CN102136034A - 军用飞机可靠性定量要求论证方法 - Google Patents

Abstract

一种军用飞机可靠性定量要求论证方法步骤如下：1，确定军用飞机可靠性顶层参数指标；2，对军用飞机可靠性顶层参数指标进行分解；3，确定军用飞机可靠性参数门限值；4，军用飞机可靠性使用指标转换为合同指标；5，军用飞机可靠性参数指标的综合权衡；6，对军用飞机可靠性参数指标的技术经济可行性进行分析。本发明为军用飞机可靠性参数确定提供了一种符合我国国情、操作性强的军用飞机可靠性定量要求论证方法，指导了军用飞机可靠性定量要求论证工作，提高了军用飞机的可靠性水平，使论证过程规范程序，论证结果科学合理。

Description

军用飞机可靠性定量要求论证方法

一、技术领域

本发明提供一种军用飞机可靠性定量要求论证方法，属于可靠性工程技术领域。

二、背景技术

军用飞机论证是以科学技术和经济发展水平为依据，以现有军用飞机的质量、规模为背景，以科学的理论及方法为手段进行的系统分析和设计过程。军用飞机论证是军用飞机发展过程中的首要环节，是军用飞机发展工作的基础。实践证明，凡论证充分的，项目确定比较客观，目标明确，所提要求和指标比较合理，研制出的军用飞机成功率高、周期短；反之，论证不充分的项目，或者军用飞机迟迟研制不出来，或者研制出来后不能有效使用，造成人力财力的极大浪费。因此，军用飞机论证在军用飞机发展中处于十分重要的地位。其中，军用飞机可靠性要求论证是军用飞机论证的重要组成部分，而军用飞机可靠性定量要求论证又是军用飞机可靠性要求论证中最重要的组成部分。

军用飞机可靠性要求论证，包括定量要求论证、定性要求论证、工作项目论证，定量要求论证包括可靠性参数的选择和定量指标的确定。军用飞机的研制在一定程度上开展了可靠性工作，论证中根据自己的需要和特点选用了可靠性参数，提出了各参数的指标值。但是从总体来说还存在一定的缺陷，如参数不完整、所提参数的概念不明确、参数的可行性不足等，另外论证技术、手段的缺乏也大大制约了可靠性工程在军用飞机研制中的开展。由于可靠性工程技术相对武器传统工程技术发展较晚，再加上传统观念，即重视作战性能，没有重视可靠性性能的存在，致使可靠性论证存在着不规范、不合理，论证手段科学性差的问题。针对上述问题，本发明研究并提供了一种符合我国国情、操作性强的军用飞机可靠性定量要求论证方法。

三、发明内容

(一)目的：

本发明的目的是提供一种军用飞机可靠性定量要求论证方法，它是针对军用飞机的特点和可靠性论证的需求以及现有技术的不足，在总结经验的基础上，从论证的程序、参数体系的形成、指标的确定、权衡优化等方面进行研究，提供一种符合我国国情、操作性强的军用飞机可靠性定量要求论证方法，指导军用飞机的可靠性定量要求论证工作，进而提高军用飞机的可靠性水平。

(二)技术方案：

本发明一种军用飞机可靠性定量要求论证方法以军用飞机的基本信息为前提，这些基本信息包括立项背景及任务需求、军用飞机基本情况、使用方案、初始保障方案和国内外相似军用飞机可靠性水平信息。

本发明一种军用飞机可靠性定量要求论证方法，其步骤如下：

步骤1，确定军用飞机可靠性顶层参数指标：通过分析军用飞机的基本信息及影响军用飞机可靠性水平的因素，将军用飞机使用要求转化成军用飞机可靠性顶层参数的指标。该军用飞机可靠性顶层参数是指军用飞机订购方根据使用需求提出的影响军用飞机效能的可靠性参数，它包括有使用可用度、出动架次率和任务可靠度。使用可用度、出动架次率和任务可靠度的指标确定依据军用飞机使用要求及军用飞机结构特性可采用使用统计法、作战仿真法、相似产品类比法、专家打分法、可靠性系统仿真法中的一种或数种方法进行确定。

步骤2，对军用飞机可靠性顶层参数进行分解：采用数值分解法或仿真分解法，将军用飞机使用可用度进行分解得到军用飞机的平均维修间隔时间(MTBM)、平均维修时间(MMT)、平均保障延误时间(MLDT)的指标，即为可靠性参数的目标值。

步骤3，确定军用飞机可靠性参数门限值：根据步骤2得到的可靠性参数目标值，采用杜安(Duane)模型确定军用飞机可靠性参数门限值。

步骤4，军用飞机可靠性使用指标转换为合同指标：步骤3得到的军用飞机可靠性参数指标是军用飞机的可靠性使用指标。该步骤是通过模型转换法将军用飞机使用指标转换成军用飞机可靠性合同指标。

步骤5，军用飞机可靠性参数指标的综合权衡：本发明采用层次分析法、方案优序法和质量评价法对多个军用飞机可靠性参数指标方案进行综合权衡分析，从而确定最优的军用飞机可靠性参数指标方案。

