CN107437116A - 一种面向使用和维修任务的装备保障性分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向使用和维修任务的装备保障性分析方法，属于航空装备保障性分析技术领域。包括确定使用工作流程及工作项目；进行产品的预防性维修分析及修复性维修分析，对所述预防性维修分析给出预防性维修工作项目及维修间隔，对所述修复性维修分析，给出修复性维修工作项目；对上述每个工作项目，设定流程及流程中每一道工序所需的保障资源需求；根据所述保障资源需求，进行单个需求的细化分析，包括保障设备需求分析、修理级别分析及培训需求分析；根据所述修理级别分析进行备件分析；最后进行保障性分析及评估。本分发明明确了每个子分析方法的输入和输出的结果，既可约束装备设计，也可支撑装备全寿命周期内使用和维修的资源需求。

Description

一种面向使用和维修任务的装备保障性分析方法

技术领域

本发明属于航空装备保障性分析技术领域，具体涉及一种面向使用和维修任务的装备保障性分析方法。

背景技术

保障性分析(logistic support analysis，LSA)作为系统工程过程的一部分，是专门用来分析装备系统在初步设计、研制、试验、生产、制造、使用及维修中的各种保障性和保障问题，并通过反复迭代分析有力的支持制定保障性性要求、制定与优化保障系统放哪、进行保障性特性的设计、确定于优化保障资源要求，以及评估保障性等任务的完成。

但是GJB1371《装备保障性分析》只是以标准的形式规范了装备寿命周期内实施保障性分析的5个工作项目系列、15个工作项目、81个子项目，然后根据装备的类型、规模、设计自由度等进行适当的裁剪，没有明确给出保障性分析要解决的实际问题、保障性分析中各子分析的输入输出关系、各工作项目的设计约束与确定的资源需求。

发明内容

本发明提供了基于使用和维修任务的保障性分析方法，以任务导向确定保障资源的需求，系统的阐述了保障性分析所包含的子分析方法及其工作流程，明确了每个子分析方法的输入和输出的结果，既可约束装备设计，也可支撑装备全寿命周期内使用和维修的资源需求。

本发明面向使用和维修任务的装备保障性分析方法，主要包括以下步骤：

步骤1、确定使用工作流程及工作项目；

步骤2、进行产品的预防性维修分析及修复性维修分析，对所述预防性维修分析给出预防性维修工作项目及维修间隔，对所述修复性维修分析，给出修复性维修工作项目；

步骤3、对步骤1及步骤2中的每个工作项目，设定流程及流程中每一道工序所需的保障资源需求；

步骤4、根据所述保障资源需求，进行单个需求的细化分析，包括保障设备需求分析、修理级别分析及培训需求分析；

步骤5、根据所述修理级别分析进行备件分析；

步骤6、进行保障性分析及评估。

优选的是，所述步骤1中，进一步包括：

步骤1.1、获取装备的设计或研制使命；

步骤1.2、获取装备的总体方案，主要包括装备的总体外形方案，总体布置方案，系统和结构的设计方案；

步骤1.3、进行装备的使用分析。

优选的是，所述步骤1.3中，进行装备的使用分析包括：

根据装备在预期的环境和任务剖面，分析出装备的使用工作任务及流程；

根据装备的勤务，分析出装备的勤务工作及流程。

优选的是，所述步骤2中，进一步包括：

步骤2.1、从装备的电子设计平台获取状态的产品结构树；

步骤2.2、根据所述产品结构树进行故障模式分析、故障影响分析、失效模式分析及失效影响分析；

步骤2.3、根据所述故障影响分析及失效影响分析中的故障及失效影响，给出预防性维修工作项目及维修间隔；根据故障模式分析及失效模式分析中的故障模式，得出修复性维修工作项目。

优选的是，所述步骤2.2中，包括：

对于系统按层次对其进行FMEA分析，得到系统的故障原因、故障及失效模式、故障影响；

对于结构部分对其进行耐久性损伤容限分析，得到结构的设计薄弱环节、疲劳敏感项目及失效影响。

优选的是，所述步骤2.3中，若所述故障及失效影响装备的安全及任务，则通过MSG-3或RCMA对其进行预防性维修分析。

优选的是，所述步骤2.3中，对于故障原因唯一的故障模式，直接进行修复性维修分析，得出修复性维修工作项目；对于故障原因不唯一的故障模式，进行故障分析与隔离，对每一个可肯能造成故障的原因进行修复性维修分，得出修复性维修工作项目。

优选的是，所述步骤5中，根据步骤4中确定的所需的备件需求和修理级别分析的结果，确定维修保障过程中各维修级别所需的备件，根据使用保障概率对每一项LRU件进行备件数量计算，确定备件的配置比例。

