基于RCM的某類多型導(dǎo)彈電子設(shè)備維修決策

王　朕，秦　亮

（海軍航空工程學(xué)院控制工程系，山東煙臺264001）

基于RCM的某類多型導(dǎo)彈電子設(shè)備維修決策

王朕，秦亮

（海軍航空工程學(xué)院控制工程系，山東煙臺264001）

針對應(yīng)用傳統(tǒng)維修策略維修某類多型導(dǎo)彈電子設(shè)備的費時費力、代價高、效果差等缺點，分析了該類導(dǎo)彈電子設(shè)備的特點及故障規(guī)律，介紹了以可靠性為中心的維修（Reliability Centered Maintenance，RCM）分析過程和實施步驟，以該類中某型防空導(dǎo)彈測控機柜為對象開展基于RCM的預(yù)防性維修，并取得了較好的效果，其方法步驟對其他導(dǎo)彈電子設(shè)備的預(yù)防性維修具有很好的借鑒意義。

電子設(shè)備；故障規(guī)律；RCM；預(yù)防維修

軍事裝備是軍隊?wèi)?zhàn)斗力的重要組成部分，裝備維修是保持、恢復(fù)乃至提高戰(zhàn)斗力的重要因素。隨著作訓(xùn)強度的增加、裝備運用時間的增長，武器裝備會逐漸進入故障高發(fā)期，傳統(tǒng)的“隨壞隨修”和“定時維修”策略已不能滿足裝備的作戰(zhàn)訓(xùn)練需求。近年來，基于可靠性的維修、基于狀態(tài)的維修等新型預(yù)防性維修策略在軍事裝備維修中應(yīng)運而生，實踐也證明了預(yù)防性維修的有效性。以可靠性為中心的維修是以故障模式和故障影響分析為基礎(chǔ)，以維修工作的適用性、有效性和經(jīng)濟性為決斷準則，通過邏輯決斷分析來確定設(shè)備的各種部件是否需要進行預(yù)防性維修工作，并確定工作類型、間隔期和維修級別。本文從基于可靠性的角度探討對某類多型導(dǎo)彈電子設(shè)備開展預(yù)防性維修的策略及實施步驟。

1　RCM的發(fā)展及某型導(dǎo)彈電子設(shè)備特點

1.1RCM的發(fā)展

20世紀70年代中葉以來，軍用電子設(shè)備的復(fù)雜化、自動化、大型化及信息化導(dǎo)致傳統(tǒng)的“隨壞隨修”和“定期維修”在設(shè)備故障后果及經(jīng)濟影響后果上越來越不可接受。從20世紀60年代起，許多國家，特別是美國民航界運用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，對飛機維修的基本規(guī)律進行了研究，逐漸形成了以可靠性為中心的維修理論。20世紀70年代后期，美國聯(lián)合航空公司通過對可靠性與拆修間隔期之間的關(guān)系研究發(fā)現(xiàn)，89%的設(shè)備故障根本不需要做定時拆修，從而嚴重動搖了傳統(tǒng)維修思想的基礎(chǔ)。1978年，美國聯(lián)合航空公司諾蘭等發(fā)表了專著《以可靠性為中心的維修》，標志著建立在邏輯決斷分析基礎(chǔ)上的以可靠性為中心的維修更加理論化和系統(tǒng)化。20世紀80和90年代，RCM（Reliability Centered Maintenance）理論在實踐上趨于成熟和完善。如今，國外典型的RCM邏輯決斷圖有4種：諾蘭的RCM、MSG-3、RCMⅡ和美國海軍的MILSTD-2173（AS），它們基本原理類似，但又各具特色，適用于不同的領(lǐng)域[1]。我軍20世紀70年代后期引進以可靠性為中心的維修，1992年發(fā)布了GJB 1378《裝備預(yù)防性維修大綱的制定要求與方法》，標志著RCM正式成為我軍裝備維修的重要理論之一[2-4]。

