CN102880808A - 一种雷达结构维修性综合评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种雷达结构维修性综合评价方法，其包括以下步骤：1）确定维修事件和维修作业的种类和数量；2）确定维修方案和部件模块的故障率；3）通过维修过程虚拟仿真，计算维修事件单个影响因素量化值；4）计算雷达结构单个影响因素量化值；5）确定评语集，计算雷达结构机构系统/部件模块因素模糊评价矩阵；6）计算雷达结构系统/部件模块维修度模糊评价矩阵。本发明的优点在于：通过维修过程仿真，确定维修性影响因素量化方法，定性与定量地分析评价雷达结构的维修性设计，分析维修性设计薄弱环节，指导改进设计，为地面高机动雷达结构工程方案研制阶段提供准确、客观的维修性评价方法。

Description

一种雷达结构维修性综合评价方法

技术领域

本发明属于维修性设计领域，是一种面向工程研制阶段雷达结构维修性设计评价方法。

背景技术

维修性评价一般指为确定产品在实际使用、维修与保障条件下的维修性所进行的实验与评定工作，包括定性评价与定量评定两种方法。传统的地面高机动雷达结构维修性评价都是通过在维修性物理样机或产品本身上进行实际维修作业或维修作业演示来完成的，而在工程研制阶段，不可能在物理样机或产品本身上进行维修作业，且由于成本较高，也难以普遍推广。本发明以虚拟环境下的地面高机动雷达结构数字样机为对象，开展维修过程虚拟仿真，研究维修性综合评价方法，以便于在工程研制阶段就能对设计方案进行维修性分析，及早发现维修性设计的缺陷，提出改进措施，提高雷达结构维修性水平。

基于虚拟维修的维修性评价方法目前国内外已有研究，但直接应用于工程上的案例较少；其次，现有的维修性评估与评价方法大多停留在定性分析层面，涉及到定量分析时考虑的因素往往与产品对象特点密切相关，且因素的量化方法带有很强的主观性，难以准确、客观地描述维修过程。例如在拆卸简易性量化方面，文献[1-3]提出以可达系数k和拆卸代价V描述民机维修过程的拆卸简易性，但存在描述不准确、对人经验依赖性高等缺点，具体为：

由于基本维修作业之间本身存在很大差异，不同基本维修作业时间相差很大，因而用基本维修作业数量表示的可达性系数并不能准确反映拆卸可达性的优劣。而拆卸代价V是由维修性设计人员与维修专家根据部件模块和联接件的体积、重量、拆卸工具与设备、拆卸方式等综合判定后得到，对设计人员和维修人员的经验依赖性较高。在可视性方面，文献[1，4，5]提出目前有建立可视锥和根据维修对象处于人视觉范围区域等方法对某一维修动作进行量化，同时根据层次分析法和专家打分法确定各维修动作对整个维修过程视觉可达性影响权重，存在量化不准确、主观影响大等缺陷。在人素工程量化方面，RULA准则可对维修人员动作的舒适度进行快速评价，在工程中已得到广泛应用，但RULA准则分析评价对象是维修人员某一特定姿势，而无法对整个维修过程进行人体姿态舒适度评价。同时，维修工具对产品维修性设计有重要影响，目前还未有较为准确的维修工具量化方法。因此如何尽可能准确、客观地量化虚拟维修过程中维修因素，进而对地面高机动雷达维修性进行定量综合评价，成为迫切需要突破的问题。

参考文献：

[1]陆中，孙有朝.基于模糊多属性决策理论的虚拟产品维修性评价模型研究[J].中国工程机械，2009，20（24）：2978-2983.

[2]陆中.民用飞机维修性并行设计关键技术研究[D].南京航空航天大学博士论文，2009.

[3]孙有朝，邓华伟.虚拟环境下民用飞机维修性评估与验证技术[J].交通运输工程学报，2006，6（1）：93-97.

[4]曾毅，尚建忠，曹玉君等.维修性设计中的可视性评价方法研究[J].工程图学学报，2009（1）：70-74.

[5]崔晓风，项昌乐，王战军等.特种车辆维修视觉可达性评价方法研究[J].计算机仿真，2011，28（3）：349-353.

[6]于海全,彭高亮,刘文剑.基于虚拟环境的维修性信息模型的建立[J].兵工学报，2010，31（7）：998-1002.

发明内容

本发明的目的是提供一种基于虚拟维修的地面高机动雷达结构维修性综合评价方法，通过维修过程仿真，确定维修性影响因素量化方法，定性与定量地分析评价雷达结构部件的维修性设计，分析维修性设计薄弱环节，指导改进设计，为地面高机动雷达结构工程方案研制阶段提供准确、客观的维修性评价方法。

本发明通过如下技术方案予以实现：一种雷达结构维修性综合评价方法，其包括以下步骤：

1）将评价对象部件模块维修过程定义为维修事件，维修事件中已故障部件模块的更换过程定义为维修作业，按顺序完成维修事件所实施的各项作业定义为基本维修作业，分析评价对象结构组成关系，确定维修事件和维修作业的种类和数量；

2）规划评价对象维修过程，确定维修路径和对应的维修工具，形成维修方案，并搜集数据得到维修事件对应部件模块的故障率；

3）对维修事件进行虚拟仿真，针对地面的机动雷达结构系统特色确定维修性评价主要影响因素，计算第i个部件模块第j个影响因素量化值U_ij，其中i=1，2，……，n，n表示为评价对象部件模块的数量且为正整数；j=1，2，……，m，m为确定的维修性评价影响因数个数且为正整数；