优选的是，所述备件数量S的求取公式为：

其中，Ne为装备架数；Nu为单机产品用数；S为装备中某产品的备件需求量；ε为可靠性修正系数；λ为失效率；t为备件修理周转时间；K2为LRU运行比；P为备件保障概率，即在规定保证期内，需要该备件时，不缺件的概率；j为递增符号，j从0开始以步长为1增加，直至某S值，使得P大于等于规定的保障概率，该S值即为所求备件需求量。

本发明将装备保障性分析的工作方法由以前按照装备研制的论证阶段、方案阶段、工程研制与定型阶段和生产及部署使用阶段等5个阶段的分析工作项目，改为面向使用保障任务、预防性维修任务和修复性维修三种维修任务的分析工作，由任务导向的需求确定保障资源的需求，并在不同的研制阶段输出不同保障资源结果，以支持装备工程发展。本发明明确了每个子分析方法的输入和输出的结果，既可约束装备设计，也可支撑装备全寿命周期内使用和维修的资源需求。

附图说明

图1为按照本发明面向使用和维修任务的装备保障性分析方法的一优选实施例的流程图。

图2为本发明图1所示实施例的装备的典型任务剖面和使用流程示意图。

图3为本发明图1所示实施例的装备产品结构树示意图。

图4为本发明图1所示实施例的使用与维修工作分析流程示意图。

图5为本发明图1所示实施例的保障效能仿真与评估流程图。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

本发明面向使用和维修任务的装备保障性分析方法，主要包括以下步骤：

步骤1、确定使用工作流程及工作项目；

步骤2、进行产品的预防性维修分析及修复性维修分析，对所述预防性维修分析给出预防性维修工作项目及维修间隔，对所述修复性维修分析，给出修复性维修工作项目；

步骤3、对步骤1及步骤2中的每个工作项目，设定流程及流程中每一道工序所需的保障资源需求；

步骤4、根据所述保障资源需求，进行单个需求的细化分析，包括保障设备需求分析、修理级别分析及培训需求分析；

步骤5、根据所述修理级别分析进行备件分析；

步骤6、进行保障性分析及评估。

附图1为本发明的整体流程图，下面结合附图对上述步骤做进一步说明。

1、获取装备的设计或研制使命，一般来源于装备的研制总要求，以飞机为例，按设计使命飞机可分为战斗机、轰炸机、预警机、加油机、运输机、侦察机等。

2、获取装备的总体方案，主要包括装备的总体外形方案，总体布置方案，系统和结构的设计方案。

3、进行装备的使用分析，根据装备在预期的环境和任务剖面，分析出装备的使用工作任务及流程；根据装备的勤务，一般包括充气、充氧、加燃油、挂导弹等“充、填、加、挂”任务，分析出装备的勤务工作及流程。图2给出了装备的一个典型的任务剖面和使用流程。

4、获取装备的产品结构树，一般从装备的电子设计平台获取，如图3所示。

5、根据装备的产品结构树，对于系统按层次对其进行FMEA分析，得到系统的故障原因、故障/失效模式、故障影响；对于结构部分对其进行耐久性损伤容限分析，得到结构的设计薄弱环节、疲劳敏感项目及失效影响。

6、进行预防性维修分析，获取系统和结构项目的故障/失效影响，根据其是否影响装备的安全、任务或重大经济性，判断是否为重要维修/结构项目；对于重要维修/结构项目进行MSG-3或RCMA分析，得出预防性维修工作项目和间隔期；对于非重要维修/结构项目按照历史积累数据和经验，给出预防性维修工作项目和间隔期。

7、进行修复性维修分析，获取系统和结构项目的故障/失效模式，把故障模式分为两类，对于故障原因唯一的故障模式，直接进行修复性维修分析，得出修复性维修工作项目；对于故障原因不唯一的故障模式，进行故障分析与隔离，对每一个可肯能造成故障的原因进行修复性维修分，得出修复性维修工作项目。

8、进行使用和维修工作分析，获取前面得到的使用工作项目、预防性维修工作项目、修复性维修工作项目，针对每个工作项目，划分为详细的工作程序和步骤，分析每一个工作程序和步骤所需要的人员数量、对人员的专业和技术要求、工作所需的时间、所需要的保障设施、设备工具、备件、消耗件、包装储运、操作的复杂程度及对人员的培训需求、技术文件及操作规程的需求，得到保障资源需求的信息。如图4所示。

9、针对使用与维修工作分析得到的保障资源需求信息，为得到更为专业详细的保障资源信息需求，需要进行单个的需求细化分析。

10、进行保障设备需求分析，细化保障设备需求信息，主要包括：是否新研或货架，使用时机，生产厂家、维修专业，配套数量、功能要求、工作方式和原理、结构要求、性能要求等。