1.2某類多型導(dǎo)彈電子設(shè)備特點

該類導(dǎo)彈設(shè)備設(shè)計生產(chǎn)于20世紀70年代，受當(dāng)時機械和電子器件制造工藝等條件所限，該類設(shè)備的特點：①電子設(shè)備體積普遍較大；②電子設(shè)備中的板卡以分立元件居多；③單個板卡的功能比較單一；④專用板卡較多，通用板卡較少；⑤系統(tǒng)集成技術(shù)較強。隨著這些裝備逐漸進入故障高發(fā)期或服役末期，在選擇合適的維修方式進行維修時，就須要綜合考慮作戰(zhàn)效力、維修效果和經(jīng)濟代價等各種因素。

2　電子設(shè)備故障規(guī)律分析

2.1電子設(shè)備故障模式分布

1）正態(tài)分布[5-6]。正態(tài)分布稱高斯分布，主要用于因磨損、老化、腐蝕而出現(xiàn)故障的設(shè)備故障統(tǒng)計分析。

電子設(shè)備故障概率密度函數(shù)為

式（1）中：σ為標準偏差；μ為均值或中位數(shù)。累積故障分布函數(shù)為

故障率函數(shù)為

2）威布爾分布[5-6]。通常電子設(shè)備中的繼電器、斷路器、開關(guān)、磁控管等元器件的故障服從威布爾分布。

故障密度函數(shù)為

累積故障分布函數(shù)為

故障率函數(shù)為

式（4）～（6）中：m為形狀函數(shù)，用來表征分布曲線的形狀；γ為位置函數(shù)，用來表征分布曲線的起始位置；t0為尺度參數(shù)，用來表征坐標的尺度。

3）指數(shù)分布[5-6]。指數(shù)分布是威布爾分布的特例，此時故障率函數(shù)為常數(shù)。在電子設(shè)備中，電路的短路、開路、機械結(jié)構(gòu)的損傷所造成的故障都服從指數(shù)分布。

其故障率函數(shù)、累積故障分布函數(shù)和可靠度函數(shù)分別為：

2.2某類多型導(dǎo)彈電子設(shè)備故障規(guī)律分析

通過對狀態(tài)統(tǒng)計數(shù)據(jù)及維修經(jīng)驗的分析總結(jié)，該類電子設(shè)備故障規(guī)律基本符合電子設(shè)備最經(jīng)典的浴盆曲線故障規(guī)律，分為早期故障期、偶然故障期和損耗故障期。

通常，浴盆曲線不能用準確的函數(shù)關(guān)系表達，但在不同階段，可用適當(dāng)?shù)睦碚摲植己瘮?shù)近似表達。通過數(shù)據(jù)分析及故障建模，可用形狀參數(shù)m≤1的威布爾分布來描述早期故障期設(shè)備故障；可用指數(shù)分布來描述偶然故障期設(shè)備故障；可用正態(tài)分布來描述損耗故障期設(shè)備故障。浴盆曲線的數(shù)學(xué)模型見式（10），示意圖見圖1。

式（10）中：λ(t)是設(shè)備總故障率；λ1(t)為早期故障率；λ2(t)為偶然期故障率；λ3(t)為耗損期故障率。

圖1　浴盆曲線組成Fig.1 Bath curve composing

浴盆曲線是3種故障率的綜合。通常，在設(shè)備早期故障期，λ3(t)較小可以忽略；在設(shè)備偶然故障期，λ1(t)和λ3(t)都較小、且變化趨勢相反，可以忽略；在設(shè)備耗損故障期，λ1(t)對設(shè)備故障率沒有較大意義，故可忽略。目前，某型導(dǎo)彈電子設(shè)備已經(jīng)接近使用壽命的末期、處于耗損故障期，設(shè)備故障率隨時間遞增，可用λ(t)=λ2(t)+λ3(t)來描述其故障率，在開展基于RCM的維修時，可參考該數(shù)學(xué)模型。

3　RCM的分析過程及步驟

3.1RCM的分析過程

RCM的分析過程主要關(guān)心以下問題[7]：①在現(xiàn)行環(huán)境下，設(shè)備的功能及性能標準；②什么情況下設(shè)備無法實現(xiàn)其功能（即功能故障）；③引起各故障的原因（故障模式和原因）；④故障發(fā)生時出現(xiàn)的影響；⑤什么情況下各故障至關(guān)重要（故障后果）；⑥預(yù)防性維修工作是什么；⑦找不到核實的預(yù)防工作時的應(yīng)急措施。