4）将U_ij与维修事件对应部件模块故障率加权计算，得到雷达结构系统第j个影响因素量化值M_j；

，式中：M_j为雷达结构系统第j个影响因素量化值；λ_i为第i个部件模块的故障率；

5）确定维修性评语集V={v₁，v₂，……，v_s}，（s为评语集内元素的数量）及隶属度函数，计算U_ij对应的第i个部件模块第j个影响因素模糊评价矩阵P_ij以及M_j对应的雷达结构系统第j个影响因素模糊评价矩阵A_j，P_ij和A_j均为1×s阶矩阵；

6）确定维修性评价影响因素权重矩阵，加权计算得到雷达结构系统/部件模块维修度模糊评价矩阵：

，

，式中：M为雷达结构系统维修度模糊评价矩阵，是一个1×s阶矩阵；P_i为第i个部件模块维修度模糊评价矩阵，是一个1×s阶矩阵；ω为维修性评价影响因素权值矩阵，是一个1×m阶矩阵。

作为上述方案的进一步改进，该步骤1）具体包括以下步骤：读取评价对象装配约束关系，分析其结构形式，在基层维修背景和换件维修情况下，确定可更换部件模块的种类和数量，进而获得该评价对象的维修过程对应的维修事件和维修作业数量。

作为上述方案的进一步改进，该步骤2）具体包括以下步骤：2.1）规划部件模块维修过程，形成维修方案，确定维修路径、维修工具以及相应的维修作业顺序；2.2）搜集以往相似产品历史经验数据，统计得到维修事件对应部件模块的故障率。

作为上述方案的进一步改进，该步骤3）具体包括以下步骤：3.1)结合地面的机动雷达结构特点，对维修性评价影响因素进行分析、归类，确定标准化与模块化、简易设计、防差错设计、拆卸简易性、人素工程、维修工具七项主要影响因素；3.2）对部件模块维修过程进行虚拟仿真，计算第i个部件模块第j个影响因素量化值U_ij。

作为上述方案的进一步改进，j的最大值为7时，该步骤3.2）具体包括以下步骤：

3.2.1）标准化与互换性量化，标准化与互换性反映雷达结构系统的标准化与互换性程度，可采用标准化系数描述：

，式中：U_i1为雷达结构系统的标准化系数；∑₁为标准件数量；∑₂为通用件数量；∑₃为模块件数量；∑为雷达结构系统零部件总数；

3.2.2）简化设计量化，

，式中：U_i2为评价对象结构系统简化设计量化值，n_o为评价对象结构系统满足GJB/Z91-1997表1中的条目数量，n_s为评价对象结构系统适用的该表1条目数量；

3.2.3）防差错设计量化，

，式中：U_i3为评价对象结构系统防差错设计量化值，B_o为评价对象结构系统满足GJB/Z91-1997表12中的条目数量，B_s为评价对象结构系统适用的该表12条目数量；

3.2.4）拆卸简易性量化，拆卸简易性反映部件模块拆除的难易程度，可用拆卸效率η来描述：

，式中：U_i4为第i个部件模块对应的拆卸效率；T₀为拆卸部件模块本身所需维修作业对应的MOD的标准时间数值，T_s为拆卸部件模块附加的维修作业对应的MOD的标准时间数值；

3.2.5）可视性评价量化，可视性用来表示维修人员在维修过程中是否可以清晰看到待维修部件，采用以下方法进行量化：根据部件模块某一基本维修作业过程中部件模块处于人体双眼的区域进行量化，并与基本维修作业对应的MOD标准时间数值加权计算，得到部件模块维修过程可视性评分值随时间的变化曲线，取其平均值作为该部件模块人素工程量化值，具体为：

，式中：U_i5为第i个部件模块维修过程可视性量化值；L_iq为第i个部件模块第q项基本维修作业对应的可视性量化值；T_iq为第i个部件模块第q项基本维修作业对应的MOD标准时间；K_i为第i个部件模块基本维修作业数量；

3.2.6）人素工程量化，人素工程研究维修中人的各种因素与装备的关系，以提高维修工作的效率，采用快速上肢评价RULA方法对维修过程人体姿势、身体负载进行评估，针对RULA方法只能对某一特定姿势进行评价，维修过程的人素工程量化采用以下方法：选择部件模块基本维修作业典型姿态进行RULA分析，与基本维修作业对应的MOD标准时间数值加权计算，得到部件模块维修过程RULA评分值随时间的变化曲线，取其平均值作为该部件模块人素工程量化值，具体为：

，式中：U_i6为第i个部件模块对应的人素工程量化值；R_iq为第i个部件模块第q项基本维修作业典型姿态RULA分析值；

3.2.7）维修工具，维修工具反映维修过程对产品外部因素的依赖程度，根据“尽可能减少保障设备和工具的数量”的原则，第i个部件模块维修工具量化值U_i7可采用以下方法进行量化：根据步骤2.1）得到维修事件对应的维修工具，定义在基层维修背景下：

若不少于95%的基本维修作业都能利用基层的设施和标配的工具箱完成，则取值为1；

若80%-95%基本维修作业都能利用基层的设施和标配的工具箱完成，则取值为2；

若60%-80%基本维修作业都能利用基层的设施和标配的工具箱完成，则取值为3；

若40%-60%基本维修作业都能利用基层的设施和标配的工具箱完成，则取值为4；

若20%-40%基本维修作业都能利用基层的设施和标配的工具箱完成，则取值为5；

若5%-20%基本维修作业都能利用基层的设施和标配的工具箱完成，则取值为6；

若仅有0-5%基本维修作业能利用基层的设施和标配的工具箱完成，则取值为7。

作为上述方案的进一步改进，该步骤4）是指在得到维修事件单个影响因素量化值U_ij的基础上，通过与维修事件对应模块故障率λ_i加权计算雷达结构系统单个影响因素量化值M_j。

