基于整機輪換修理的艦船備件需求預測方法*

邵松世 胡光振 張青煜

（1.海軍工程大學艦船與海洋學院 武漢 430033）（2.東部戰區海軍保障部 寧波 315122）

1 引言

艦船備件作為有效實施艦船維修保障活動的重要物質基礎，準確預測備件需求是實現艦船備件精確化保障的關鍵。影響備件需求準確預測的因素不僅包括備件保障要求的合理確定、備件可靠性指標的準確掌握等因素，還與裝備維修方式與實施時機等因素密切相關［1～2］。因此，艦船裝備的備件需求預測建立需要充分考慮艦船裝備維修的影響［3～5］。

裝備整機大部件輪換修理是減少艦船裝備維修時間、有效提高艦船在航率的重要維修措施。對于執行戰備任務的艦船裝備而言，實施整機大部件輪換修理可以確保艦船裝備在執行任務前處于良好技術狀態；同時考慮到艦船通過裝備的數量冗余或功能冗余等設計，允許艦船在海上執行任務期間部分裝備發生故障而不影響遂行任務，即裝備故障不影響任務成功時將采取海上暫不修理而在靠岸后通過整機大部件輪換的模式，實現艦船裝備技術狀態的快速恢復。由此可見，裝備的整機大部件輪換修理模式實際上是一種新型的事后維修與任務后檢修相結合維修模式［6～8］，不僅可以充分有效提升艦船在航率，而且還可以有效減輕艦員維修負擔，已成為艦船裝備重要的維修保障模式。

裝備的整機大部件輪換修理模式直接影響到艦船備件的需求時機與數量［9～11］。因此，本文首先分析整機大部件輪換修理模式下的備件需求特點，研究了基于維修驅動的艦船備件需求模型，分析新維修模式下的艦船備件保障效益。

2 整機大部件輪換修理模式下的備件需求特點

備件是為裝備維修服務的。備件的儲備必須適應艦船維修活動對備件的需求。應對艦船維修方式，艦船裝備維修保障備件需求具有以下特點。

1）艦船備件保障以滿足裝備維修、提高艦船任務成功為首要目標。艦船裝備維修方式的不斷改革，其根本目的是提高艦船任務成功性。備件作為裝備維修保障的物質基礎，必須以滿足裝備維修保障活動為目標。因此，備件需求時機與品種數量都應與艦船裝備的維修方式相適應，而不是與裝備故障時刻完全對應，亦即艦船裝備備件需求時刻實際上是裝備故障維修時刻。由于整機大部件輪換修理模式實際上是一種導致影響任務的海上搶修與靠岸集中檢修相結合的維修模式，因此，裝備整機大部件輪換修理模式下的備件需求與裝備故障是分離的。

2）整機大部件輪換修理模式下的艦船備件需求時機相對集中。受維修方式的影響，備件需求時機常常是整機大部件岸基修復等固定的維修時刻。因此，艦船在航備件需求主要在岸基集中維修活動與海上現場維修活動實施期間發生。由于整機大部件輪換修理模式實際上通過整機大部件輪換方式，將裝備修理活動更加集中于岸基，因此，其備件需求更多地集中于整機大部件的靠岸修理。相對而言，GJB4355-2002［12］推薦備件需求預測模型均假定了備件需求時刻與裝備故障時刻相同，因此GJB4355-2002推薦的方法并不適應新模式下的艦船備件需求預測。

3）艦船備件配置應考慮保障對象的關聯關系。隨著裝備標準化、通用化、系列化程度越來越高，裝備所屬部件/備件的通用化程度也越來越高，表現為：裝備所屬單元/部件的裝機數量較大，不同型號裝備的備件相互通用。備件的通用性實際上要求在開展備件配置時應考慮保障對象的關聯關系。通過調研發現，多裝機數的單元（部件）在艦船裝備備件中占比較高。如某艦船專業器材共計包含4905項，器材裝機數情況如表1所示。

