基于ASENT的設(shè)備維修性分析與預(yù)計(jì)*

白永生 胡起偉 白 文

(1.軍械工程學(xué)院六系 石家莊 050003)(2.63871部隊(duì) 華陰 714200)

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基于ASENT的設(shè)備維修性分析與預(yù)計(jì)*

白永生1胡起偉1白 文2

(1.軍械工程學(xué)院六系 石家莊 050003)(2.63871部隊(duì) 華陰 714200)

當(dāng)前設(shè)備對(duì)維修性的要求越來(lái)越高,維修性水平的高低已成為影響綜合保障的關(guān)鍵問(wèn)題之一。論文簡(jiǎn)要闡述了維修性的概念與相關(guān)技術(shù),然后結(jié)合美國(guó)Raytheon(雷神)公司開發(fā)的ASENT軟件,介紹了維修性分析與預(yù)計(jì)的基本過(guò)程與步驟,并以某設(shè)備為研究對(duì)象對(duì)其實(shí)施了維修性預(yù)計(jì),給出了分析報(bào)告的主要輸出種類與形式。

ASENT; 維修性; 預(yù)計(jì)

Class Number TP391

1 引言

第二次世界大戰(zhàn)以來(lái),歐美各發(fā)達(dá)國(guó)家普遍開始重視設(shè)備(裝備)的通用質(zhì)量問(wèn)題,把提高設(shè)備的可靠性與維修性作為重點(diǎn)研究問(wèn)題之一[1]。如,美空軍就曾在《可靠性與維修性2000》規(guī)劃中提出了“可靠性加倍,維修減半”的目標(biāo)[2]。隨著我國(guó)綜合國(guó)力的不斷提高,對(duì)于設(shè)備(裝備)的維修性要求也越來(lái)越高,如何促進(jìn)裝備維修性水平的提高,以最少的費(fèi)用獲得所需的維修能力成為亟需深入研究和探討的重要問(wèn)題。

作為國(guó)際軍工巨頭,美國(guó)Raytheon(雷神)公司專門設(shè)計(jì)開發(fā)了一款用于設(shè)備(裝備)設(shè)計(jì)分析的軟件——ASENT,可實(shí)現(xiàn)可靠性、維修性、測(cè)試性和保障性四性協(xié)同設(shè)計(jì),并能方便簡(jiǎn)易地進(jìn)行維修性分析與預(yù)計(jì)。該軟件經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展,已在英、美、瑞士、加拿大等世界各國(guó)的軍用和民用工業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。

因此,本文將首先闡述維修性的概念與相關(guān)技術(shù),然后結(jié)合美國(guó)Raytheon(雷神)公司開發(fā)的ASENT軟件,以某設(shè)備為研究對(duì)象介紹進(jìn)行維修性分析與預(yù)計(jì)的基本過(guò)程與步驟,并給出相關(guān)輸出報(bào)告的主要種類與形式。

2 維修性及其預(yù)計(jì)

維修性的概念最早出現(xiàn)于美國(guó)等西方工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家,當(dāng)時(shí)的研究目的是出于軍方對(duì)于提高武器裝備維修保障水平的需要。到20世紀(jì)50年代后期,美國(guó)羅姆航空發(fā)展中心及航空醫(yī)學(xué)研究所等部門在進(jìn)行設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí),定性地提出了設(shè)置維修檢查窗口、測(cè)試點(diǎn)等措施,從某種程度上改善了維修問(wèn)題,產(chǎn)生了維修性概念的萌芽[3]。

2.1 維修性

根據(jù)定義,維修性(maintainability)是指當(dāng)維修由具有規(guī)定的技術(shù)水平的人員,使用規(guī)定的程序和資源,并在每一規(guī)定的維修和修理級(jí)別上進(jìn)行維修時(shí),產(chǎn)品保持在或恢復(fù)到規(guī)定狀態(tài),所需時(shí)間和資源以及維修的相對(duì)難易和經(jīng)濟(jì)程度[4]。