作为上述方案的进一步改进，该步骤5）是指选择评语集为V={v₁，v₂，……，v₇}，依次表示为“非常好”、“好”、“较好”、“一般”、“较差”、“差”、“非常差”，根据隶属度函数求得U_ij对应的第i个部件模块第j个影响因素模糊评价矩阵P_ij，；M_j对应的雷达结构系统第j个影响因素模糊评价矩阵A_j，P_ij和A_j均为1×7阶矩阵。

作为上述方案的进一步改进，该步骤6）具体包括以下步骤：根据层次分析法确定维修性影响因素相应权值矩阵ω，由式（2）求得为雷达结构系统维修度模糊评价矩阵M，由式（3）求得第i个部件模块维修度模糊评价矩阵P_i，其中ω、M、P_i均为1×7阶矩阵；按照最大隶属度原则得到雷达结构系统/部件模块维修度数值，分析维修性设计薄弱环节，指导改进设计。

作为上述方案的进一步改进，标准化与互换性、简易设计、防差错设计、拆卸简易性的量化值为0-1之间的数值，采用式（10）计算其隶属度：

。

作为上述方案的进一步改进，可视性、人素工程、维修工具量化值为1-7之间的数值，可以采用式（11）计算其隶属度，对其进行规范化处理：

。

本发明的雷达结构维修性综合评价方法，是将虚拟现实技术应用于地面高机动雷达维修性设计评价，在工程研制阶段通过维修过程虚拟仿真，借助人机工效分析、模特排时法（MOD）、模糊综合评价法等技术，准确、客观地计算雷达结构系统/部件模块维修度数值，解决了目前虚拟维修过程中维修性综合评价时难以摆脱参评人员主观上的不确定性和其认识的模糊性等问题，可以应用于地面高机动雷达结构维修性综合评价，其他产品的维修性评价亦可将本发明作为参照。

附图说明

图1本发明的雷达结构维修性综合评价方法流程图。

图2为应用图1中的雷达结构维修性综合评价方法的某型雷达发射机系统的部件模块示意图。

图3为虚拟人视觉范围区域划分。

图4为图2中某型雷达发射机系统的功分移相组件更换过程可视性分析曲线。

图5为图2中某型雷达发射机系统的功分移相组件更换过程RULA分析曲线。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，雷达结构维修性综合评价方法包括以下步骤。

1）将评价对象部件模块维修过程定义为维修事件，维修事件中已故障部件模块的更换过程定义为维修作业，按顺序完成维修事件所实施的各项作业定义为基本维修作业，分析评价对象结构组成关系，在基层维修背景和换件维修情况下，确定可更换部件模块的种类和数量，进而获得该评价对象的维修过程对应的维修事件数量。

2）规划评价对象维修过程，确定维修路径和对应的维修工具，形成维修方案，并搜集数据得到维修事件对应部件模块的故障率。

该步骤2）具体包括以下步骤：2.1）规划评价对象维修过程，形成维修方案，确定某一维修事件的维修路径、维修工具以及相应的维修作业顺序；2.2）搜集以往相似产品历史经验数据，统计得到维修事件对应部件模块的故障率。

3）对维修事件进行虚拟仿真，针对地面的机动雷达结构系统特色确定维修性评价主要影响因素，计算第i个部件模块第j个影响因素量化值U_ij，其中i=1，2，……，n，n表示为评价对象部件模块的数量且为正整数；j=1，2，……，m，m为确定的维修性评价影响因数个数且为正整数。该步骤3）具体包括以下步骤：3.1)结合雷达结构特点，对维修性评价影响因素进行分析、归类，确定标准化与模块化、简易设计、防差错设计、拆卸简易性、人素工程、维修工具七项主要影响因素；3.2）对维修事件进行虚拟仿真，量化主要影响因素数值，第i个部件模块第j个影响因素量化值U_ij。

4）将U_ij与维修事件对应部件模块故障率加权计算，得到雷达结构系统第j个影响因素量化值M_j；

，式中：M_j为雷达结构系统第j个影响因素量化值；λ_i为第i个部件模块的故障率。

5）确定维修性评语集V={v₁，v₂，……，v_s}，（s为评语集内元素的数量）及隶属度函数，计算U_ij对应的第i个部件模块第j个影响因素模糊评价矩阵P_ij以及M_j对应的雷达结构系统第j个影响因素模糊评价矩阵A_j，P_ij和A_j均为1×s阶矩阵。

6）确定维修性评价影响因素权重矩阵，加权计算得到雷达结构系统/部件模块维修度模糊评价矩阵：

，

，式中：M为雷达结构系统维修度模糊评价矩阵，是一个1×s阶矩阵；P_i为第i个部件模块维修度模糊评价矩阵，是一个1×s阶矩阵；ω为维修性评价影响因素权值矩阵，是一个1×m阶矩阵。