11、进行修理级别分析，确定装备的外场可更换单元(LRU)和内场可更换单元(SRU)在外场级、中继级或基地级进行修理的修理或更换的依据。

需要说明的是，这里对基层级(O)、中继级(I)、基地级(D)及报废(X)的评判标注主要包括：

A.安全性

对该产品进行排除该故障的修理工作，是否存在高电压、有害辐射、高温、化学腐蚀、有毒气体、爆炸物、超重、有害噪音等对维修人员或产品安全的限制因素。

B.保密要求

对该产品进行排除该故障的修理工作，是否存在功能结构、性能指标、工作参数等保密限制因素。

C.保障设备和工具

对该产品进行排除该故障的修理工作，是否存在保障设备和工具的限制因素。

D.装卸和运输

对该产品进行排除该故障的修理工作，从使用单位送往修理机构时，是否存在重量、外形尺寸、特殊装卸要求、易损性等方面的限制因素。

E.人力和人员

对该产品进行排除该故障的修理工作，是否存在维修人员数量和维修技能的限制因素。

F.设施

对该产品进行排除该故障的修理工作，是否存在高标准工作间、特定工作环境、水电气源、固定校准设备、特殊修理工艺、特殊测试方法等设施方面的限制因素。

G.现行维修规程/规定

对该产品进行排除该故障的修理工作，是否存在可参考的现行维修规程/规定。

H.战备完好性

对该产品进行排除该故障的修理工作，是否存在有利于装备迅速恢复良好战备状态的限制因素。

I.其他因素

对该产品进行排除该故障的修理工作，是否存在其他限制因素。

12、进行备件分析，根据前面的使用与维修工作分析中所需的备件需求和修理级别分析的结果，确定维修保障过程中各维修级别所需的备件，根据使用保障概率对每一项LRU件进行备件数量计算确定备件的配置比例。

本发明给出了几种计算方法，如下所示。

通常情况，正常使用的电子零部件都属于指数寿命分部件，此类部件的需求量计算模型如下：

零部件寿命服从指数分布，失效率λ，更换周期t和保障概率P。

Ne——装备架数；

Nu——单机产品用数；

S——装备中某产品的备件需求量；

ε——可靠性修正系数；

t——备件修理周转时间；

K2——LRU运行比；

P——备件保障概率，即在规定保证期内，需要该备件时，不缺件的概率；

j——递增符号，j从0开始以步长为1增加，直至某S值，使得P大于等于规定的保障概率，该S值即为所求备件需求量。

再如，通常情况，机电件属于威布尔分布件，此类部件的需求量计算模型如下：

产品寿命服从威布尔分布，其形状参数为β，尺度参数为η，位置参数为γ，修理周转期t和保障概率P。

E——平均寿命，(假定位置参数γ＝0)；

k——变异系数，按照公式(3)计算，Γ函数(伽玛函数)可使用EXCEL进行计算：

t——产品修理周转时间；

P——备件保障概率，即在规定保证期内，需要该备件时，不缺件的概率。

再如正态寿命分布备件需求量计算方法。

通常情况机械件属于正态寿命分布件，此类部件的需求量计算模型如下：

零部件寿命服从均值E、标准差σ，更换周期t，备件保障概率P。

13、进行培训需求分析，根据前面的使用与维修工作分析中的操作复杂程度、人员要求等需求信息，对培训进行细化需求分析，确定出需要的培训项目。

14、进行保障效能仿真与评估，基本原理，就是在建立装备使用、保障组织、保障资源配置以及任务使命模型的基础上，运用蒙特卡洛离散事件仿真的方法，并基于设定的保障效能仿真模型，通过多次模拟装备的实际使用过程，得出装备所能达到的保障效能水平，如战备完好性指标，并通过仿真数据来分析装备的四性设计水平，评估保障资源配备情况合理与否。保障效能仿真评估流程的如图5所示。

本示例中，以某型飞机为例，结合保障性分析流程图，对本发明作具体的介绍。

1、获取该型飞机的研制总要求，该飞机是一款运输机，主要以货运和人员运输为主；

2、获取该型飞机的总体外形方案，总体布置方案，系统和结构的设计方案，了解该型飞机的气动外形，机翼和尾翼布局，发动机和短舱吊挂的形式，了解燃油、环控等系统接口；

3、进行该型飞机的使用分析，基于飞机在预期的使用环境和货物运输及人员运输任务剖面下，分析出该飞机在预先机务准备、停放、直接机务准备、再次出动准备下的所应进行的使用工作任务和流程；根据飞机的勤务工作，例如，轮胎充气、氧气瓶充气、加燃油，清洁厕所等，分析出该飞机的勤务工作及流程；