可以看出,維修性指產(chǎn)品維修的難易程度,是產(chǎn)品的質(zhì)量特性,即由產(chǎn)品設(shè)計(jì)賦予的使其維修簡(jiǎn)便、迅速和經(jīng)濟(jì)的固有特性。改善維修性可以縮短維修停機(jī)時(shí)間,提高故障診斷能力,提高系統(tǒng)的可用性,進(jìn)而提高系統(tǒng)效能及任務(wù)成功率。

我國(guó)開展維修性工作起步較晚。直到20世紀(jì)80年代,人們逐漸認(rèn)識(shí)到,隨著設(shè)備(裝備)的日益復(fù)雜化,提高可靠性、維修性、保障性及降低壽命周期費(fèi)用已成為非常迫切的要求;觀念和認(rèn)識(shí)的轉(zhuǎn)變推動(dòng)了近年來(lái)我國(guó)可靠性、維修性工程的迅速發(fā)展[5]。

2.2 維修性預(yù)計(jì)

要使設(shè)備(裝備)具有良好的維修性,需要從論證開始,進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)、評(píng)價(jià)等各種工程活動(dòng)。其中,維修性預(yù)計(jì)是設(shè)備(裝備)的重要維修性活動(dòng)之一,即根據(jù)歷史經(jīng)驗(yàn)和類似產(chǎn)品的數(shù)據(jù)等估計(jì)、測(cè)算新產(chǎn)品在給定工作條件下的維修性參數(shù),以便了解設(shè)計(jì)滿足維修性要求的程度。

2.2.1 維修性預(yù)計(jì)的基本流程

進(jìn)行維修性預(yù)計(jì)時(shí),結(jié)合本文主要研究的ASENT軟件,確定了其主要流程與步驟如圖1所示。

1) 建立預(yù)案,確定設(shè)備(裝備)的維修策略。因?yàn)閷?duì)一個(gè)產(chǎn)品來(lái)說(shuō),可以存在多個(gè)維修策略,通過(guò)對(duì)不同維修策略下的維修性參數(shù)預(yù)計(jì)值進(jìn)行比較,可以對(duì)維修策略的效果、所需時(shí)間等進(jìn)行定量比較。

2) 定義維修結(jié)構(gòu)樹。不同的維修策略下,可更換單元清單會(huì)不同,修復(fù)性維修與預(yù)防性維修的單元也會(huì)不同,維修流程也會(huì)有所不同,所以需要針對(duì)每個(gè)預(yù)案,定義該預(yù)案下的維修結(jié)構(gòu)樹。

3) 確定相關(guān)維修性數(shù)據(jù)。在建立維修性結(jié)構(gòu)樹的基礎(chǔ)上,編輯相關(guān)數(shù)據(jù),包括故障檢查隔離、拆卸、更換、調(diào)整和檢測(cè)等維修性活動(dòng)的時(shí)間等,為后續(xù)定量評(píng)估提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

4) 建立維修性預(yù)計(jì)模型,開展維修性分析。采用相應(yīng)的維修性預(yù)計(jì)模型,如功能層次預(yù)計(jì)法模型、時(shí)間累積預(yù)計(jì)法模型等,進(jìn)行設(shè)備(裝備)的維修性分析,完成這些之后通過(guò)軟件輸出相關(guān)報(bào)告。

圖1 維修性預(yù)計(jì)流程圖

2.2.2 維修性預(yù)計(jì)的功能層次法

在維修性預(yù)計(jì)中,有多種預(yù)計(jì)方法[6],結(jié)合ASENT軟件的功能,本文主要介紹MIL-HDBK-472維修性預(yù)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中的方法II,即功能層次預(yù)計(jì)法。

4) 相對(duì)維修時(shí)間系數(shù)

第i單元的相對(duì)修復(fù)時(shí)間或預(yù)防性維修時(shí)間系數(shù)hci或hpi(以下用hi代表)是一個(gè)由比較得到的數(shù)值。為了便于比較,本程序把維修事件分為四項(xiàng)活動(dòng):故障定位隔離;拆卸組裝;更換、安裝可更換單元;調(diào)準(zhǔn)檢驗(yàn)。對(duì)每項(xiàng)活動(dòng)分別比較,故hi也分為四項(xiàng):

hi=hi1+hi2+hi3+hi4

3 基于ASENT的設(shè)備維修性預(yù)計(jì)