接下去，对本发明的雷达结构维修性综合评价方法做详细举例说明。在本实施方式中，j的最大值为7，i可以随意取值。

请一并参阅图2、图3、图4及图5，某雷达发射机结构系统主要包括电源模块1（4个）、微波功放组件2（32个）、发射主电源配电盒3（1个）、功分移相组件4（2个）、发射监控插件5、波控接口插件6等部件模块。以维修事件“功分移相组件更换过程”为例验证维修性评价过程。该维修事件对应的维修作业包括故障定位、故障隔离、拆卸、更换、安装功分移相组件、调试、检验等，在结构方面的维修主要集中在拆下、更换和安装功分移相组件三项维修作业。整个维修过程为串行作业，对应的基本维修作业序列为：（1）打开机箱门—（2）拆卸遮挡口盖的4个十字槽螺钉—（3）移除遮挡口盖—（4）拆卸2个连接螺栓螺母—（5）拉出功分移相组件4—（6）更换新件—（7）安装2个连接螺栓螺母—（8）重装遮挡口盖—（9）安装遮挡口盖的4个十字槽螺钉—（10）检验—（11）关闭机箱门。通过对拆下、更换和安装功分移相组件三项维修作业虚拟仿真，综合评价功分移相组件的维修性，具体为：

1．确定维修事件维修性影响因素量化值U_ij

1）标准化与互换性量化

标准化与互换性反映雷达结构系统的标准化与互换性程度，可采用标准化系数描述：，式中：U_i1为雷达结构系统的标准化系数；∑₁为标准件数量；∑₂为通用件数量；∑₃为模块件数量；∑为雷达结构系统零部件总数。

该雷达发射结构系统包含零部件534个，其中标准件328个，通用件12个，模块件8个，代入式（4）可求得标准化与互换性量化值为：0.614。

2）简化设计量化

简化设计分析评价很大程度上依赖以往的经验，可通过核对《GJB/Z91-1997维修性设计技术手册》中的表1进行量化。定义

$U_{i2}=\frac{n_o}{n_s}---\left(5\right)$

式中： U_i2为该雷达发射机结构系统简化设计量化值，n_o为该雷达发射机结构系统满足GJB/Z91-1997表1中的条目数量，n_s为地面高机动雷达发射机系统适用的该表1条目数量。经调研与分析，地面高机动雷达发射机系统适用的条目为1，2，3，5，6，9，10，11，14，15，16，17，18，19，20，21，22，23，24，25，26，故n_s为21；而该雷达发射机系统满足的适用条目为1，2，5，6，10，11，14，17，18，19，20，22，23，26，故n_o为14，代入式（5）可求得U_i2为0.667。

3）防差错设计量化

，式中：U_i3为该雷达发射机结构系统防差错设计量化值，B_o为该雷达发射机系统满足GJB/Z91-1997表12中的条目数量，B_s为地面高机动雷达发射机系统结构系统适用的该表12条目数量。

其量化方法同简化设计量化，可通过核对《GJB/Z91-1997维修性设计技术手册》中的表12量化。地面高机动雷达发射机系统适用的条目为1，2，3，4，6，7，8，14，15，16，为10；而该雷达发射机系统对每一条目均适用，可求得防差错设计量化值为1。

4）拆卸简易性量化

拆卸简易性反映部件模块拆除的难易程度，可用拆卸效率η来描述：

，式中：U_i4为第i个部件模块对应的拆卸效率；T₀为拆卸部件模块本身所需维修作业对应的MOD的标准时间数值，T_s为拆卸部件模块附加的维修作业对应的MOD的标准时间数值。

针对维修事件“功分移相组件更换过程”的基本维修作业序列，基于MOD法计算其对应的基本维修时间，如表1所示，具体为：

4.1）打开机箱门——指拉开3个机箱门插销，打开机箱门。通过动作分析得知包括抓取机箱门插销（M4G1）3次，旋转插销（M2G1）3次，拉开插销（M3G1）3次，抓取机箱门拉开（M4G1M4P2）1次，

4.2）拆卸遮挡口盖4个十字槽螺钉——指拆掉遮挡口盖的4个紧固螺钉。通过动作分析得知拆卸每一个螺钉包括右手抓取工具（M4G1）1次，定位工具（M4P5）1次，旋转工具（M4P0）4次，放下工具（M4P2）1次，徒手抓取螺钉（M4G1）1次，徒手旋转螺钉（M1P0）4次，取下、放置螺钉（M4G1M4P2）1次。

4.3）移除遮挡口盖——指取下遮挡口盖，放置在转台上。通过动作分析得知移除遮挡口盖包括抓取拉出遮挡口盖（M4G1M4G1）1次，转身（W5）2次，弯腰站立（B17）1 次，放置（M4P2）1次。

4.4）拆卸2个连接螺栓螺母——指拆掉2个功分移相组件与机架连接螺栓螺母。通过动作分析得知拆除1个连接螺栓螺母包括抓取扳手（M4G1）1次，定位扳手（M4P5）1次，旋转扳手（M4P0）4次，放下扳手（M4P2）1次，左右手分别抓取螺栓螺母（M4G1）1次，右手徒手旋转螺母（M1P0）4次（左手扶住螺栓），拆除螺母（M4P2）1次，拆除螺栓（M4P2）1次。

4.5）拉出功分移相组件——指将手伸进机架内部取出待更换部件模块。通过动作分析得知拉出功分移相组件包括双手抓取功分移相组件（M4G3）1次，拉出功分移相组件（M4G1L1）1次。转身弯腰（W5B9L1）1次，放置功分移相组件在转台上（M4P2L1）1次。

4.6）更换新件——指将新的部件模块安装到预定位置。通过动作分析得知更换新件包括抓取功分移相组件新件（M4G1）1次，转身站起（W5B9L1）1次，大概放置功分移相组件（M4P0L1）1次，检查（E2）1次，精确放置（M4P5L1）1次。