步骤6，对军用飞机可靠性参数指标的技术经济可行性进行分析：(1)对军用飞机可靠性参数指标的技术可行性分析时首先应掌握该军用飞机所提的可靠性参数体系及其指标值，然后采用工程经验或相似产品类比的方法展开分析。(2)对军用飞机可靠性参数指标的经济可行性分析时逐个分析可靠性参数指标对寿命周期费用的影响，以确定所提出的可靠性参数指标是否在经济上可以承受。如果经过步骤6分析后认为军用飞机可靠性参数指标在技术或经济上缺乏可行性，则需要重新进行步骤1到步骤6的操作，直到得到满意的结果。

其中，所述的“基本信息”，是指本发明所述的方法是在下列基本信息基础上进行的，该基本信息包括有：

(1)立项背景及任务需求信息：是用于描述军用飞机的研制立项背景及任务信息；

(2)军用飞机基本情况信息：用于描述军用飞机的基本组成和主要功能；

(3)使用方案信息：是根据军用飞机研制的任务需求或者其假设的使用想定确定使用方案，明确具体使用要求，并在此基础上详细拟定寿命剖面，并且对任务周期、环境应力和处于各种环境中的时间给出定量数值；

(4)初始保障方案：是用于描述军用飞机基本的维修、保障方案；

(5)国内外相似军用飞机可靠性水平信息：是指开展深入的调研和分析工作，了解并掌握国内外同类型军用飞机的详细情况，经论证分析后，选择相似军用飞机作为参考。

其中，在步骤1中所述的使用可用度、出动架次率和任务可靠度：是军用飞机的可靠性顶层参数。使用可用度是与能工作时间和不能工作时间有关的一种可用性参数，它的一种度量方法为：产品的能工作时间与能工作时间、不能工作时间的和之比。出动架次率是指在规定的使用及维修保障方案下，每架飞机每天能够出动的次数。任务可靠度是产品在规定的任务剖面中完成规定功能的能力的量度。

其中，在步骤1中所述的使用可用度、出动架次率和任务可靠度的指标确定方法：是指使用统计法、作战仿真法、相似产品类比法、专家打分法、可靠性系统仿真法中的一种或数种。这些方法的具体情况如下：

a)使用统计法：该方法是指采用使用统计计算式可靠性参数值。使用统计计算式是通过总结分析军用飞机实际使用情况和经验数据得出的可靠性参数的统计公式。

b)作战仿真法：该方法是指按照军用飞机的典型任务剖面和具体使用要求，由军方负责该军用飞机总体论证的人员，从军用飞机系统效能或作战效能的角度，给出能够反映该军用飞机任务需求的、同可靠性相关参数要求相关的、定量化的综合战技指标或相应的作战评估模型，根据对该军用飞机的实际作战要求或其综合战技指标要求，通过计算和分析得到可靠性参数要求的初始值。

c)相似产品类比法：该方法是指通过对现役相似军用飞机的信息数据统计，分析现役相似军用飞机的相应参数达到的水平，从而确定军用飞机的可靠性参数指标。

d)相似产品类比和德尔菲法相结合的方法：该方法是指选用相似军用飞机作为相似产品，通过专家从影响可靠性参数指标的主要因素角度出发，对军用飞机与相似军用飞机进行对比分析并给出相应的分值，从而确定可靠性参数指标。

f)可靠性系统仿真法：该方法通过可靠性系统仿真模型计算，得出军用飞机可靠性参数指标。

使用可用度、出动架次率和任务可靠度指标的确定采用的方法具体如下：

(1)军用飞机使用可用度的确定可采用相似产品类比和德尔菲法相结合的方法或作战仿真法，各方法的具体实施情况如下：

a)采用相似产品类比和德尔菲法相结合的方法：该相似产品类比和德尔菲法相结合的方法是选用相似军用飞机作为相似装备，采用相似产品类比和德尔菲法相结合的方法论证，其结果如下：

$A_O=A_{\mathrm{OS}}(\frac{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{n_{i1}}}{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{s_{i1}}}{w}_1+\underset{j=2}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}\left(\frac{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{n}_{\mathrm{ij}}}{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{s}_{\mathrm{ij}}}\right)w_j)$

其中，Ao为军用飞机使用可用度；Aos为相似军用飞机使用可用度；w₁为第1个影响因素的权重；w_j为第j个影响因素的权重；n_i1为第i个专家给军用飞机第1个影响因素打的分数；n_ij为第i个专家给军用飞机第j个影响因素打的分数；s_i1为第i个专家给相似军用飞机第1个影响因素打的分数；s_ij为第i个专家给相似军用飞机第j个影响因素打的分数；k为影响军用飞机使用可用度因素的个数；m为打分专家的位数。

b)采用作战仿真法：该作战仿真法是通过作战对抗仿真，分析军用飞机可靠性水平对作战的影响，得出满足作战需求的使用可用度。

(2)军用飞机出动架次率的确定可采用使用统计法或可靠性系统仿真法，各方法的具体实施情况如下：

a)采用使用统计法：该使用统计法是指采用使用统计计算式计算出动架次率，计算式如下：

$r_{\mathrm{SG}}=\frac{T_{\mathrm{FL}}}{T_{\mathrm{DU}}+T_{\mathrm{GM}}+T_{\mathrm{TA}}+T_{\mathrm{CM}}+T_{\mathrm{PM}}+T_{\mathrm{AB}}+T_{\mathrm{SM}}}$