3.2RCM分析的步驟

1）確定重要功能產(chǎn)品。對于復(fù)雜、大型設(shè)備而言，其零部件數(shù)量很大，如果都要進行詳細的以可靠性為中心的維修分析，工作量太大，也無此必要。實際上，很多產(chǎn)品的故障，對裝備的使用來說其后果是可以容忍的，即不會帶來嚴重影響，這類產(chǎn)品可以不做預(yù)防性維修。確定重要功能產(chǎn)品，就是對裝備中的產(chǎn)品進行初步篩選，提出明顯不需要作預(yù)防性維修工作的產(chǎn)品。

2）進行故障模式和影響分析（FMEA）。RCM的第二步，就是對選定的重要功能產(chǎn)品進行故障模式及影響分析，確定其所有的功能故障、故障模式、故障原因和故障等級[8-9]，為下一步維修工作邏輯決斷分析提供所需信息。

3）進行邏輯決斷分析，確定維修類型。重要功能產(chǎn)品的邏輯決斷分析是以可靠性為中心的維修分析的核心，通常應(yīng)用邏輯決斷圖確定對各重要功能產(chǎn)品須要做的預(yù)防性維修或其他處置，邏輯決斷圖如圖2所示。

圖2　RCM的邏輯決斷圖Fig.2 Graph of RCM logic decision

圖2中，第1層是確定重要產(chǎn)品的故障影響。根據(jù)故障模式和影響分析，將功能故障劃分為明顯的安全性、任務(wù)性、經(jīng)濟性影響和隱蔽的安全性、任務(wù)性、經(jīng)濟性影響。其中，問題2提到的對使用安全的直接有害影響是指某故障或它引起的二次損傷直接導(dǎo)致危害安全的事故發(fā)生，而不是與其他故障的結(jié)合才會導(dǎo)致危害安全的事故發(fā)生；第2層考慮功能故障的原因，選擇每個重要功能產(chǎn)品預(yù)防性維修工作類型。對明顯功能故障的產(chǎn)品，可選擇的維修類型包括保養(yǎng)、操作人員監(jiān)控、功能檢測、定時拆修、定時報廢和綜合工作；對隱蔽功能故障的產(chǎn)品，可選擇的維修類型包括保養(yǎng)、使用檢查、功能檢測、定時拆修、定時報廢和綜合工作。

如果因為信息不足或其他原因?qū)е虏荒艽_定維修類型，則設(shè)定暫定措施，保證裝備使用的安全性和任務(wù)能力。

4）進行統(tǒng)計分析，確定預(yù)防性維修的間隔期。預(yù)防性維修間隔期的確定比較復(fù)雜，一般根據(jù)類似產(chǎn)品以往的經(jīng)驗、承制方對新產(chǎn)品維修間隔期的建議、統(tǒng)計分析建模和有經(jīng)驗的工程人員的判斷進行確定。對單個板卡或模塊，可按照單個最優(yōu)策略確定其預(yù)防性維修間隔期；如果是復(fù)雜裝備或成套裝備，則應(yīng)采用組合維修或機會維修方式，使總體的工作效果最優(yōu)，并盡量把維修工作對裝備影響相同的間隔安排在一起[10-11]。通常，對隱蔽性故障，要確定使用檢查間隔期；對產(chǎn)生安全性影響或裝備任務(wù)性影響的故障，要確定檢測間隔期；對有明顯耗損期的重要產(chǎn)品，要確定定時拆修與定時報廢間隔期。

4　應(yīng)用實例

本文用RCM理論對該類導(dǎo)彈中的某型防空導(dǎo)彈測控機柜部分進行分析，并得出了該機柜合理的預(yù)防性維修大綱，在實際維修中取得了較好效果。

4.1確定重要功能產(chǎn)品

該機柜在主要完成測試指令或測試數(shù)據(jù)的傳輸及轉(zhuǎn)換、高頻信號源的產(chǎn)生及各功能模塊的多路供電功能，產(chǎn)品的功能樹如圖3所示[12]。通過對測控機柜長期狀態(tài)監(jiān)控數(shù)據(jù)、電子器件故障規(guī)律及實際維修記錄分析表明，高頻信號源模塊、電壓/時間和電壓/頻率轉(zhuǎn)換模塊、多路信號開關(guān)轉(zhuǎn)換模塊、串行碼形成模塊一般不會發(fā)生故障，故不對其作RCM分析，只對其他模塊進行分析。