4.7）安装2个连接螺栓螺母——指安装2个功分移相组件与机架连接螺栓螺母。通过动作分析得知安装1个连接螺栓螺母包括抓取螺栓（M4G1）1次，安装螺栓（M4P5）1次，徒手抓取、安装螺母（M4G1M4P5）1次，徒手旋转螺母（M1P0）4次，抓取扳手（M4G1）1次，定位扳手（M4P5）1次，旋转扳手（M4P0）4次，放下扳手（M4P2）1次。

4.8）重装遮挡口盖——指将转台上的遮挡口盖安装在预定位置。通过动作分析得知重装遮挡口盖包括转身（W5）2次，弯腰站立（B17）1次，抓取遮挡口盖（M4G1）1次，大概放置（M4P0）1次，检查（E2）1次，精确放置（M4P5）1次。

4.9）安装遮挡口盖4个十字槽螺钉——指安装遮挡口盖与机架的4个螺钉。通过动作分析得知安装每一个螺钉包括徒手抓取螺钉（M4G1）1次，安装螺钉（M4P5）1次，徒手旋转螺钉（M1P0）4次，抓取工具（M4G1）1次，定位工具（M4P5）1次，旋转工具（M4P0）4次，放下工具（M4P2）1次。

4.10）检验——E2

4.11）关闭机箱门——指维修完成后，关闭机箱门。通过动作分析得知关闭机箱门包括抓取机箱门关闭（M4G1M4P2）1次，抓取机箱门插销（M4G1）3次，安装插销（M3P5）3次。

表1维修事件“功分移相组件更换过程”对应的MOD表

其中，4，5，6，7，10为拆卸功分移相组件本身要完成的基本维修作业，1，2，3，8，9，11为拆卸过程附加的基本维修作业，由（7）式计算得到，拆卸效率为324/951=0.341。

5）可视性量化

可视性用来表示维修人员在维修过程中是否可以清晰看到待维修部件，采用以下方法进行量化：根据部件模块某一基本维修作业过程中部件模块处于人体双眼的区域进行量化，并与基本维修作业对应的MOD标准时间数值加权计算，得到部件模块维修过程可视性评分值随时间的变化曲线，取其平均值作为该部件模块人素工程量化值，具体为：

，式中：U_i5为第i个部件模块维修过程可视性量化值；L_iq为第i个部件模块第q项基本维修作业对应的可视性量化值；T_iq为第i个部件模块第q项基本维修作业对应的MOD标准时间；K_i为第i个部件模块基本维修作业数量。人体双眼的水平视觉范围约为120°，垂直视觉范围为上下各35°，如附图3所示。评价的方法是将此视觉范围分为A，B，C三个区域。通过维修过程仿真，对维修事件维修过程进行可视性评价，分为七个级别：非常好、好、比较好、中、比较差、差和非常差。每一级别对应的自然语言变量采用三角模糊数进行量化，具体为：

部件完全处于区域A，且焦点7落在部件几何中心，取值为1；

部件完全处于区域A，且焦点7在部件上（但不在几何中心），取值为2；

部件处于区域A、B之中，几何中心在区域A内，取值为3；

部件处于区域A、B 之中，几何中心位于区域A、B 分界线上，取值为4；

部件处于区域A、B之中，几何中心在区域B 内，取值为5；

部件完全处于区域B 内，取值为6；

部件有部分处于区域C中，取值为7。

据表1，功分移相组件更换过程包括11项基本维修作业序列，针对11项基本维修作业姿势进行可视性分析，得到可视性评分值随时间的变化曲线，如图4所示，由式（8）计算其平均值为5.231。

6）人素工程量化

人素工程研究维修中人的各种因素与装备的关系，以提高维修工作的效率，采用快速上肢评价RULA方法对维修过程人体姿势、身体负载进行评估，针对RULA方法只能对某一特定姿势进行评价，维修过程的人素工程量化采用以下方法：选择部件模块基本维修作业典型姿态进行RULA分析，与基本维修作业对应的MOD标准时间数值加权计算，得到部件模块维修过程RULA评分值随时间的变化曲线，取其平均值作为该部件模块人素工程量化值，具体为：

，式中：U_i6为第i个部件模块对应的人素工程量化值；R_iq为第i个部件模块第q项基本维修作业典型姿态RULA分析值。

据表1，功分移相组件更换过程包括11项基本维修作业序列，针对11项基本维修作业姿势进行RULA分析，得到RULA评分值随时间的变化曲线，如图5所示，由式（9）计算其平均值为3.152。

7）维修工具量化

维修工具反映维修过程对产品外部因素的依赖程度，根据“尽可能减少保障设备和工具的数量”的原则，第i个部件模块维修工具量化值U_i7可采用以下方法进行量化：根据步骤2.1）得到维修事件对应的维修工具，定义在基层维修背景下：

若不少于95%的基本维修作业都能利用基层的设施和标配的工具箱完成，则取值为1；

若80%-95%基本维修作业都能利用基层的设施和标配的工具箱完成，则取值为2；

若60%-80%基本维修作业都能利用基层的设施和标配的工具箱完成，则取值为3；

若40%-60%基本维修作业都能利用基层的设施和标配的工具箱完成，则取值为4；

若20%-40%基本维修作业都能利用基层的设施和标配的工具箱完成，则取值为5；

若5%-20%基本维修作业都能利用基层的设施和标配的工具箱完成，则取值为6；

若仅有0-5%基本维修作业能利用基层的设施和标配的工具箱完成，则取值为7。

由维修过程虚拟仿真可知，该维修事件对应的维修工具为十字槽螺钉旋具和扳手，100%的维修作业均能利用基层的设施和标配的工具箱完成，故其维修工具量化值为1。

2．按照上述方法依次计算其余部件模块维修性影响因素量化值，如表2所示，代入式（1）计算发射机结构系统单个影响因素量化值M_j（j=1,2，……，7）。

表2 雷达发射机结构系统维修性因素量化表

带入式（1）计算发射机结构系统单个影响因素量化值可得：

标准化与模块化M₁=0.614；简易设计M₂=0.667；防差错设计M₃=1；拆卸简易性M₄=0.715；可视性M₅=3.214；人素工程M₆=3.592；维修工具M₇=1。

