典型數字化裝備RMS參數分析*

王海卿 古 平 王增光

(軍械工程學院裝備指揮與管理系 石家莊 050003)

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典型數字化裝備RMS參數分析*

王海卿 古 平 王增光

(軍械工程學院裝備指揮與管理系 石家莊 050003)

可靠性、維修性和保障性(RMS)參數是準確把握數字化裝備現狀的重要依據,對數字化部隊的建設具有重要意義。在介紹數字化裝備RMS參數分析的主要任務和基本流程的基礎上,對三種典型的數字化裝備RMS參數分析方法進行研究,為規劃與設計數字化部隊裝備保障系統奠定基礎。

數字化部隊; RMS; 參數分析

Class Number E95

1 引言

數字化部隊是一種全新的部隊類型,在未來戰爭中擔負著總要的角色。裝備保障體系及其擁有的保障資源作為數字化部隊建設的重要內容,對保持與恢復裝備性能,發揮武器裝備的作戰效能具有重要作用?？煽啃?、維修性、保障性(RMS)參數是籌建和配置裝備保障系統及其擁有保障資源的重要依據,是提高數字化部隊戰斗力的“倍增器”。

通過對數字化部隊重點裝備的RMS參數進行分析,能夠準確把握武器裝備的現狀,對數字化裝備的作戰能力、生存能力、部署機動性、維修人力和使用保障費用產生重要影響。因此,在分析典型數字化裝備RMS參數分析的任務和基本流程的基礎上,對三種典型的RMS參數分析方法進行研究,為規劃與設計數字化部隊裝備保障系統奠定基礎,對提高數字化部隊裝備保障能力、加速數字化裝備形成戰斗力具有十分重要的現實意義和重大的軍事價值。

2 概述

2.1 數據分析的主要任務

RMS參數分析能夠定量評估裝備的可靠性、維修性和保障性,由此提供的信息能夠為預防、發現和糾正可靠性、維修性設計以及元器件、材料和工藝等方面的缺陷提供參考。使用階段的RMS參數能夠用于分析、評估裝備的可靠性、維修性和保障性水平,是提高改進裝備性能,提高可靠性、維修性的主要依據。根據數據分析的結果可以修改維修性保障性分析大綱并制定適合該裝備維修保障的方案等,為數字化部隊的裝備保障維修提供依據。

2.2 數據分析的基本流程

使用階段的數據處理分為兩種情況,一種是分布函數已知,只需要將數據帶入相應的分布參數點估計和區間估計公式即可,一種是分布函數未知,需要先假設服從某種分布,先用適當的方法計算出經驗分布函數R(t)或F(t)的觀測值,在經過分布假設檢驗確定分布類型,最后利用相應公式求出分布參數點估計和區間估計。數據分析的基本流程如圖1所示。

圖1 數據分析的基本流程

3 RMS數據分析的主要技術

3.1 圖形分析法

圖形分析法是通過圖形對RMS數據進行分析的方法,能夠直觀地反映RMS數據的特點。直方圖法是典型的圖形分析法。通過直方圖可以求出一批數據的樣本平均值及樣本標準差,并由其圖形的形狀近似判斷該數據的總體屬于哪種分布。直方圖法的具體步驟如下

1) 找出數據中最大值(La)和最小值(Sm),求極差R=La-Sm。

3) 確定各組分點。最小值Sm為第一組下限,最小值Sm加上組距Δt為第一組上限值;然后以前一組的上限值為后一組的下限值,后一組下限值加上組距Δt就是后一組的上限值,以此類推。

4) 確定各組頻數、頻率。各分組點上的數據可按統一規定算入前一組(或后一組)。

5) 以頻數為縱坐標繪制直方圖。

6) 計算平均值和標準差。

3.2 統計處理方法

數據處理的合理性和統計分析的置信度是可靠性數據的關鍵。統計處理分參數和非參數兩種方法,非參數方法常用于不了解分布類型的情況下進行估計,而由圖形分析法得到設備(元器件)故障分布類型后,用數理統計的方法確定各分布參數稱為參數統計方法?；跀底只b備使用和管理工作的現狀,通常選用非參數方法對各類參數指標進行評估,得到可靠壽命的區間估計和單側置信下限。判斷RMS的數據類型是統計處理方法的關鍵,常用的判定方法包括以下幾種。

1) 壽命分布判定法

確定產品壽命分布的方法主要有兩種,一是通過實效物理分析證實產品的故障模式近似符合某種類型分布;二是通過收集的產品可靠性數據,利用擬合優度檢驗來確定其分布類型。

分析壽命分布,首先根據可靠性的歷史數據和以往故障模式與失效機理方面的分析,假定一種可能的分布,然后用最小二乘法判定收集的數據是否來自所選擇的總體分布,以確定其分布類型。

2) 維修時間分布判定方法

在維修性分析中最常用的維修時間分布有指數分布、正態分布和對數正態分布。一般來說,預防性維修常為正態分布,修復性維修常為對數正態分布,利用自動檢修設備進行的維修常為指數分布。

分析維修時間分布,首先依據不同系統維修時間的特性,假定一種可能的分布,然后用最小二乘擬合優度檢驗法判定收集的數據是否來自所選擇的總體分布,以確定其分布類型。

3) 最小二乘法

最小二乘法的用法是,若兩變量是線性關系,按最小二乘法可得到一條偏差最小的回歸直線;若不是線性關系,通過必要的變量代換和線性化處理,這樣就可以用最小二乘法解決非線性問題了。通過對正態分布、對數正態分布、威布爾分布進行線性化處理,然后用最小二乘法求得回歸直線和相關系數,以判斷收集到的RMS數據符合哪種分布,還可以根據回歸系數的估計值來估計分布函數的參數。