表1 某艦船專業器材裝機量分布情況統計表

從表1統計結果可以發現：在全部4905項器材中，裝機數大于1的共計3198項，占比65.2%，這些器材所對應的裝備單元/部件大多數以并聯或混聯的形式共同完成規定的功能。因此，這些裝備所屬單元/部件實際上是一種關系。從備件需求預測角度來看，必須充分考慮裝備所屬單元/部件這種冗余關系對備件配置的影響，以便更加精準地預測備件需求量。

3 基本假設

假設1：在艦船執行任務前，通過整機大部件輪換修理，艦船裝備均處于良好的技術狀態。

假設2：在艦船任務期間，當正常部件故障個數不小于k，即不影響系統工作時，不進行海上搶修維修，而是待換修時將整機大部件在岸基進行集中維修，恢復其技術狀態。

假設3；當正常部件個數小于k時，立即對所有故障件采取換件修理。

4 基于整機大部件輪換修理模式下的艦船備件保障概率模型

由文獻［5］，在一個海上任務周期[0,T0]內，當所有部件獨立工作，且壽命均服從指數分布E(λ)時，系統的備件需求量N的概率分布為

式（5）實際上是在裝備相關部件發生故障時，通過其冗余功能而可以不進行海上搶修的概率。因此，將該概率PV成為不動用隨艦備件概率。顯然不動用隨艦備件概率PV越大，表示海上搶修任務越少，越適合整機大部件輪換修理模式的實施。

5 備件需求規律的數值分析

由第2節可知，裝機數大于1的部件大量存在于艦船裝備中。以裝機數為4的某型部件為例，在該部件有兩個正常的情況下即可保持設備正常工作，因此這4個部件實際上構成了關系。若該部件的故障率λ=0.0002，任務周期長度T0=2000小時，則計算得到該部件在關系下的備件需求分布見表2所示，分布特征如表3所示。

為了研究本節提出的備件需求預測方法與GJB4355-2002的差別，根據GJB4355-2002建議方法計算這4個部件的備件需求分布及其數值特征，按照標準規定的配置方法，這4個備件任意一個發生故障后都需進行維修。由此得到該部件的需求分布見表2所示，其數值特征見表3。

表2 備件需求分布（k=2，n=4，λ=0.0002，T0=2000）

表3 備件需求分布特征（k=2，n=4，λ=0.0002，T0=2000）

圖1 (G)關系下和GJB4355-2002模型在一個周期內n-k+1+j個單元發生故障示意圖

特別地，在整機大部件輪換修理模式下，該系統不動用隨艦備件概率為PV=P(N≤2)=0.8921，而在GJB4355-2002所規定的模式下，該系統動用隨艦備件的概率僅為PV=P(N≤0)=0.2019。

從計算結果可以得到如下結論：

1）基于(G)關系下的備件需求分布是在考慮新的整機大部件輪換修理模式下給出的，是裝備維修備件消耗的真實反映。從圖1可以看出，在一個任務期間內，當該部件故障次數不超過2，即不需要對該部件進行海上換件維修的概率很高，其概率達到89.21%。這一計算結果某種程度上也解釋了當前維修模式下艦船隨艦備件利用率低下的產生原因，說明許多情況下海上維修活動并不需要該備件。相對應地，利用GJB4355-2002計算得到的海上維修活動不需要這種備件的概率結果只有20.19%。由此可見，艦船任務期的備件需求必須充分考慮其維修方式的影響。

6 結語

當前，艦船海上期間的裝備維修保障越來越表現為岸基集中修理與海上事后修理相結合的特點，并且尤其重視岸基集中修理的作用。本文針對這一維修模式特點，建立了整機大部件輪換修理模式下的艦船備件保障概率模型，分析了常見(G)系統在一個任務期內的備件需求規律，結果表明新維修模式有利于減少隨艦備件攜帶量，提高備件利用率。