3．针对评语集，根据隶属度函数求得U_ij对应的第i个部件模块第j个影响因素模糊评价矩阵P_ij（i=1，2，……，n；j=1,2，……，7）， M_j对应的雷达结构系统第j个影响因素模糊评价矩阵A_j（j=1,2，……，7）。

由于U_ij和A_j量纲不统一且分析对象不同，无法直接进行加权计算，应进行规范化处理。选择评语集为V={v₁，v₂，……，v₇}，依次表示为“非常好”、“好”、“较好”、“一般”、“较差”、“差”、“非常差”，以三角函数为隶属度函数计算U_ij对应的第i个部件模块第j个影响因素模糊评价矩阵P_ij（i=1，2，……，n；j=1,2，……，7），M_j对应的雷达结构系统第j个影响因素模糊评价矩阵A_j（j=1,2，……，7），具体为：

3.1标准化与互换性、简易设计、防差错设计、拆卸简易性的量化值为0-1之间的数值，采用式（10）计算其隶属度：

3.2 可视性、人素工程、维修工具量化值为1-7之间的数值，可以采用式（11）计算其隶属度，对其进行规范化处理：

3.3模糊评价矩阵P_ij（i=1，2，……，n；j=1,2，……，7）和A_j（j=1,2，……，7）反映了单因素对评价集的隶属程度，按照最大隶属度原则可以定性评价维修事件某一方面特性。

例如部件模块功分移相组件影响因素模糊评价矩阵如下：

标准化与模块化P₁₁=A₁=[0,0,0.57,0.43,0,0,0]；

简易设计P₁₂=A₂=[0,0,0.835,0.165,0,0,0]；

防差错设计P₁₃=A₃=[1,0,0,0,0,0,0]；

拆卸简易性P₁₄=A₄=[0,0,0,0.205,0.795,0,0]；

可视性P₁₅=[0,0,0,0,0.769,0.231,0]；

人素工程P₁₆=[0,0,0.848,0.152,0,0,0]；

维修工具P₁₇=[1,0,0,0,0,0,0]。

按照最大隶属度原则可以认为部件模块功分移相组件在防差错设计和维修工具方面为“非常好”，在标准化与模块化、简易设计、人素工程方面为“比较好”，在拆卸简易性和可视性方面为“比较差”。

雷达发射机结构系统单因素模糊评价矩阵：

标准化与模块化A₁=[0,0,0.57,0.43,0,0,0]；

简易设计A₂=[0,0,0.835,0.165,0,0,0]；

防差错设计A₃=[1,0,0,0,0,0,0]；

拆卸简易性A₄=[0,0.075,0.925,0,0,0,0]；

可视性A₅=[0,0,0.786,0.214,0,0,0]；

人素工程A₆=[0,0,0.408,0.592,0,0,0]；

维修工具A₁=[1,0,0,0,0,0,0]；

按照最大隶属度原则可以认为该雷达发射机结构系统在防差错设计和维修工具方面为“非常好”，在标准化与模块化、简易设计、拆卸简易性和可视性方面为“比较好”，在人素工程方面为“一般”。

4．根据层次分析法确定维修性影响因素相应权值矩阵ω，计算雷达结构系统/部件模块维修度模糊评价矩阵M和P_i。

根据层次分析法确定维修性影响因素相应权值矩阵ω（1×7阶矩阵），由式（2）求得为雷达结构系统维修度模糊评价矩阵M（1×7阶矩阵），由式（3）求得第i个部件模块维修度模糊评价矩阵P_i（1×7阶矩阵）；按照最大隶属度原则得到雷达结构系统/部件模块维修度数值，分析维雷达结构系统/部件模块维修性设计薄弱环节，指导改进设计，具体为：

采用层次分析法确定标准化与模块化、简易设计、防差错设计、拆卸简易性、可视性、人素工程、维修工具的权值，咨询有关专家，给出权重判断矩阵如下：

$A=\left(\begin{array}{ccccccc}1& \frac{1}{2}& \frac{1}{3}& \frac{1}{4}& \frac{1}{3}& \frac{1}{2}& \frac{1}{2}\\ 2& 1& \frac{1}{2}& \frac{1}{3}& \frac{1}{2}& 1& 1\\ 3& 2& 1& \frac{1}{3}& 1& 3& 2\\ 4& 3& 3& 1& 2& 3& 3\\ 3& 2& 1& \frac{1}{2}& 1& 2& 1\\ 2& 1& \frac{1}{3}& \frac{1}{3}& \frac{1}{2}& 1& \frac{1}{2}\\ 2& 1& \frac{1}{2}& \frac{1}{3}& 1& 2& 1\end{array}\right)$

其最大特征根λ_max=7.1515，代入式（12）进行一致性检查：

$\mathrm{CR}=\frac{{\mathrm{\λ}}_{\max }-n}{(n-1)\mathrm{RI}}$         式（12）

式中，CR为一致性比例，RI为平均随机一致性指标，可通过文献[6]查表n=7时RI=1.36，计算可得CR=0.0186＜0.1，通过一致性检验，经归一化处理后得权重矩阵ω＝(0.055,0.094,0.178,0.316,0.158,0.082,0.117)。

