典型数字化装备RMS参数分析*

王海卿 古 平 王增光

(军械工程学院装备指挥与管理系 石家庄 050003)



典型数字化装备RMS参数分析*

王海卿 古 平 王增光

(军械工程学院装备指挥与管理系 石家庄 050003)

可靠性、维修性和保障性(RMS)参数是准确把握数字化装备现状的重要依据,对数字化部队的建设具有重要意义。在介绍数字化装备RMS参数分析的主要任务和基本流程的基础上,对三种典型的数字化装备RMS参数分析方法进行研究,为规划与设计数字化部队装备保障系统奠定基础。

数字化部队; RMS; 参数分析

Class Number E95

1 引言

数字化部队是一种全新的部队类型,在未来战争中担负着总要的角色。装备保障体系及其拥有的保障资源作为数字化部队建设的重要内容,对保持与恢复装备性能,发挥武器装备的作战效能具有重要作用。可靠性、维修性、保障性(RMS)参数是筹建和配置装备保障系统及其拥有保障资源的重要依据,是提高数字化部队战斗力的“倍增器”。

通过对数字化部队重点装备的RMS参数进行分析,能够准确把握武器装备的现状,对数字化装备的作战能力、生存能力、部署机动性、维修人力和使用保障费用产生重要影响。因此,在分析典型数字化装备RMS参数分析的任务和基本流程的基础上,对三种典型的RMS参数分析方法进行研究,为规划与设计数字化部队装备保障系统奠定基础,对提高数字化部队装备保障能力、加速数字化装备形成战斗力具有十分重要的现实意义和重大的军事价值。

2 概述

2.1 数据分析的主要任务

RMS参数分析能够定量评估装备的可靠性、维修性和保障性,由此提供的信息能够为预防、发现和纠正可靠性、维修性设计以及元器件、材料和工艺等方面的缺陷提供参考。使用阶段的RMS参数能够用于分析、评估装备的可靠性、维修性和保障性水平,是提高改进装备性能,提高可靠性、维修性的主要依据。根据数据分析的结果可以修改维修性保障性分析大纲并制定适合该装备维修保障的方案等,为数字化部队的装备保障维修提供依据。

2.2 数据分析的基本流程

使用阶段的数据处理分为两种情况,一种是分布函数已知,只需要将数据带入相应的分布参数点估计和区间估计公式即可,一种是分布函数未知,需要先假设服从某种分布,先用适当的方法计算出经验分布函数R(t)或F(t)的观测值,在经过分布假设检验确定分布类型,最后利用相应公式求出分布参数点估计和区间估计。数据分析的基本流程如图1所示。

图1 数据分析的基本流程

3 RMS数据分析的主要技术

3.1 图形分析法

图形分析法是通过图形对RMS数据进行分析的方法,能够直观地反映RMS数据的特点。直方图法是典型的图形分析法。通过直方图可以求出一批数据的样本平均值及样本标准差,并由其图形的形状近似判断该数据的总体属于哪种分布。直方图法的具体步骤如下

1) 找出数据中最大值(La)和最小值(Sm),求极差R=La-Sm。

3) 确定各组分点。最小值Sm为第一组下限,最小值Sm加上组距Δt为第一组上限值;然后以前一组的上限值为后一组的下限值,后一组下限值加上组距Δt就是后一组的上限值,以此类推。

4) 确定各组频数、频率。各分组点上的数据可按统一规定算入前一组(或后一组)。

5) 以频数为纵坐标绘制直方图。

6) 计算平均值和标准差。

3.2 统计处理方法

数据处理的合理性和统计分析的置信度是可靠性数据的关键。统计处理分参数和非参数两种方法,非参数方法常用于不了解分布类型的情况下进行估计,而由图形分析法得到设备(元器件)故障分布类型后,用数理统计的方法确定各分布参数称为参数统计方法。基于数字化装备使用和管理工作的现状,通常选用非参数方法对各类参数指标进行评估,得到可靠寿命的区间估计和单侧置信下限。判断RMS的数据类型是统计处理方法的关键,常用的判定方法包括以下几种。

1) 寿命分布判定法

确定产品寿命分布的方法主要有两种,一是通过实效物理分析证实产品的故障模式近似符合某种类型分布;二是通过收集的产品可靠性数据,利用拟合优度检验来确定其分布类型。

分析寿命分布,首先根据可靠性的历史数据和以往故障模式与失效机理方面的分析,假定一种可能的分布,然后用最小二乘法判定收集的数据是否来自所选择的总体分布,以确定其分布类型。

2) 维修时间分布判定方法

在维修性分析中最常用的维修时间分布有指数分布、正态分布和对数正态分布。一般来说,预防性维修常为正态分布,修复性维修常为对数正态分布,利用自动检修设备进行的维修常为指数分布。