其中，r_SG为出动架次率；T_FL为飞机每天能飞行的小时数；T_DU为飞机平均每次飞行的小时数；T_GM为飞机地面滑行时间；T_TA为飞机再次出动准备时间；T_CM为飞机每出动架次的平均修复性维修时间；T_PM为飞机每出动架次的平均预防性维修时间；T_AB为每出动架次的平均战斗损伤修理时间；T_SM为每出动架次的平均补给时间。

b)采用可靠性系统仿真法：该可靠性系统仿真法是通过可靠性系统仿真模型计算，得出军用飞机出动架次率指标。

(3)军用飞机任务可靠度的确定可采用相似产品类比法或作战仿真法，各方法的具体实施情况如下：

a)采用相似产品类比法：该相似产品类比法是通过对现役军用飞机的信息数据统计，分析现役军用飞机的相应参数达到的水平，从而确定军用飞机任务可靠度指标。

b)采用作战仿真法：该作战仿真法是通过作战对抗仿真，分析军用飞机可靠性水平对作战的影响，得出满足作战需求的军用飞机任务可靠度。

其中，在步骤2中所述的数值分解法和仿真分解法：用于将军用飞机可靠性顶层参数指标使用可用度进行分解得到军用飞机的可靠性参数指标的目标值。这两种方法的具体情况如下：

(1)采用数值分解法：该数值分解法是通过军用飞机使用可用度模型结合数值分析的方法，确定军用飞机的平均维修间隔时间(MTBM)和平均维修时间(MMT)。军用飞机的使用可用度模型定义如下：

$A_O=1-\frac{\mathrm{MMT}+\mathrm{MLDT}\×\mathrm{kd}}{\mathrm{MTBM}\·\mathrm{TT}}\·\mathrm{OT}$

其中，A_O为军用飞机使用可用度；MMT为军用飞机平均维修时间；MTBM为军用飞机是平均维修间隔时间；MLDT为军用飞机平均保障延误时间；TT为军用飞机总使用时间；OT为军用飞机工作时间；kd为军用飞机保障延误次数与维修延误次数的比率。

该数值分解法的具体步骤如下：

a)确定基本数据：该基本数据包括军用飞机总使用时间、单架飞机年飞行小时数、飞机整机运行比、保障延误次数与维修延误次数的比率和使用可用度(A_O)；

b)给定平均维修间隔时间(MTBM)和平均维修时间(MMT)的范围及变化步长；

c)根据使用可用度的模型，针对每个不同的平均维修时间(MMT)计算A_O-MTBM曲线；

d)根据需要分解的实际使用可用度值，计算在不同的平均维修时间(MMT)下的A_O-MTBM曲线上对应的点，得到在一定使用可用度下平均维修间隔时间(MTBM)和平均维修时间(MMT)的组合；

e)根据国内外军用飞机实际指标情况，从不同的平均维修间隔时间(MTBM)和平均维修时间(MMT)的组合中选择一组作为分解值。

(2)仿真分解法：该方法通过对军用飞机的任务事件，预防性维修事件，故障事件，修理仿真事件，供应保障事件等事件进行仿真得到大量仿真数据，根据这些数据统计分析得到军用飞机的平均维修间隔时间(MTBM)、平均维修时间(MMT)和平均保障延误时间(MLDT)。

其中，在步骤2中所述的目标值：是指期望装备达到的使用指标，它既能满足装备的使用需求，又可使装备达到最佳的效费比。

其中，在步骤3中所述的门限值：是指装备必须达到的使用指标，它能满足装备的使用需求。

其中，在步骤3中所述的杜安(Duane)模型是由美国J.T.Duane经大量试验提出：产品在可靠性增长试验中，累积故障率对于累积试验时间，在双对数坐标纸上趋近一条直线，即：

lnM(t)＝mlnt-lna

其中，M(t)为目标值；t为试验时间；a为门限值；m为增长率。

其中，在步骤4中所述的使用指标是指根据武器装备的作战使命和任务需求，期望在未来的现场实际作战使用中能够实现的可靠性指标。

其中，在步骤4中所述的合同指标是指在装备研制合同中规定的，作为研制单位进行设计和验证考核依据的指标。

其中，在步骤4中所述的模型转换法是指采用统计经验法建立合同指标与使用指标之间的线性或非线性关系，从而得到转换模型。军用飞机可靠性使用参数与合同参数转换模型有四种：平均故障间隔时间(MTBF)和平均故障间隔飞行小时(MFHBF)间的转换、任务可靠度(R_M)和平均致命故障间隔时间(MTBCF)间的转换、平均维修间隔时间(MTBM)与平均故障间隔时间(MTBF)间的转换、平均维修间隔时间(MTBM)与平均故障间隔飞行小时(MFHBF)之间的转换。这四种模型的具体情况如下：

a)平均故障间隔时间和平均故障间隔飞行小时之间的转换模型：

$\mathrm{MTBF}=K_2\×K_e\×\mathrm{MFHBF}=\frac{T_{\mathrm{OH}}}{T_{\mathrm{FH}}}\×K_e\×\mathrm{MFHBF}$