美國(guó)Raytheon(雷神)公司開發(fā)的ASENT分析工具包,功能強(qiáng)大、操作簡(jiǎn)單、資源共享方便,適用于設(shè)計(jì)、制造、使用等多個(gè)環(huán)節(jié)多個(gè)階段,具有可靠性建模、熱分析、FMECA、測(cè)試性預(yù)計(jì)、維修性預(yù)計(jì)、可用性預(yù)計(jì)、FRACAS等功能。本文重點(diǎn)針對(duì)其維修性管理器中的維修性預(yù)計(jì)功能,結(jié)合某設(shè)備進(jìn)行案例分析介紹。

3.1 ASENT中維修性預(yù)計(jì)的主要步驟

某設(shè)備由減速器、超越離合裝置、彈簧馬達(dá)、離合傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、限位機(jī)構(gòu)、揚(yáng)彈機(jī)構(gòu)、阻彈機(jī)構(gòu)、導(dǎo)引機(jī)構(gòu)、主軸、電氣部件等組成。其中供彈電機(jī)、阻彈機(jī)構(gòu)、電氣部分的內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜,包含電子器件較多,發(fā)生故障的機(jī)率較大,因此本文將其作為研究對(duì)象開展維修性預(yù)計(jì)。

1) 登錄維修性管理器,建立維修預(yù)案。在填寫完預(yù)案名稱等相關(guān)信息后保存預(yù)案,根據(jù)維修過(guò)程和需要,可以在一個(gè)維修預(yù)案下設(shè)定多個(gè)維修內(nèi)容,如圖2所示。以此類推,完成維修預(yù)案數(shù)據(jù)的添加。

圖2 建立維修預(yù)案和維修內(nèi)容

2) 建立維修性結(jié)構(gòu)樹?；谏弦徊襟E,定義相應(yīng)維修預(yù)案下的維修結(jié)構(gòu)樹,可以自行添加建立,如圖3所示;也可以從已有的案例庫(kù)中導(dǎo)入結(jié)構(gòu)樹。

圖3 添加建立維修性結(jié)構(gòu)樹

圖4 對(duì)維修性數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯

4) 建立預(yù)計(jì)模型進(jìn)行分析與計(jì)算。在維修性管理器的左側(cè)選擇“預(yù)計(jì)”標(biāo)簽頁(yè),然后通過(guò)“添加”來(lái)新建預(yù)計(jì)模型;建立模型后,在“修復(fù)性維修”和“預(yù)防性維修”標(biāo)簽頁(yè)下編輯維修性信息,用于預(yù)計(jì)維修性參數(shù)。選擇好節(jié)點(diǎn),在右側(cè)界面輸入相關(guān)數(shù)據(jù),如圖5所示。

圖5 節(jié)點(diǎn)修復(fù)性維修的各數(shù)據(jù)

在該界面上,針對(duì)每個(gè)產(chǎn)品,都按照維修活動(dòng)類別列出了該維修活動(dòng)所消耗的時(shí)間(時(shí)間信息來(lái)自維修性結(jié)構(gòu)樹),在此處可以重新設(shè)定這些消耗時(shí)間,以及產(chǎn)品數(shù)量和修正因子K。

以上信息編輯完后,在“預(yù)計(jì)結(jié)果”標(biāo)簽頁(yè)下選擇“MMax方法”(最大修復(fù)時(shí)間計(jì)算方法)和“置信度”,并輸入“ALDT”值(平均后勤延誤時(shí)間),然后,選擇“計(jì)算”即可開始維修性預(yù)計(jì)計(jì)算。

3.2 維修性分析與預(yù)計(jì)的輸出報(bào)告

ASENT軟件可將維修性預(yù)計(jì)過(guò)程中的數(shù)據(jù)和結(jié)果數(shù)據(jù)以規(guī)范的報(bào)告進(jìn)行輸出,便于開展過(guò)程統(tǒng)計(jì)與結(jié)果分析。

3.2.1 維修性預(yù)計(jì)過(guò)程相關(guān)輸出報(bào)告

在對(duì)維修性數(shù)據(jù)的“故障檢測(cè)隔離時(shí)間”、“拆卸時(shí)間”、“移除時(shí)間”、“更換時(shí)間”、“組裝時(shí)間”、“調(diào)整時(shí)間”以及“確認(rèn)時(shí)間”等進(jìn)行完編輯后,可以輸出相應(yīng)得數(shù)據(jù)報(bào)告,如圖6、7所示。

