軍事裝備可用性指標評估模型

劉建軍，朱元景

(陸軍軍官學院 研究生管理大隊，合肥 230031)

1 相關概念

1.1 裝備時間的分解

可用性首先涉及裝備的各時間區(qū)段到底是處于可用(或使用)還是不可用(不能用)狀態(tài)，因此，需要明確裝備配發(fā)部隊投入服役的持續(xù)期內(nèi)(稱在編時間)的時間劃分。裝備服役后總日歷時間的分布示意圖如圖1 所示。

裝備服役后總日歷時間包括預期總工作時間和停用時間。停用時間是指裝備處于較長時間的儲存(如戰(zhàn)備封存)、運輸及閑置。

預期總工作時間包括能工作時間和不能工作時間2 部分。能工作時間又由實際的工作時間(TO)和待命時間(TS)組成。待命時間是裝備處于能工作而不工作的待命狀態(tài)，一般是指裝備進行暫短的出動前的檢查與準備和檢查與準備完畢人員上機等待出動命令的時間(如部隊現(xiàn)行的一等戰(zhàn)備狀態(tài))。

不能工作時間包括總維修時間(TMT)和總延誤時間(TALD)。其中，總維修時間包含修復性維修總時間(TCM)與預防性維修總時間(TPM);總延誤時間包含管理延誤時間(TAD)與保障延誤時間(TLD)。

管理延誤時間是指因行政管理上的原因(如非裝備保障的行政事務、指揮調度不當?shù)?所延誤的時間。保障延誤時間是指因等待備件、維修人員及運輸?shù)人诱`的時間。

將預期能工作的時間分解為各時間要素的裝備時間要素圖，如圖2 所示。圖2 中列出了預防性維修和修復性維修2 個維修周期的時間分解要素。預防性維修周期包括準備時間、檢查時間、維護時間與校驗時間。修復性維修時間包括維修準備，故障隔離與定位，原件修理或卸下故障項目用備件更換，結合(裝配)，規(guī)整、調整或校準，檢驗。

1.2 可用性定義

可用性是產(chǎn)品在任一隨機時刻需要和開始執(zhí)行任務時，處于可工作或可使用狀態(tài)的程度?？捎眯缘母怕识攘糠Q可用度，記為A。若:

則產(chǎn)品在時刻t 的可用度:

A(t)為瞬時可用度，它只涉及t 時刻產(chǎn)品是否可用，而與t 時刻以前產(chǎn)品是否發(fā)生故障或是否經(jīng)過修復無關。產(chǎn)品在時刻t 的可靠性維修性高，即少出故障，出了故障用很少的保障資源很快就修復，則可用度就高。因此，可用度是可靠性、維修性的綜合反映，是保障性的綜合參數(shù)。

圖1 裝備服役期后總日歷時間的分布示意圖

圖2 裝備時間要素圖

對于長期連續(xù)工作的產(chǎn)品，瞬時可用度不便于反映其可用特性，需要用平均可用度或穩(wěn)態(tài)可用度來加以衡量。產(chǎn)品在一段確定時間[0，t] 內(nèi)的可用度平均值，稱平均可用度，即:

統(tǒng)計N 次故障前可用(能工作)時間tUi和故障后因處于修理等原因而不可用(不能工作)時間tDi，當N→∞時，也可求得穩(wěn)態(tài)可用度為

在實際使用中穩(wěn)態(tài)可用度應為某一給定時間區(qū)段內(nèi)可用時間TU與可用時間TU加不可用時間TD的總和之比，即:

連續(xù)工作的可修系統(tǒng)的平均可用時間TU和平均不可用時間

用平均時間表示的可用度為

2 可用度評估

由于在實際上很難求得產(chǎn)品的可工作時間密度函數(shù)u(t)和不可用工作時間密度函數(shù)d(t)，因此，在工程實踐中，常用下列3 種不同的穩(wěn)態(tài)可用度。