其中，MTBF为平均故障间隔时间；MFHBF为平均故障间隔飞行小时；K₂为产品工作时间与飞机工作时间的比值；T_OH为产品工作时间；T_FH为飞行时间；K_e为环境因子。该模型在实际使用当中仅考虑运行比的影响，环境因子一般默认为1。

b)任务可靠度和平均致命故障间隔时间之间的转换模型：

$R_M=e^{-\frac{T}{\mathrm{MTBCF}}}$

其中，R_M为任务可靠度；MTBCF为平均致命故障间隔时间；T为飞机执行任务时间。

c)平均维修间隔时间和平均故障间隔时间之间的转换模型：

$\mathrm{MTBM}=\frac{\mathrm{MTBF}}{1+f_p\×\mathrm{MTBF}}$

其中，MTBM为平均维修间隔时间；MTBF为平均故障间隔时间；f_p为预防性维修的频率。

d)平均维修间隔时间和平均故障间隔飞行小时之间的转换模型：

$\mathrm{MTBM}=\frac{k_2\×\mathrm{MFHBF}}{1+f_p\×k_2\×\mathrm{MFHBF}}$

其中，MTBM为平均维修间隔时间；MFHBF为平均故障间隔飞行小时；k₂为产品工作时间与飞机工作时间的比值；f_p为预防性维修的频率。

其中，在步骤5中所述的层次分析法、方案优序法、质量评价法，其具体情况如下：

(1)层次分析法：该方法是一种定性评价与定量评价相结合的综合评价方法。该方法通过建立层次结构、建立判断矩阵、进行综合权衡这三步实现对方案的权衡。建立层次结构时，根据所评价的对象，将所包含的因素分组，每一组作为一个层次。按照最高层，若干有关的中间层和最低层的形式排列起来。建立的判断矩阵是用于表示针对上一层次某元素，本层次有关元素间相对重要性的状况。进行综合权衡时首先进行单层次排序即根据判断矩阵计算对于上一层某元素而言，本层次与之有联系的元素重要性的权值，然后进行层次总排序即利用同一层次中所有层次单排序的结果，计算针对上一层次而言本层次所有元素重要性的权值。

(2)方案优序法：该方法是将所有方案针对每个评价指标进行一次优劣排序，再通过对其优序数的计算，进行综合权衡。

(3)质量评价法：该方法是通过分析每个方案对不同质量特性的属性值，然后计算各方案的相对效应值，继而进行方案的优劣权衡。

(三)本发明优点：

(1)本发明在考虑充分性、必要性、符合工程习惯、可论证性、可设计性、可验证性的原则基础上根据军用飞机的特点选取了较完整的军用飞机可靠性参数进行定量要求论证，改变了以往论证技术中参数不完整、所提参数的概念不明确的缺陷；

(2)本发明针对军用飞机装备的特点，从军用飞机可靠性参数定量要求论确定、参数体系的形成、指标的确定、优化等出发，提供了一种科学、规范化的军用飞机可靠性定量要求论证方法。

四、附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为××型飞机寿命剖面图；

图3为××型飞机组成图；

图4为××型飞机空对空作战剖面图；

图5为××型飞机空对地作战剖面图；

图中符号说明如下：

M₁、M₂、M₃、M₄、M₅、M₆均表示一定的马赫数；

t₁、t₂、t₃、t₄、t₅、t₆、t₇均表示一定的时间数据；

h₁、h₂均表示一定的高度数据。

五、具体实施方式

本发明一种军用飞机可靠性定量要求论证方法以军用飞机的基本信息为前提，这些基本信息为立项背景及任务需求、装备基本情况、使用方案、初始保障方案、国内外相似军用飞机可靠性水平信息。各方面信息包含的内容具体如下：

1)立项背景及任务需求描述军用飞机的研制立项背景及使命任务；

2)军用飞机基本情况描述军用飞机的基本组成和主要功能；

3)使用方案信息是根据军用飞机研制的任务需求或者其假设的使用想定确定使用方案，明确具体使用要求，并在此基础上详细拟定寿命剖面，并且对任务周期、环境应力和处于各种环境中的时间给出定量数值。由于军用飞机在寿命期内担负多种任务，必须要制定详细的典型任务剖面。制定任务剖面时应选择最具代表性的几项任务进行描述，这几项任务应尽可能覆盖军用飞机系统的各种功能。在描述典型任务剖面时应将完成任务整个过程中的各种事件的时序、整个过程环境变化等交待清楚；