圖6 輸出的元器件使用任務(wù)報(bào)告

由圖6可以看出,元器件的使用任務(wù)報(bào)告能清晰地反映各元器件的名稱、描述、以及各移除和更換時(shí)間。

圖7 拆卸重組產(chǎn)品報(bào)告

在圖7中可以反映整個(gè)系統(tǒng)拆卸重組的各個(gè)組件的單個(gè)拆卸重組時(shí)間和總體時(shí)間。

3.2.2 維修性預(yù)計(jì)結(jié)果相關(guān)報(bào)告

ASENT軟件維修性管理器建立維修性預(yù)計(jì)模型并完成計(jì)算后,可以輸出以下修復(fù)性維修預(yù)計(jì)報(bào)告、預(yù)防性維修預(yù)計(jì)報(bào)告和可用度報(bào)告等。

圖8 可用度報(bào)告

根據(jù)修復(fù)性維修預(yù)計(jì)報(bào)告,可以知道設(shè)備給定工作條件下能達(dá)到什么樣的維修性水平,如果結(jié)果不理想,又應(yīng)該從哪方面入手,例如具體應(yīng)該減少哪項(xiàng)維修活動(dòng)的時(shí)間等。通過(guò)預(yù)防性維修預(yù)計(jì)報(bào)告可以知道進(jìn)行各預(yù)防性維修活動(dòng)會(huì)消耗多少時(shí)間、人力等,從而分析如何進(jìn)行調(diào)節(jié)來(lái)提高維修性水平。在圖8中可以清晰地反映出固有可用度、可達(dá)可用度以及使用可用度的計(jì)算公式及計(jì)算結(jié)果。系統(tǒng)的可用度是在完成維修性預(yù)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的,通過(guò)可用度報(bào)告,用戶可以清楚地知道裝備的可用性的水平。

4 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)當(dāng)前設(shè)備對(duì)維修性越來(lái)越高的要求,開展了維修性預(yù)計(jì)方面的實(shí)踐探索。首先簡(jiǎn)要闡述了維修性的概念與相關(guān)技術(shù),然后結(jié)合美國(guó)Raytheon(雷神)公司開發(fā)的ASENT軟件,介紹了維修性分析與預(yù)計(jì)的基本過(guò)程與步驟,最后以某設(shè)備為研究對(duì)象對(duì)其實(shí)施了維修性預(yù)計(jì),給出了分析報(bào)告的主要輸出種類與形式。

本文的研究與探索,契合了未來(lái)維修性學(xué)科計(jì)算機(jī)化、智能化和規(guī)范化的發(fā)展方向,對(duì)于開展維修性預(yù)計(jì)工作具有一定的參考和啟發(fā)價(jià)值。然而,如何通過(guò)更高效地利用好ASENT軟件,乃至自主開發(fā)出更適合我國(guó)國(guó)情的類似軟件,將其未來(lái)我們重點(diǎn)的研究方向。

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Maintainability Analysis and Prediction for Devices Based on ASENT

BAI Yongsheng1HU Qiwei1BAI Wen2

(1. 6th Department, Ordnance Engineering College, Shijiazhuang 050003) (2. No. 63871 Troops of PLA, Huayin 714200)

With the increasing demand for maintainability of modern devices, the maintainability had become one of the key factors influencing integrated support. In this paper, the concept and relevant technology was introduced. The ASENT software developed by Raytheon from U.S.A. was combined to illustrate the main process for maintainability analysis and prediction. Finally, a device was chosen to demonstrate the maintainability prediction procedure with ASENT, and the main output files were shown.

ASENT, maintainability, prediction

2016年7月12日,

2016年8月28日

白永生,男,博士研究生,講師,研究方向:質(zhì)量與可靠性工程。胡起偉,男,博士研究生,副教授,研究方向:維修保障系統(tǒng)分析。白文,男,碩士研究生,工程師,研究方向:裝備試驗(yàn)與質(zhì)量分析。

TP391

10.3969/j.issn.1672-9722.2017.01.008