分析维修时间分布,首先依据不同系统维修时间的特性,假定一种可能的分布,然后用最小二乘拟合优度检验法判定收集的数据是否来自所选择的总体分布,以确定其分布类型。

3) 最小二乘法

最小二乘法的用法是,若两变量是线性关系,按最小二乘法可得到一条偏差最小的回归直线;若不是线性关系,通过必要的变量代换和线性化处理,这样就可以用最小二乘法解决非线性问题了。通过对正态分布、对数正态分布、威布尔分布进行线性化处理,然后用最小二乘法求得回归直线和相关系数,以判断收集到的RMS数据符合哪种分布,还可以根据回归系数的估计值来估计分布函数的参数。

4) 常用分布数值计算

在分析和判定可靠性数据、维修性数据分布类型以及分布参数的点估计时,需要计算分布函数和分位数。常用的计算方法有正态分布、对数正态分布、威布尔分布和指数分布等。

5) 分布参数的点估计

确定产品寿命分布或维修时间分布后,可以利用数理统计方法中的点估计来估计寿命或维修时间分布的参数值。点估计的方法主要有矩估计、极大似然估计、最小二乘法以及图估计等。

矩估计法只能适用于完全样本,但它不要求预先知道样本分布的类型;极大似然估计法、最小二乘法和图估法适合于所有的样本类型,包括随机截尾试验子样,但它们是在已知样本分布的情况下进行的。图估法使用简单方便,但是图估法人为因素影响太大。由于收集到的RMS数据大部分是装备使用现场的数据,而现场收集的可靠性数据基本上都属于随机截尾试验数据。

6) 可靠性数据量纲统一化处理

由于装备各个系统或部件具有不同的特性,因此其可靠性数据的量纲也可能不同,如工作时间可能为行驶里程、发动机工作时间、炮弹击发发数等多种广义时间,为了与维修时间在量纲上统一,方便后续的分析和计算,需要将它们统一转换到日历时间上。

3.3 故障树分析法

故障树分析法是一种图形演绎法,通常应用在装备的使用阶段,以系统发生的故障作为顶事件进行分析,找出子系统、部件及元器件全部故障模式,建立故障树,进行定性定量分析。故障树分析法的主要步骤如下所示。

1) 确定分析范围

(1)定义系统,包括系统的设计意图、实际结构、功能、边界(包括接口)、运行模式、环境条件和故障判据;(2)确定分析的目的和内容;(3)确定对系统所作的基本假设,包括对系统运行和维修条件的假设以及在所有可能的条件下与性能有关的假设。

2) 熟悉环境

在对一个系统进行故障树分析之前,建树者首先应对系统及系统各个组件的功能、结构原理、故障状态、故障因素及其影响等作深刻透彻的了解,收集有关系统的技术资料,这是建树的基础工作。

3) 确定顶事件

根据分析的目的、系统的故障判据和对系统的了解,确定与系统有关的不希望发生的故障事件作为顶事件。顶事件是故障树分析的中心,一般遵循两条共同的原则:(1)顶事件的发生与否必须有明确的定义,而且为了能够定量评定其发生的可能程度(用概率表示),事件应该是能够度量;(2)顶事件必须能够进一步分解,即可以找出使顶事件发生的直接原因。

4) 故障树的预处理

(1)故障树简化:故障树建立后要进行的就是故障树的相关分析,但是由于系统的复杂性,得到的故障树往往也非常的复杂,如果在其基础上直接进行分析,不做相应的简化,有的时候故障树的分析是不可实现的。故障树简化的着眼点就是去掉逻辑多余事件和逻辑多余门。

(2)故障树规范化:为了对故障树作统一的描述和分析,必须将建造出来的故障树规范化,称为仅含有底事件、结果事件以及“与”、“或”、“非”三种逻辑门的故障树。对含有未探明事件的故障树规范化时,将未探明事件或当作基本事件或删去,但应慎重考虑。

5) 建树

根据故障树的常用术语和相关定义符号,结合装备保障维修实际情况构建待维修装备的故障树,并建立事件编码表。

6) 故障树定性和定量分析

采用结构函数对故障树进行数学描述,对故障树作定性分析和定量计算。

4 结语

可靠性、维修性和保障性参数是数字化部队能够形成保障力和战斗力的技术基础,反映了军用装备对保障作战的战术要求,其中RMS参数分析是准确把握数字化装备现状的关键。本文在介绍RMS数据分析主要任务和基本流程的基础上,研究了三种典型的RMS参数分析方法,为规划与设计数字化部队装备保障系统奠定基础,对提高数字化部队的保障能力、加快数字化部队形成战斗力具有十分重要的现实意义和重大军事价值。

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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

国家社会科学基金(编号:15GJ003-184)资助。

王海卿,男,硕士研究生,研究方向:装备保障。古平,男,副教授,研究方向:装备保障理论与应用。王增光,男,博士研究生,研究方向:装备保障信息化。

E95

10.3969/j.issn.1672-9722.2017.01.002