淺論自行火炮預(yù)防性維修決策系統(tǒng)設(shè)計(jì)

高海朝

摘要：為解決傳統(tǒng)故障診斷方法在新型自行火炮維修保障方面的不足，將故障預(yù)測引入到裝備維修保障領(lǐng)域，提出了基于動(dòng)態(tài)模糊理論的故障預(yù)測模型。本文基于動(dòng)態(tài)隸屬度對(duì)服役期間故障的發(fā)生、發(fā)展和系統(tǒng)性能下降的動(dòng)態(tài)變化過程進(jìn)行描述，并以一個(gè)預(yù)測實(shí)例說明了該方法的有效性和實(shí)用性。

與牽引火炮相比，某新型自行火炮結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其故障率相應(yīng)增高，裝甲封裝的結(jié)構(gòu)形式又使得檢測、維護(hù)可達(dá)性差。這就給部隊(duì)的自行火炮管理和維修等技術(shù)保障工作帶來了許多困難。傳統(tǒng)的基于故障診斷的維修保障模式只能判斷自行火炮當(dāng)前有無故障或出現(xiàn)故障后診斷是何部位、何零件以及何原因引起的故障。然而，這只能保證火炮在任務(wù)開始點(diǎn)走得動(dòng)、打得響，至于走多遠(yuǎn)、打多久卻無可奉告。對(duì)于當(dāng)前沒有出現(xiàn)故障的自行火炮，通過這些診斷儀器設(shè)備可以檢測目前的故障發(fā)生情況，卻不能準(zhǔn)確預(yù)測在未來時(shí)間段內(nèi)何時(shí)出現(xiàn)故障、出現(xiàn)什么故障，更不能對(duì)自行火炮的總體質(zhì)量及任務(wù)成功性實(shí)現(xiàn)評(píng)估和預(yù)測，難以判定在任務(wù)執(zhí)行過程中是否能無故障工作，各級(jí)作戰(zhàn)和保障部門很難制訂科學(xué)合理的用炮計(jì)劃和維修計(jì)劃。

1、基于故障預(yù)測技術(shù)的預(yù)防性維修策略

火炮故障預(yù)測技術(shù)是一門涉及火炮動(dòng)力學(xué)、流體力學(xué)、摩擦學(xué)、人工智能、模式識(shí)別以及計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)等多學(xué)科綜合的新興邊緣學(xué)科，它以當(dāng)前火炮的使用狀態(tài)為起點(diǎn)，對(duì)火炮在未來任務(wù)段內(nèi)可能出現(xiàn)的故障進(jìn)行預(yù)測，向用戶及時(shí)提出警告，以便及時(shí)在任務(wù)之前維修更換零部件，保證充裕的無故障工作時(shí)間，對(duì)于完成訓(xùn)練和作戰(zhàn)任務(wù)，提高部隊(duì)的戰(zhàn)斗力都具有十分重要的意義[1]。

預(yù)防性維修是針對(duì)未來任務(wù)，面向火炮實(shí)際使用狀態(tài)的按需維修方法，與面向?qū)嶋H故障的事后維修和面向服役時(shí)間的計(jì)劃維修都不相同。預(yù)防性維修的基本思想是根據(jù)對(duì)火炮當(dāng)前和未來狀態(tài)的正確和可靠的預(yù)測來安排維修活動(dòng)，因此對(duì)火炮當(dāng)前狀態(tài)的描述，以及對(duì)下一時(shí)段狀態(tài)和故障的預(yù)測是實(shí)現(xiàn)預(yù)防性維修的基礎(chǔ)。

2、構(gòu)建遠(yuǎn)程維修支持信息系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)的裝備維修解決辦法是組織一些相關(guān)的工程技術(shù)人員或?qū)＜?，?duì)一些具體故障問題進(jìn)行現(xiàn)場討論分析，最后確定原因，給出具體解決方案。這種方式易受到時(shí)空限制，不便于經(jīng)常采用。遠(yuǎn)程維修支持信息系統(tǒng)，則可以通過異地和異（同）步的交流活動(dòng)，彌補(bǔ)傳統(tǒng)維修方式的不足，使各地專家在約定的時(shí)間段內(nèi)對(duì)一個(gè)故障現(xiàn)象進(jìn)行遠(yuǎn)程協(xié)同診斷，提高武器裝備維修的效率。

（1）遠(yuǎn)程維修支持信息系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型。自行火炮遠(yuǎn)程維修支持信息系統(tǒng)是針對(duì)新型復(fù)雜自行火炮系統(tǒng)裝備而建立的。維修所需信息來自不同的領(lǐng)域，涉及的學(xué)科領(lǐng)域眾多，遠(yuǎn)程支持的方式主要基于裝備部件模型庫查詢系統(tǒng)、故障庫搜索系統(tǒng)、在線＼離線協(xié)作診斷等，要將這些方式進(jìn)行統(tǒng)一的協(xié)調(diào)，實(shí)施有效的遠(yuǎn)程信息支持，必須具有高效的遠(yuǎn)程支持模型。

（2）數(shù)據(jù)共享緩沖區(qū)。它是診斷專家和用戶進(jìn)行信息溝通、發(fā)表意見的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。其實(shí)現(xiàn)的方式主要有：論壇、FTP、會(huì)議系統(tǒng)、在線討論、視/音頻系統(tǒng)等。

（3）數(shù)據(jù)庫遠(yuǎn)程調(diào)用支持。數(shù)據(jù)庫調(diào)用是實(shí)現(xiàn)信息共享的基礎(chǔ)。利用 SQL Server 2000 建立數(shù)據(jù)庫，由 ASP 通過 ADO 技術(shù)調(diào)用數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng)中部件模型庫、故障庫等即是典型的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫。