代入式（2）可求得该发射机结构系统维修度模糊评价矩阵

$\begin{array}{c}M={\left(\begin{array}{c}0.055\\ 0.094\\ 0.178\\ 0.316\\ 0.158\\ 0.082\\ 0.117\end{array}\right)}^T\·\left(\begin{array}{ccccccc}0& 0& 0.57& 0.43& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0.835& 0.165& 0& 0& 0\\ 1& 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0.075& 0.925& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0.786& 0.214& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0.408& 0.592& 0& 0& 0\\ 1& 0& 0& 0& 0& 0& 0\end{array}\right)\\ =\left(\begin{array}{ccccccc}0.295& 0.024& 0.56& 0.121& 0& 0& 0\end{array}\right)\end{array}$

因此可认为该雷达发射机结构系统维修性评价为较好。其人素工程评价为一般，由于发射主电源配电盒、电源模块拆卸过程中人需要频繁的弯腰、抬臂，因此需考虑改善维修人员的操作姿态，如增加临时小型升降台。

代入式（3）可求得部件模块功分移相组件维修度模糊评价矩阵

$\begin{array}{c}{P}_1={\left(\begin{array}{c}0.055\\ 0.094\\ 0.178\\ 0.316\\ 0.158\\ 0.082\\ 0.117\end{array}\right)}^T\·\left(\begin{array}{ccccccc}0& 0& 0.57& 0.43& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0.835& 0.165& 0& 0& 0\\ 1& 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0.205& 0.795& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0.769& 0.231& 0\\ 0& 0& 0.848& 0.152& 0& 0& 0\\ 1& 0& 0& 0& 0& 0& 0\end{array}\right)\\ =\left(\begin{array}{ccccccc}0.295& 0& 0.179& 0.116& 0.373& 0.037& 0\end{array}\right)\end{array}$

维修性评价为较差。由于有遮挡口盖且采用4个螺钉连接，功分移相组件在拆卸简易性和可视性方面为“比较差”，可考虑去掉遮挡口盖是否必须或者遮挡口盖采用卡扣等快速解脱连接机构等。

综上所述，该方法基于维修过程虚拟仿真提出了维修性影响因素量化及综合评价方法，辅助维修性设计人员在工程研制阶段基于产品数字样机对设计方案进行分析评估，及早发现维修性设计的缺陷，提出改进措施，可以有效解决目前工程研制阶段地面高机动雷达结构维修性评价过分依赖经验和物理样机、影响因素难以量化等问题，提高雷达结构维修性水平。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种雷达结构维修性综合评价方法，其特征在于，其包括以下步骤：

1）将评价对象部件模块维修过程定义为维修事件，维修事件中已故障部件模块的更换过程定义为维修作业，按顺序完成维修事件所实施的各项作业定义为基本维修作业，分析评价对象结构组成关系，确定维修事件和维修作业的种类和数量；

2）规划评价对象维修过程，确定维修路径和对应的维修工具，形成维修方案，并搜集数据得到维修事件对应部件模块的故障率；

3）对维修事件进行虚拟仿真，针对地面的机动雷达结构系统特色确定维修性评价主要影响因素，计算第i个部件模块第j个影响因素量化值U_ij，其中i=1，2，……，n，n表示为评价对象部件模块的数量且为正整数；j=1，2，……，m，m为确定的维修性评价影响因数个数且为正整数；

4）将U_ij与维修事件对应部件模块故障率加权计算，得到雷达结构系统第j个影响因素量化值M_j；

，式中：M_j为雷达结构系统第j个影响因素量化值；λ_i为第i个部件模块的故障率；

5）确定维修性评语集V={v₁，v₂，……，v_s}，（s为评语集内元素的数量）及隶属度函数，计算U_ij对应的第i个部件模块第j个影响因素模糊评价矩阵P_ij以及M_j对应的雷达结构系统第j个影响因素模糊评价矩阵A_j，P_ij和A_j均为1×s阶矩阵；

6）确定维修性评价影响因素权重矩阵，加权计算得到雷达结构系统/部件模块维修度模糊评价矩阵：

，

，式中：M为雷达结构系统维修度模糊评价矩阵，是一个1×s阶矩阵；P_i为第i个部件模块维修度模糊评价矩阵，是一个1×s阶矩阵；ω为维修性评价影响因素权值矩阵，是一个1×m阶矩阵。

2.如权利要求1所述的雷达结构维修性综合评价方法，其特征在于，该步骤1）具体包括以下步骤：读取评价对象装配约束关系，分析其结构形式，在基层维修背景和换件维修情况下，确定可更换部件模块的种类和数量，进而获得该评价对象的维修过程对应的维修事件和维修作业数量。

3.如权利要求1所述的雷达结构维修性综合评价方法，其特征在于，该步骤2）具体包括以下步骤：

2.1）规划部件模块维修过程，形成维修方案，确定维修路径、维修工具以及相应的维修作业顺序；

2.2）搜集以往相似产品历史经验数据，统计得到维修事件对应部件模块的故障率。

4.如权利要求3所述的雷达结构维修性综合评价方法，其特征在于，该步骤3）具体包括以下步骤：

3.1)结合地面的机动雷达结构特点，对维修性评价影响因素进行分析、归类，确定标准化与模块化、简易设计、防差错设计、拆卸简易性、人素工程、维修工具七项主要影响因素；