4)初始保障方案描述军用飞机基本的维修、保障方案；

5)国内外相似军用飞机可靠性参数水平是指开展深入的调研和分析工作，了解并掌握国内外同类型军用飞机的详细情况，经论证分析后，选择已有的相似军用飞机作为参考。

如图1所示，本发明一种军用飞机可靠性定量要求论证方法，其步骤如下：

步骤1，确定军用飞机可靠性顶层参数指标：通过分析军用飞机的基本信息及影响军用飞机可靠性水平的因素，将军用飞机使用要求转化成军用飞机可靠性顶层参数的指标。本发明中军用飞机可靠性顶层参数采用使用可用度(A_O)、出动架次率(r_SG)和任务可靠度(R_m)。使用可用度、出动架次率和任务可靠度的指标确定依据军用飞机使用要求及军用飞机结构特性可采用使用统计法、作战仿真法、相似产品类比法、专家打分法、可靠性系统仿真法中的一种或数种方法进行确定。军用飞机使用可用度可采用相似产品类比和德尔菲法相结合的方法或作战仿真法进行确定；军用飞机出动架次率可采用使用统计法和可靠性系统仿真法进行确定；军用飞机任务可靠度可采用相似产品类比法和作战仿真法进行确定。

步骤2，对军用飞机可靠性顶层参数进行分解：采用数值分解法或仿真分解法，将军用飞机使用可用度进行分解得到军用飞机的平均维修间隔时间(MTBM)、平均维修时间(MMT)、平均保障延误时间(MLDT)的指标，即为可靠性参数的目标值。

步骤3，确定军用飞机可靠性参数门限值：军用飞机的可靠性参数门限值是军用飞机必须达到的使用指标，它能满足装备的使用要求，是确定最低可接收值的依据。根据步骤2得到的可靠性参数目标值采用杜安(Duane)模型确定军用飞机可靠性参数门限值。基于杜安(Duane)模型的可靠性指标门限值的确定需要进行以下五个步骤操作：(1)确定新研制军用飞机成熟期。军用飞机从设计定型到成熟期有相当长的一段时间，这段时间因不同军用飞机而长短不一，可以根据工程经验确定；(2)确定影响军用飞机可靠性增长率的因素。影响军用飞机的可靠性增长率的因素包括：军用飞机的复杂程度、进度要求、技术能力、技术成熟度、研制经费、部队使用后改进经费投入、部队使用强度、研制阶段试验强度等；(3)采用简单评分法或层次分析法计算各因素对于可靠性增长的权重系数；(4)利用评判法对影响因素的进行综合评判并计算增长率；(5)利用杜安(Duane)模型式计算门限值。

步骤4，军用飞机可靠性使用指标转换为合同指标：步骤3得到的是根据武器装备的作战使命和任务需求，期望在未来的现场实际作战使用中能够实现的可靠性指标，它是军用飞机的可靠性使用指标。该步骤是通过模型转换法将军用飞机使用指标转换成军用飞机研制合同中规定的，作为研制单位进行设计和验证考核依据的可靠性合同指标。

步骤5，军用飞机可靠性参数指标的综合权衡：本发明提供三种不同的方法进行权衡，对多个军用飞机可靠性参数指标方案进行综合权衡分析，从而确定最优方案。这三种方法分别为：层次分析法、方案优序法和质量评价法。其中，(1)层次分析法进行方案的权衡分为三个步骤：建立层次结构、建立判断矩阵、进行综合权衡；(2)方案优序法是将所有方案针对每个评价指标进行一次优劣排序，再通过对其优序数的计算，进行综合权衡；(3)质量评价法是通过分析每个方案对不同质量特性的属性值，然后计算各方案的相对效应值，继而进行方案的优劣权衡。

步骤6，对军用飞机可靠性参数指标的技术经济可行性进行分析：(1)对军用飞机可靠性参数指标的技术可行性分析时首先应掌握该武器装备所提的可靠性参数参数体系及其指标值，然后采用工程经验或相似装备类比的方法展开分析。(2)对军用飞机可靠性参数指标的经济可行性分析时逐个分析可靠性参数指标对寿命周期费用的影响，以确定所提出的可靠性参数指标是否在经济上可以承受。如果经过步骤6分析后认为军用飞机可靠性参数指标在技术或经济上缺乏可行性，则需要重复步骤1到步骤6的操作，直到得到满意的结果。

兹举实施案例如下：

本案例以××型飞机为例，陈述本发明一种军用飞机可靠性定量要求论证方法的应用。

该案例基本信息情况如下：

(1)立项背景及任务需求：

为提高××型飞机的可靠性、维修性、保障性的水平，××型飞机的可靠性论证工作得以开展。

该××型飞机主要作战对象有：歼击轰炸机、歼击机、强击机、侦察机、无人机、巡航导弹，以及敌地(海)面重要目标等。

该××型飞机的主要作战方式有：超视距攻击、近距空战、空面攻击。

该××型飞机服役时的主要自然环境有：应能在昼间和夜间、一般和复杂气象条件下，执行训练和作战任务；应能在我国高温、高寒和高原地区机场起降使用；应能耐受湿热、霉菌和盐雾的侵蚀；应能满足在砂尘、降雨和大风等复杂气象条件下的停放。