（4）遠(yuǎn)程協(xié)作診斷信息共享支持。在系統(tǒng)的遠(yuǎn)程協(xié)作診斷模塊中，用戶通過論壇、FTP、會(huì)議工具等相互交流意見，討論問題。當(dāng)一名用戶在論壇中發(fā)表故障協(xié)助診斷請(qǐng)求或維修困難時(shí)，所有的用戶和專家都可在論壇中看到這些請(qǐng)求和困難，并可對(duì)所提出的請(qǐng)求和困難發(fā)表評(píng)論、進(jìn)行討論、提出建議。當(dāng)問題解決后，所有正確的意見將被保存到診斷數(shù)據(jù)庫中，當(dāng)別的用戶遇到同樣問題時(shí)就可直接調(diào)用解決方法。FTP 提供一個(gè)共享文件夾，用戶可以把自己的共享文件放人其中，以供其他用戶和專家參考。

（5）遠(yuǎn)程協(xié)作診斷。采用現(xiàn)在非常成熟的視頻會(huì)議技術(shù)，提高遠(yuǎn)程會(huì)診的效率。

3、基于動(dòng)態(tài)模糊理論的故障預(yù)測模型

自行火炮的故障預(yù)測涉及到多特征多因素，且因素來自不同方面和不同層次，其中大部分因素還具有相關(guān)性和模糊性，這給研究和預(yù)測帶來了相當(dāng)?shù)牟槐?。故障預(yù)測也是一個(gè)比較困難的問題，特別是對(duì)于多因素、非平穩(wěn)和非線性的動(dòng)態(tài)過程，很難建立精確的數(shù)學(xué)模型。解決這類問題，可采用模糊理論。

（1）統(tǒng)的模糊理論

模糊理論就是通過一個(gè)模糊變換，把因素集中的元素映射為結(jié)果集中相應(yīng)的元素。故障的產(chǎn)生是一個(gè)動(dòng)態(tài)“積累”的復(fù)雜過程，在傳統(tǒng)的模糊理論中，隸屬度和隸屬函數(shù)只能靜態(tài)地表示故障原因和故障現(xiàn)象之間的隸屬關(guān)系，不能動(dòng)態(tài)地體現(xiàn)在服役過程中隸屬度的變化;同一故障原因?qū)λ泄收犀F(xiàn)象取相同權(quán)重，而就故障現(xiàn)象產(chǎn)生的原因而言，同一故障原因?qū)Σ煌墓收犀F(xiàn)象在重要程度上是有所差別的;同時(shí)各權(quán)重在壽命周期內(nèi)也不是一成不變的，沒有考慮服役過程中權(quán)重的動(dòng)態(tài)變化。因此，傳統(tǒng)的模糊理論很難適用于新型自行火炮的故障預(yù)測。

（2）動(dòng)態(tài)權(quán)重系數(shù)矩陣

由于故障關(guān)系的復(fù)雜性，同一故障底事件對(duì)應(yīng)不同故障現(xiàn)象的權(quán)值可能是不相同的。對(duì)同一底事件來說，導(dǎo)致此故障的可能性高，對(duì)彼故障的可能性低。這樣，同一故障底事件相對(duì)于此故障的權(quán)值應(yīng)大于相對(duì)于彼故障的權(quán)值[2]。換言之，不同故障底事件相對(duì)于不同故障應(yīng)給予不同權(quán)值。

（3）常見的隸屬函數(shù)

隸屬函數(shù)及隸屬度的確定是故障預(yù)測的關(guān)鍵，與人的主觀因素有關(guān)。應(yīng)針對(duì)客觀情況，綜合分析影響因素與故障點(diǎn)集之間模糊關(guān)系的變化規(guī)律。常用專家評(píng)分法（特爾菲法）和模糊分布確定法來確定系統(tǒng)的隸屬度和隸屬度函數(shù)。當(dāng)論域可用實(shí)數(shù)閉區(qū)間表示時(shí)，可以根據(jù)問題的性質(zhì)選用某種典型的函數(shù)形式，并利用隸屬函數(shù)所要滿足的條件來確定函數(shù)中所包含的參數(shù)。常用的函數(shù)形式包括正態(tài)型、戒上型、戒下型、降半型、三角函數(shù)型和區(qū)段型六種[4]。

4、結(jié)束語

預(yù)防性維修決策是一項(xiàng)基于火炮服役條件、零部件耗損規(guī)律、戰(zhàn)場損傷及人為因素的復(fù)雜系統(tǒng)工程，是一個(gè)涉及大量定性與定量因素的多因素、多層次、多目標(biāo)模糊推理過程[2]。本文指出傳統(tǒng)模糊理論用于故障預(yù)測的不足，引入動(dòng)態(tài)隸屬度的概念，對(duì)故障的發(fā)生、發(fā)展和系統(tǒng)性能下降的動(dòng)態(tài)過程進(jìn)行描述，通過取不同的結(jié)果集可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的故障預(yù)測，也可以在給定任務(wù)成功性的情況下，對(duì)新型自行火炮的任務(wù)成功性進(jìn)行評(píng)估。

參考文獻(xiàn)：

[1]李卓.高速公路機(jī)電設(shè)備故障預(yù)測及維修決策系統(tǒng)研究[D].長安大學(xué)碩士學(xué)位論文，2009.05

[2]王輝，范秀敏，嚴(yán)雋琪.考慮機(jī)會(huì)維修的等風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防性維修策略優(yōu)化[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與研究，2003，19（3）：51-55

[3]曹立軍.自行火炮故障預(yù)測與任務(wù)成功性評(píng)估技術(shù)研究[D].軍械工程學(xué)院博士學(xué)位論文，2006.03