3.2）对部件模块维修过程进行虚拟仿真，计算第i个部件模块第j个影响因素量化值U_ij。

5.如权利要求4所述的雷达结构维修性综合评价方法，其特征在于，j的最大值为7时，该步骤3.2）具体包括以下步骤：

3.2.1）标准化与互换性量化，标准化与互换性反映雷达结构系统的标准化与互换性程度，可采用标准化系数描述：

，式中：U_i1为雷达结构系统的标准化系数；∑₁为标准件数量；∑₂为通用件数量；∑₃为模块件数量；∑为雷达结构系统零部件总数；

3.2.2）简化设计量化，

，式中：U_i2为评价对象结构系统简化设计量化值，n_o为评价对象结构系统满足GJB/Z91-1997表1中的条目数量，n_s为评价对象结构系统适用的该表1条目数量；

3.2.3）防差错设计量化，

，式中：U_i3为评价对象结构系统防差错设计量化值，B_o为评价对象结构系统满足GJB/Z91-1997表12中的条目数量，B_s为评价对象结构系统适用的该表12条目数量；

3.2.4）拆卸简易性量化，拆卸简易性反映部件模块拆除的难易程度，可用拆卸效率η来描述：

，式中：U_i4为第i个部件模块对应的拆卸效率；T₀为拆卸部件模块本身所需维修作业对应的MOD的标准时间数值，T_s为拆卸部件模块附加的维修作业对应的MOD的标准时间数值；

3.2.5）可视性评价量化，可视性用来表示维修人员在维修过程中是否可以清晰看到待维修部件，采用以下方法进行量化：根据部件模块某一基本维修作业过程中部件模块处于人体双眼的区域进行量化，并与基本维修作业对应的MOD标准时间数值加权计算，得到部件模块维修过程可视性评分值随时间的变化曲线，取其平均值作为该部件模块人素工程量化值，具体为：

，式中：U_i5为第i个部件模块维修过程可视性量化值；L_iq为第i个部件模块第q项基本维修作业对应的可视性量化值；T_iq为第i个部件模块第q项基本维修作业对应的MOD标准时间；K_i为第i个部件模块基本维修作业数量；

3.2.6）人素工程量化，人素工程研究维修中人的各种因素与装备的关系，以提高维修工作的效率，采用快速上肢评价RULA方法对维修过程人体姿势、身体负载进行评估，针对RULA方法只能对某一特定姿势进行评价，维修过程的人素工程量化采用以下方法：选择部件模块基本维修作业典型姿态进行RULA分析，与基本维修作业对应的MOD标准时间数值加权计算，得到部件模块维修过程RULA评分值随时间的变化曲线，取其平均值作为该部件模块人素工程量化值，具体为：

，式中：U_i6为第i个部件模块对应的人素工程量化值；R_iq为第i个部件模块第q项基本维修作业典型姿态RULA分析值；

3.2.7）维修工具，维修工具反映维修过程对产品外部因素的依赖程度，根据“尽可能减少保障设备和工具的数量”的原则，第i个部件模块维修工具量化值U_i7可采用以下方法进行量化：根据步骤2.1）得到维修事件对应的维修工具，定义在基层维修背景下：

若不少于95%的基本维修作业都能利用基层的设施和标配的工具箱完成，则取值为1；

若80%-95%基本维修作业都能利用基层的设施和标配的工具箱完成，则取值为2；

若60%-80%基本维修作业都能利用基层的设施和标配的工具箱完成，则取值为3；

若40%-60%基本维修作业都能利用基层的设施和标配的工具箱完成，则取值为4；

若20%-40%基本维修作业都能利用基层的设施和标配的工具箱完成，则取值为5；

若5%-20%基本维修作业都能利用基层的设施和标配的工具箱完成，则取值为6；

若仅有0-5%基本维修作业能利用基层的设施和标配的工具箱完成，则取值为7。

6.如权利要求5所述的雷达结构维修性综合评价方法，其特征在于，该步骤4）是指在得到维修事件单个影响因素量化值U_ij的基础上，通过与维修事件对应模块故障率λ_i加权计算雷达结构系统单个影响因素量化值M_j。

7.如权利要求5所述的雷达结构维修性综合评价方法，其特征在于，该步骤5）是指选择评语集为V={v₁，v₂，……，v₇}，依次表示为“非常好”、“好”、“较好”、“一般”、“较差”、“差”、“非常差”，根据隶属度函数求得U_ij对应的第i个部件模块第j个影响因素模糊评价矩阵P_ij，；M_j对应的雷达结构系统第j个影响因素模糊评价矩阵A_j，P_ij和A_j均为1×7阶矩阵。

8.如权利要求5所述的雷达结构维修性综合评价方法，其特征在于，该步骤6）具体包括以下步骤：根据层次分析法确定维修性影响因素相应权值矩阵ω，由式（2）求得为雷达结构系统维修度模糊评价矩阵M，由式（3）求得第i个部件模块维修度模糊评价矩阵P_i，其中ω、M、P_i均为1×7阶矩阵；按照最大隶属度原则得到雷达结构系统/部件模块维修度数值，分析维修性设计薄弱环节，指导改进设计。

9.如权利要求5所述的雷达结构维修性综合评价方法，其特征在于，标准化与互换性、简易设计、防差错设计、拆卸简易性的量化值为0-1之间的数值，采用式（10）计算其隶属度：

。

10.如权利要求5所述的雷达结构维修性综合评价方法，其特征在于，可视性、人素工程、维修工具量化值为1-7之间的数值，可以采用式（11）计算其隶属度，对其进行规范化处理：

。

Images