸屬上面三種類(lèi)型的備件，其數(shù)量的確定可參考如下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。

1）對(duì)不可修復(fù)機(jī)載裝備初始備件的計(jì)算

機(jī)載裝備在確定的貯存期內(nèi)，其維修工作僅僅依靠現(xiàn)成的備件，備件數(shù)量的需要是以貯存期內(nèi)故障期望數(shù)的估計(jì)為基礎(chǔ)，并且在修理時(shí)需要的備件能夠獲得的概率不小于給定值p。

不考慮戰(zhàn)損條件的計(jì)算：?jiǎn)蝹€(gè)系統(tǒng)（或設(shè)備）的第i類(lèi)設(shè)備（或零部件）在Ti內(nèi)備件數(shù)量的上限為：

式中：Ti—第i類(lèi)設(shè)備的貯存期 （或計(jì)劃時(shí)效期）；Ni—第i類(lèi)設(shè)備在單個(gè)系統(tǒng)上的裝配數(shù)量；λi—第i類(lèi)設(shè)備的貯存（含檢測(cè)）失效率；Kp—備件獲得概率為p的正態(tài)分布分位點(diǎn)。

λi的計(jì)算，可根據(jù)相似機(jī)載裝備的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行估計(jì)，計(jì)算式為：

式中：T—累計(jì)貯存 （含檢測(cè)）時(shí)間；Z—失效次數(shù)；γ—置信度。

2）對(duì)可修機(jī)載裝備初始備件的計(jì)算

單個(gè)系統(tǒng)（或設(shè)備）的第i類(lèi)可修設(shè)備（或零部件）在Ti內(nèi)備件數(shù)量的上限為：

計(jì)算中需要確定的基本數(shù)據(jù)主要有貯存使用時(shí)間、一臺(tái)裝備上含有同類(lèi)零件的數(shù)量、備件修復(fù)率和失效率等。

對(duì)于不可修復(fù)件，一旦出現(xiàn)故障，就需要以新的備件更換該零部件，這也就意味著該零部件已經(jīng)完全報(bào)廢。而對(duì)于可修復(fù)件，由于故障的零部件還可以修復(fù)，修復(fù)后將歸入周轉(zhuǎn)備件繼續(xù)使用，所以對(duì)可修復(fù)件必需考慮其修復(fù)率[2]。

2 機(jī)載備件保障能力評(píng)估

對(duì)機(jī)載備件保障能力的評(píng)估可以分為從定性和定量?jī)蓚€(gè)方面進(jìn)行評(píng)估。

2.1 備件信息收集

對(duì)機(jī)載備件保障能力加以評(píng)價(jià)，需要收集的信息主要包括：收集統(tǒng)計(jì)使用、維修工作中裝備每一次需要備件和獲得備件的時(shí)間、地點(diǎn)、種類(lèi)和數(shù)量；了解每一次備件到位情況；計(jì)算各種備件的滿(mǎn)足率；了解不同的使用與維修任務(wù)、備件訂購(gòu)、運(yùn)輸、儲(chǔ)存等環(huán)境對(duì)備件保障的影響；現(xiàn)役類(lèi)似裝備供應(yīng)保障數(shù)據(jù)；供應(yīng)保障實(shí)際記錄及裝備使用與維修工作記錄；備件保障試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

2.2 定性評(píng)價(jià)

機(jī)載備件保障能力的定性評(píng)價(jià)內(nèi)容包括：

1）備件的質(zhì)量保證要求。包括功能、結(jié)構(gòu)、精度與原件一致性的要求等。

2）備件保障管理。裝備在維修時(shí)備件能否及時(shí)供應(yīng)，倉(cāng)庫(kù)備件的完好率是否滿(mǎn)足要求直接影響備件保障。

3）備件貯存環(huán)境條件。備件的貯存條件好則廢品率就低。

2.3 定量評(píng)估

定量評(píng)價(jià)通過(guò)下列公式計(jì)算獲得的備件保障數(shù)據(jù)信息如下：

1）備件品種滿(mǎn)足率A1

式中：M1—現(xiàn)有的備件品種；M—應(yīng)有的備件品種。

2）備件數(shù)量滿(mǎn)足率A2

式中：Q1—現(xiàn)有的備件數(shù)量；Q—應(yīng)有的備件數(shù)量。

3）備件保障率As。備件保障率（As）指在規(guī)定條件下，機(jī)載裝備在任一隨機(jī)時(shí)刻能得到所需備件的概率。

式中：TMUT為機(jī)載裝備平均可用時(shí)間；TS為備件平均供應(yīng)時(shí)間。

3 結(jié)語(yǔ)

依據(jù)不同種類(lèi)機(jī)載備件的壽命特性與需求量的關(guān)系，提出備件需求量的預(yù)測(cè)數(shù)學(xué)公式，求得備件的需求量，實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)各系統(tǒng)備件保障能力的評(píng)估。但是因數(shù)學(xué)公式模型抽象，眾多參數(shù)的確定取決于對(duì)實(shí)際數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)處理。因此，針對(duì)機(jī)載備件的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)仍然需要更加深入的研究。