(2)军用飞机基本情况：

××型飞机的组成如图3所示。

(3)使用方案信息：

××型飞机寿命剖面图如图2所示。根据××型飞机任务需求分析可知该型飞机执行的任务可分为空对空作战任务和空对地作战任务。××型飞机空对空作战任务剖面如图4所示，空对地作战任务剖面如图5所示。

(4)初始保障描述信息：

××型飞机的维修体制，与其他军用飞机相似，采用三级维修制度。其中：

一级维修为外场级维修，由外场中队承担的维修，主要包括：按飞机使用维护资料的规定完成日常的维护、保养、周期性检查和一般保障勤务。

二级维修为中间级维修，由团修理厂承担的维修，主要包括：按飞机使用维护资料的规定完成定期的预防性维修工作；完成飞机的小修和局部喷漆，部分设备、机件的中修、小修及简单零件的制作，部分工具设备的检修和简单工具的制作等。

三级维修由航空修理厂承担的维修，主要包括：飞机、发动机、设备达到使用时限，按照技术标准全面恢复其技术性能，再次给定使用时限的翻新修理以及战时的应急修理。

(5)国内外相似军用飞机可靠性参数水平信息：

与××型飞机相似的军用飞机有美军的F-15战斗机，其部分可靠性参数水平如表1所示。

表1国内外相似军用飞机的部分可靠性参数水平

在以上××型飞机的基本信息的基础上，进行××型飞机可靠性参数的确定工作。

案例实施流程为上述六个步骤。针对本案例，步骤一得到的军用飞机可靠性顶层参数指标为：军用飞机使用可用度为0.92，军用飞机出动架次率为3，军用飞机任务可靠度为0.95；通过步骤二、步骤三、步骤四、步骤五、步骤六后，得到了军用飞机可靠性参数最终可靠性参数指标数据，具体情况如下：

军用飞机使用可用度A_O＝0.92；

军用飞机出动架次率r_SG＝3；

军用飞机任务可靠度R_m＝0.95；

平均维修间隔时间MTBM＝1.7小时；

平均维修时间MMT＝3.5小时；

平均保障延误时间MLDT＝3小时。

Claims (9)

1.一种军用飞机可靠性定量要求论证方法，该方法是以军用飞机的基本信息为前提，这些基本信息包括立项背景及任务需求、军用飞机基本情况、使用方案、初始保障方案和国内外相似军用飞机可靠性水平信息；其特征在于：该方法的具体步骤如下：

步骤1，确定军用飞机可靠性顶层参数指标：通过分析军用飞机的基本信息及影响军用飞机可靠性水平的因素，将军用飞机使用要求转化成军用飞机可靠性顶层参数的指标；该军用飞机可靠性顶层参数是指军用飞机订购方根据使用需求提出的影响军用飞机效能的可靠性参数，它包括有使用可用度、出动架次率和任务可靠度；使用可用度、出动架次率和任务可靠度的指标确定依据军用飞机使用要求及军用飞机结构特性采用使用统计法或作战仿真法或相似产品类比法或专家打分法或可靠性系统仿真法进行确定；

步骤2，对军用飞机可靠性顶层参数进行分解：采用数值分解法或仿真分解法，将军用飞机使用可用度进行分解得到军用飞机的平均维修间隔时间即MTBM、平均维修时间即MMT和平均保障延误时间即MLDT的指标，即为可靠性参数的目标值；

步骤3，确定军用飞机可靠性参数门限值：根据步骤2得到的可靠性参数目标值，采用杜安模型确定军用飞机可靠性参数门限值；

步骤4，军用飞机可靠性使用指标转换为合同指标：步骤3得到的军用飞机可靠性参数指标是军用飞机的可靠性使用指标；该步骤是通过模型转换法将军用飞机使用指标转换成军用飞机可靠性合同指标；

步骤5，军用飞机可靠性参数指标的综合权衡：采用层次分析法、方案优序法和质量评价法对军用飞机可靠性参数指标方案进行综合权衡分析，从而确定最优的军用飞机可靠性参数指标方案；

步骤6，对军用飞机可靠性参数指标的技术经济可行性进行分析：(1)对军用飞机可靠性参数指标的技术可行性分析时首先应掌握该军用飞机所提的可靠性参数体系及其指标值，然后采用工程经验或相似产品类比的方法展开分析；(2)对军用飞机可靠性参数指标的经济可行性分析时逐个分析可靠性参数指标对寿命周期费用的影响，以确定所提出的可靠性参数指标是否在经济上能够承受；如果经过步骤6分析后认为军用飞机可靠性参数指标在技术或经济上缺乏可行性，则需要重新进行步骤1到步骤6的操作，直到得到满意的结果。