2.1 固有可用度Ai

固有可用度Ai是僅與工作時間和修復性維修時間有關的一種可用性參數(shù)。此時，系統(tǒng)的平均不可用時間只決定于修復性時間，其可(能)工作時間密度函數(shù)即為失效(故障)密度函數(shù)f(t)。不可(能)工作時間密度函數(shù)即為維修密度函數(shù)m(t)，由式(1)、式(2)可得:

則固有可用度

式(3)中:TBF為平均故障間隔時間(MTBF)為平均修復時間(MTTR)。

固有可用度沒有考慮預防性維修和管理及保障延誤對可用性的影響，而僅取決于產(chǎn)品的固有可靠性與維修性，它易于側量、評估，在設計初期或訂合同時采用。

例:現(xiàn)有一處于研制早期階段的坦克火控系統(tǒng)，要求其固有可用度為0.92，試初步分析該要求對可靠性和維修性的影響

解:由Ai的定義與要求，應滿足:

可以得出:

或

該系統(tǒng)的可靠性與維修性應滿足上列約束條件。這個約束條件用圖形表示，如圖3 所示，圖中直線的斜率為0.09。

圖3 示例圖

2.2 可達可用度Aa

可達可用度Aa是僅與工作時間、修復性維修和預防性維修時間有關的一種可用性參數(shù)。Aa的表達式為

式(4)中:TBM為平均維修間隔時間為平均維修時間。

可達可用度不僅與產(chǎn)品的固有可靠性和維修性有關，還與預防性維修有關，僅僅沒有考慮管理及保障延誤的影響，是裝備所能達到的最高可用度。可見它主要反映裝備硬件、軟件的屬性，要比固有可用度更接近實際，在研制早期時采用。在保障性管理中，進行以可靠性為中心的維修(RCM)分析，運用邏輯判斷方法，制定出合適的預防性維修大綱，合理地確定預防性維修的工作類型和頻率，可以使可達可用度Aa得到提高。

2.3 使用可用度AO

使用可用度AO是與能工作時間和不能工作時間有關的一種可用性參數(shù)。根據(jù)上述定義，考慮圖1 中預期總工作時間中所有的時間區(qū)段因素，列出使用可用度AO的通用表達式為

式(5)中:TO為工作時間;TS為待命時間(能工作而未工作時間);TPM為預防性(計劃性)維修總時間;TCM為修復性(非計劃性)維修總時間;TALD為因等待備件、維修人員及運輸?shù)裙芾砗捅Ｕ涎诱`時間。

例:某裝備預定利用率為每年5 000 h，平均修復時間(MTTR)為30 min，平均非計劃性維修活動間隔時間(MTBUMA)為50 h，每工作1000 h 需要10 h 預防性維修，每次非計劃性維修活動伴生的平均管理和保障延誤時間約為20 h，每年約有12 d 因轉移陣地而停用。試計算該裝備的使用可用度AO。

解:預期總工作時間:

工作時間:

非計劃性維修總時間:

計劃性維修總時間:

管理和保障延誤時間:

備用時間:

使用可用度:

該裝備的使用可用度AO為0.752。

使用AO通用表達式計算時應注意:

1)根據(jù)裝備的工作方式(如連續(xù)工作、間斷工作)和使用要求及特點，具體判定每個時間段是屬于能工作或不能工作的時間，如有的裝備某些預防性維修工作類型如出動前的檢查和一般性的保養(yǎng)等時間是屬于能工作時間，又如艦船出航后的預防性維修時間一般是歸入能工作時間;

2)在待命時間里裝備屬于能工作而不工作的狀態(tài)，一般是指裝備出動前的檢查與準備完畢人員上機等待出動命令狀態(tài)，如部隊現(xiàn)行的一等戰(zhàn)備狀態(tài);

3)表達式中的參量的時間區(qū)段可按一年日歷時間計算，也可以另規(guī)定時間區(qū)段，如以裝備的一個大修或翻修期為時間區(qū)段，但必須使指標的規(guī)定與評估的要求相一致，并且某個參量要有明確的定義與統(tǒng)計方法。

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