4) 常用分布數值計算

在分析和判定可靠性數據、維修性數據分布類型以及分布參數的點估計時,需要計算分布函數和分位數。常用的計算方法有正態分布、對數正態分布、威布爾分布和指數分布等。

5) 分布參數的點估計

確定產品壽命分布或維修時間分布后,可以利用數理統計方法中的點估計來估計壽命或維修時間分布的參數值。點估計的方法主要有矩估計、極大似然估計、最小二乘法以及圖估計等。

矩估計法只能適用于完全樣本,但它不要求預先知道樣本分布的類型;極大似然估計法、最小二乘法和圖估法適合于所有的樣本類型,包括隨機截尾試驗子樣,但它們是在已知樣本分布的情況下進行的。圖估法使用簡單方便,但是圖估法人為因素影響太大。由于收集到的RMS數據大部分是裝備使用現場的數據,而現場收集的可靠性數據基本上都屬于隨機截尾試驗數據。

6) 可靠性數據量綱統一化處理

由于裝備各個系統或部件具有不同的特性,因此其可靠性數據的量綱也可能不同,如工作時間可能為行駛里程、發動機工作時間、炮彈擊發發數等多種廣義時間,為了與維修時間在量綱上統一,方便后續的分析和計算,需要將它們統一轉換到日歷時間上。

3.3 故障樹分析法

故障樹分析法是一種圖形演繹法,通常應用在裝備的使用階段,以系統發生的故障作為頂事件進行分析,找出子系統、部件及元器件全部故障模式,建立故障樹,進行定性定量分析。故障樹分析法的主要步驟如下所示。

1) 確定分析范圍

(1)定義系統,包括系統的設計意圖、實際結構、功能、邊界(包括接口)、運行模式、環境條件和故障判據;(2)確定分析的目的和內容;(3)確定對系統所作的基本假設,包括對系統運行和維修條件的假設以及在所有可能的條件下與性能有關的假設。

2) 熟悉環境

在對一個系統進行故障樹分析之前,建樹者首先應對系統及系統各個組件的功能、結構原理、故障狀態、故障因素及其影響等作深刻透徹的了解,收集有關系統的技術資料,這是建樹的基礎工作。

3) 確定頂事件

根據分析的目的、系統的故障判據和對系統的了解,確定與系統有關的不希望發生的故障事件作為頂事件。頂事件是故障樹分析的中心,一般遵循兩條共同的原則:(1)頂事件的發生與否必須有明確的定義,而且為了能夠定量評定其發生的可能程度(用概率表示),事件應該是能夠度量;(2)頂事件必須能夠進一步分解,即可以找出使頂事件發生的直接原因。

4) 故障樹的預處理

(1)故障樹簡化:故障樹建立后要進行的就是故障樹的相關分析,但是由于系統的復雜性,得到的故障樹往往也非常的復雜,如果在其基礎上直接進行分析,不做相應的簡化,有的時候故障樹的分析是不可實現的。故障樹簡化的著眼點就是去掉邏輯多余事件和邏輯多余門。

(2)故障樹規范化:為了對故障樹作統一的描述和分析,必須將建造出來的故障樹規范化,稱為僅含有底事件、結果事件以及“與”、“或”、“非”三種邏輯門的故障樹。對含有未探明事件的故障樹規范化時,將未探明事件或當作基本事件或刪去,但應慎重考慮。

5) 建樹

根據故障樹的常用術語和相關定義符號,結合裝備保障維修實際情況構建待維修裝備的故障樹,并建立事件編碼表。

6) 故障樹定性和定量分析

采用結構函數對故障樹進行數學描述,對故障樹作定性分析和定量計算。

4 結語

可靠性、維修性和保障性參數是數字化部隊能夠形成保障力和戰斗力的技術基礎,反映了軍用裝備對保障作戰的戰術要求,其中RMS參數分析是準確把握數字化裝備現狀的關鍵。本文在介紹RMS數據分析主要任務和基本流程的基礎上,研究了三種典型的RMS參數分析方法,為規劃與設計數字化部隊裝備保障系統奠定基礎,對提高數字化部隊的保障能力、加快數字化部隊形成戰斗力具有十分重要的現實意義和重大軍事價值。

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Analysis on RMS Parameter of Typical Digital Equipment

WANG Haiqing GU Ping WANG Zengguang

(Equipment Command and Management Department, Ordnance Engineering College, Shijiazhuang 050003)

Reliability, maintenance and supportability are very important to accurately grasp the status for digital equipment, which are of great significance for the construction of digitized forces. This paper begins with the introduction of the main tasks and basic process for RMS parameter analysis, followed by the research on three kinds of RMS parameter analysis method for typical digital equipment. The research of this paper may establish foundation for planning and designing equipment support system and its support resource.

digitized forces, RMS, parameter analysis

2016年7月10日,

2016年8月28日

國家社會科學基金(編號:15GJ003-184)資助。

王海卿,男,碩士研究生,研究方向:裝備保障。古平,男,副教授,研究方向:裝備保障理論與應用。王增光,男,博士研究生,研究方向:裝備保障信息化。

E95

10.3969/j.issn.1672-9722.2017.01.002