圖3　某型防空導(dǎo)彈測控機柜產(chǎn)品“功能樹”Fig.3“Function tree”of certain defence air-raid missile testing equipment

4.2FMEA分析

圖3中的電源模塊、繼電器指令形成模塊和多路信號開關(guān)轉(zhuǎn)換模塊主要有電阻、電容、電感、繼電器、數(shù)字芯片等器件組成，其故障主要由器件老化、短路、開路等原因引起，符合2.2中的故障規(guī)律分布。針對這些故障特點進行FMEA分析記錄并將結(jié)果填入FMEA分析記錄表，見表1。

表1　故障模式和故障影響分析記錄表Tab.1 Analysis record sheet of fault mode and fault effects

4.3邏輯決斷分析

測控機柜的重要功能產(chǎn)品的故障模式與故障原因一旦確定，就要對每個故障原因按圖2所示的邏輯決斷圖進行分析決斷，產(chǎn)生的故障影響主要有安全性、任務(wù)性和經(jīng)濟性影響。由于重要產(chǎn)品的故障主要有元器件老化、開路、短路等原因引起，此類故障不會產(chǎn)生重大經(jīng)濟影響，因此，只分析安全性和任務(wù)性影響。

測控機柜的RCM分析記錄如表2所示。

4.4根據(jù)邏輯決斷表制定預(yù)防性維修大綱

測控機柜的預(yù)防性維修大綱是規(guī)定測控機柜預(yù)防性維修需求的匯總文件，制定預(yù)防性維修大綱要根據(jù)RCM邏輯決斷表來完成，預(yù)防性維修大綱包括產(chǎn)品項目、實施維修工作的類型、方式、維修間隔期、維修級別。為提高維修工作效率，還需要把維修時間間隔各不相同、工作類型相同的維修工作組合在一起，從而形成預(yù)防性維修大綱。

測控機柜的RCM維修大綱如表3所示。

表2　測控機柜的RCM分析記錄表Tab.2 RCM analysis record sheet of testing equipment

表3　測控機柜的RCM維修大綱Tab.3 RCM maintenance conspectus of testing equipment

5　結(jié)束語

RCM分析法是一種邏輯性非常強的裝備管理模式方法，簡單實用、易于操作，依據(jù)RCM邏輯決斷制定的預(yù)防性維修策略能顯著減少裝備維修中普遍存在的維修過剩、耗時過長、經(jīng)費過多、效率地下、資源浪費等問題。由于某類導(dǎo)彈電子設(shè)備型號種類多、單套數(shù)量少、備品備件少，傳統(tǒng)維修方式費時費力且不能保障裝備的完好率。本文在分析該類導(dǎo)彈電子設(shè)備故障規(guī)律特點的基礎(chǔ)上，應(yīng)用RCM理論對該類中某型導(dǎo)彈測控機柜開展預(yù)防性維修，在實際應(yīng)用中取得良好成效，有力保證了該型裝備戰(zhàn)斗力的發(fā)揮，其方法也可推廣至其他電子裝備。

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Maintenance Decision of Certain Kind Polytypes of Missile Electronic Equipment Based on RCM

WANG Zhen,QIN Liang
（Department of Control Engineering,NAAU,Yantai Shandong 264001,China）

The traditional maintenance decision applied certain kind polytypes of missile electronic equipment has disad?vantages of undesirable effects,large cost,consuming time,etc.The characteristics and failure laws of the missile electron?ics were analyzed in this paper,the analyzing and applying procedurals of RCM was introduced.Then preventive mainte?nance based on RCM was applied to the testing device of one missile electronic equipment,the effects of preventive main?tenance was successful,and the method and procedural was worthwhile for other electronic equipments applied preventive maintenance.

electronics equipment;failure law;RCM;preventive maintenance

TJ760.7

A

1673-1522（2016）01-0069-06

10.7682/j.issn.1673-1522.2016.01.013

2015-10-09；

2015-12-21

王朕（1979-），男，講師，碩士。