2.根据权利要求1所述的一种军用飞机可靠性定量要求论证方法，其特征在于：在步骤1中所述的“基本信息”，是指下列基本信息基础上进行的，该基本信息包括有：(1)立项背景及任务需求信息：是用于描述军用飞机的研制立项背景及使命任务信息；(2)军用飞机基本情况信息：用于描述军用飞机的基本组成和主要功能；(3)使用方案信息：是根据军用飞机研制的任务需求或者其假设的使用想定确定使用方案，明确具体使用要求，并在此基础上详细拟定寿命剖面，并且对任务周期、环境应力和处于各种环境中的时间给出定量数值；(4)初始保障方案：是用于描述军用飞机基本的维修、保障方案；(5)国内外相似军用飞机可靠性水平信息：是指开展深入的调研和分析工作，了解并掌握国内外同类型军用飞机的详细情况，经论证分析后，选择相似军用飞机作为参考。

3.根据权利要求1所述的一种军用飞机可靠性定量要求论证方法，其特征在于：在步骤1中所述的使用可用度、出动架次率和任务可靠度的指标确定方法，是指使用统计法、作战仿真法、相似产品类比法、专家打分法、可靠性系统仿真法中的一种或复数种。

4.根据权利要求3所述的一种军用飞机可靠性定量要求论证方法，其特征在于：该使用可用度的确定采用的方法具体如下：

a)采用相似产品类比和德尔菲法相结合的方法：该相似产品类比和德尔菲法相结合的方法选用相似军用飞机作为相似产品，采用相似产品类比和德尔菲法相结合的方法进行指标确定工作，其结果如下：

$A_O=A_{\mathrm{OS}}(\frac{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{n_{i1}}}{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{s_{i1}}}{w}_1+\underset{j=2}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}\left(\frac{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{n}_{\mathrm{ij}}}{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{s}_{\mathrm{ij}}}\right)w_j)$

其中，Ao为军用飞机使用可用度；Aos为相似军用飞机使用可用度；w₁为第1个影响因素的权重；w_j为第j个影响因素的权重；n_i1为第i个专家给军用飞机第1个影响因素打的分数；n_ij为第i个专家给军用飞机第j个影响因素打的分数；s_i1为第i个专家给相似军用飞机第1个影响因素打的分数；s_ij为第i个专家给相似军用飞机第j个影响因素打的分数；k为影响军用飞机使用可用度因素的个数；m为打分专家的位数；

b)采用作战仿真法：该作战仿真法是通过作战对抗仿真，分析军用飞机可靠性水平对作战的影响，得出满足作战需求的使用可用度。

5.根据权利要求3所述的一种军用飞机可靠性定量要求论证方法，其特征在于：该出动架次率的确定采用的方法具体如下：

a)采用使用统计法：该使用统计法是指采用使用统计计算式计算出动架次率，计算式如下：

$r_{\mathrm{SG}}=\frac{T_{\mathrm{FL}}}{T_{\mathrm{DU}}+T_{\mathrm{GM}}+T_{\mathrm{TA}}+T_{\mathrm{CM}}+T_{\mathrm{PM}}+T_{\mathrm{AB}}+T_{\mathrm{SM}}}$

其中，r_SG为出动架次率；T_FL为飞机每天能飞行的小时数；T_DU为飞机平均每次飞行的小时数；T_GM为飞机地面滑行时间；T_TA为飞机再次出动准备时间；T_CM为飞机每出动架次的平均修复性维修时间；T_PM为飞机每出动架次的平均预防性维修时间；T_AB为每出动架次的平均战斗损伤修理时间；T_SM为每出动架次的平均补给时间；

b)采用可靠性系统仿真法：该可靠性系统仿真法通过可靠性系统仿真模型计算，得出军用飞机出动架次率的指标。

6.根据权利要求3所述的一种军用飞机可靠性定量要求论证方法，其特征在于：该任务可靠度的确定采用的方法具体如下：

a)采用相似产品类比法：该相似产品类比法通过对现役军用飞机的信息数据统计，分析现役军用飞机的相应参数达到的水平，从而确定军用飞机任务可靠度指标；

b)采用作战仿真法：该作战仿真法通过作战对抗仿真，分析军用飞机可靠性水平对作战的影响，得出满足作战需求的军用飞机任务可靠度。

7.根据权利要求1所述的一种军用飞机可靠性定量要求论证方法，其特征在于：在步骤2中所述的数值分解法和仿真分解法：是用于将军用飞机可靠性顶层参数指标使用可用度进行分解得到军用飞机的可靠性参数指标的目标值；这两种方法的具体情况如下：

(1)数值分解法：该数值分解法是通过军用飞机使用可用度模型结合数值分析的方法，确定军用飞机的平均维修间隔时间即MTBM和平均维修时间即MMT；军用飞机的使用可用度模型定义如下：

$A_O=1-\frac{\mathrm{MMT}+\mathrm{MLDT}\×\mathrm{kd}}{\mathrm{MTBM}\·\mathrm{TT}}\·\mathrm{OT}$

其中，A_O为军用飞机使用可用度；MMT为军用飞机平均维修时间；MTBM为军用飞机是平均维修间隔时间；MLDT为军用飞机平均保障延误时间；TT为军用飞机总使用时间；OT为军用飞机工作时间；kd为军用飞机保障延误次数与维修延误次数的比率；

该数值分解法的具体步骤如下：

a)确定基本数据：该基本数据包括军用飞机总使用时间、单架飞机年飞行小时数、飞机整机运行比、保障延误次数与维修延误次数的比率和使用可用度即A_O；

b)给定平均维修间隔时间即MTBM和平均维修时间即MMT的范围及变化步长；

c)根据使用可用度的模型，针对每个不同的平均维修时间即MMT计算A_O-MTBM曲线；

d)根据需要分解的实际使用可用度值，计算在不同的平均维修时间即MMT下的A_O-MTBM曲线上对应的点，得到在预定的使用可用度下平均维修间隔时间即MTBM和平均维修时间即MMT的组合；

e)根据国内外军用飞机实际指标情况，从不同的平均维修间隔时间即MTBM和平均维修时间即MMT的组合中选择一组作为分解值；

(2)仿真分解法：该方法通过对军用飞机的任务事件，预防性维修事件，故障事件，修理仿真事件，供应保障事件等事件进行仿真得到大量仿真数据，根据这些数据统计分析得到军用飞机的平均维修间隔时间即MTBM、平均维修时间即MMT和平均保障延误时间即MLDT。

8.根据权利要求1所述的一种军用飞机可靠性定量要求论证方法，其特征在于：在步骤4中所述的模型转换法是指采用统计经验法建立合同指标与使用指标之间的线性或非线性关系，从而得到转换模型；军用飞机可靠性使用参数与合同参数转换模型有四种：平均故障间隔时间即MTBF和平均故障间隔飞行小时即MFHBF间的转换、任务可靠度即R_M和平均致命故障间隔时间即MTBCF间的转换、平均维修间隔时间即MTBM与平均故障间隔时间即MTBF间的转换、平均维修间隔时间即MTBM与平均故障间隔飞行小时即MFHBF之的转换；这四种模型的具体情况如下：

a)平均维修间隔时间与平均故障间隔飞行小时之间的转换模型：

$\mathrm{MTBF}=K_2\×K_e\×\mathrm{MFHBF}=\frac{T_{\mathrm{OH}}}{T_{\mathrm{FH}}}\×K_e\×\mathrm{MFHBF}$

其中，MTBF为平均故障间隔时间；MFHBF为平均故障间隔飞行小时；K₂为产品工作时间与飞机工作时间的比值；T_OH为产品工作时间；T_FH为飞行时间；K_e为环境因子；该模型在实际使用当中仅考虑运行比的影响，环境因子默认为1；

b)任务可靠度和平均致命故障间隔时间之间的转换模型：

$R_M=e^{-\frac{T}{\mathrm{MTBCF}}}$

其中，R_M为任务可靠度；MTBCF为平均致命故障间隔时间；T为飞机执行任务时间；

c)平均维修间隔时间和平均故障间隔时间之间的转换模型：

$\mathrm{MTBM}=\frac{\mathrm{MTBF}}{1+f_p\×\mathrm{MTBF}}$

其中，MTBM为平均维修间隔时间；MTBF为平均故障间隔时间；f_p为预防性维修的频率；

d)平均维修间隔时间和平均故障间隔飞行小时之间的转换模型：

$\mathrm{MTBM}=\frac{k_2\×\mathrm{MFHBF}}{1+f_p\×k_2\×\mathrm{MFHBF}}$

其中，MTBM为平均维修间隔时间；MFHBF为平均故障间隔飞行小时；k₂为产品工作时间与飞机工作时间的比值；f_p为预防性维修的频率。

9.根据权利要求1所述的一种军用飞机可靠性定量要求论证方法，其特征在于：在步骤5中所述的层次分析法、方案优序法、质量评价法，其具体情况如下：

(1)层次分析法：该方法是一种定性评价与定量评价相结合的综合评价方法。该方法通过建立层次结构、建立判断矩阵、进行综合权衡这三步实现对方案的权衡；建立层次结构时，根据所评价的对象，将所包含的因素分组，每一组作为一个层次；按照最高层，有关的中间层和最低层的形式排列起来；建立的判断矩阵是用于表示针对上一层次某元素，本层次有关元素间相对重要性的状况；进行综合权衡时首先进行单层次排序即根据判断矩阵计算对于上一层某元素而言，本层次与之有联系的元素重要性的权值，然后进行层次总排序即利用同一层次中所有层次单排序的结果，计算针对上一层次而言本层次所有元素重要性的权值；

(2)方案优序法：该方法是将所有方案针对每个评价指标进行一次优劣排序，再通过对其优序数的计算，进行综合权衡；

(3)质量评价法：该方法是通过分析每个方案对不同质量特性的属性值，然后计算各方案的相对效应值，继而进行方案的优劣权衡。

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