4、从该飞机的电子设计平台获取该飞机的产品结构树，得到该飞机的产品组成结构和层次；

5、根据该飞机的产品结构树，对于系统按层次对其进行FMEA分析，得到系统的故障原因、故障/失效模式、故障影响；对于结构部分对其进行耐久性损伤容限分析，得到结构的设计薄弱环节、疲劳敏感项目及失效影响；以该飞机的主起落架为例，给出主起落架的故障模式影响及分析样例。如下表所示。

6、进行预防性维修分析，对于起落架系统的故障影响按其是否影飞机的安全、任务或重大经济，判断是否为重要维修项目。对起落架重要维修项目进行MSG-3或RCMA分析，得出起落架的预防性维修工作项目和间隔期，例子如下表所示：

7、进行修复性维修分析，获取主起落架的故障/失效模式，把故障模式分为两类，对于故障原因唯一的故障模式，直接进行修复性维修分析，得出修复性维修工作项目；对于故障原因不唯一的故障模式，进行故障分析与隔离，对每一个可肯能造成故障的原因进行修复性维修分，得出修复性维修工作项目；

8、进行起落架的使用和维修工作分析，获取前面得到的使用工作项目、预防性维修工作项目、修复性维修工作项目，针对每个工作项目，划分为详细的工作程序和步骤，分析每一个工作程序和步骤所需要的人员数量、对人员的专业和技术要求、工作所需的时间、所需要的保障设施、设备工具、备件、消耗件、包装储运、操作的复杂程度及对人员的培训需求、技术文件及操作规程的需求，得到保障资源需求的信息。

9、针对使用与维修工作分析得到的保障资源需求信息，为得到更为专业详细的保障资源信息需求，需要进行单个的需求细化分析；

10、进行保障设备需求分析，细化保障设备需求信息，主要包括：是否新研或货架，使用时机，生产厂家、维修专业，配套数量、功能要求、工作方式和原理、结构要求、性能要求等；以飞机千斤顶为例，详见下表。

11、进行修理级别分析，确定起落架的外场可更换单元(LRU)和内场可更换单元(SRU)在外场级、中继级或基地级进行修理的修理或更换的依据，分析结果见下表。

12、进行备件分析，根据前面的使用与维修工作分析中所需的备件需求和修理级别分析的结果，确定维修保障过程中各维修级别所需的备件，根据使用保障概率对每一项LRU件进行备件数量计算确定备件的配置比例。如下表所示。

序号

名称

型号

承制单位

所属系统

装机数量

备件数量

备注

1

刹车主机轮

XXX

XXX厂

结构

12

1

2

机轮组件

XXX

XXX厂

结构

12

10

3

刹车装置

XXX

XXX厂

结构

12

10

13、进行培训需求分析，根据起落架使用与维修工作分析中的操作复杂程度、人员要求等需求信息，对培训进行细化需求分析，确定出需要的培训项目。如下表所示。

14、进行保障效能仿真与评估，在飞机使用、保障组织、任务使命模型的基础上的按照配置的保障资源，进行仿真与评估，计算飞机所能达到的保障效能水平，如战备完好性指标，并通过仿真数据来分析装备的四性设计水平，评估保障资源配备情况合理与否。

最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种面向使用和维修任务的装备保障性分析方法，其特征在于，包括：

步骤1、确定使用工作流程及工作项目；

步骤2、进行产品的预防性维修分析及修复性维修分析，对所述预防性维修分析给出预防性维修工作项目及维修间隔，对所述修复性维修分析，给出修复性维修工作项目；

步骤3、对步骤1及步骤2中的每个工作项目，设定流程及流程中每一道工序所需的保障资源需求；

步骤4、根据所述保障资源需求，进行单个需求的细化分析，包括保障设备需求分析、修理级别分析及培训需求分析；

步骤5、根据所述修理级别分析进行备件分析；

步骤6、进行保障性分析及评估。

2.如权利要求1所述的面向使用和维修任务的装备保障性分析方法，其特征在于，所述步骤1中，进一步包括：

步骤1.1、获取装备的设计或研制使命；

步骤1.2、获取装备的总体方案，主要包括装备的总体外形方案，总体布置方案，系统和结构的设计方案；

步骤1.3、进行装备的使用分析。

3.如权利要求2所述的面向使用和维修任务的装备保障性分析方法，其特征在于，所述步骤1.3中，进行装备的使用分析包括：

根据装备在预期的环境和任务剖面，分析出装备的使用工作任务及流程；

根据装备的勤务，分析出装备的勤务工作及流程。

4.如权利要求1所述的面向使用和维修任务的装备保障性分析方法，其特征在于，所述步骤2中，进一步包括：

步骤2.1、从装备的电子设计平台获取状态的产品结构树；

步骤2.2、根据所述产品结构树进行故障模式分析、故障影响分析、失效模式分析及失效影响分析；

步骤2.3、根据所述故障影响分析及失效影响分析中的故障及失效影响，给出预防性维修工作项目及维修间隔；根据故障模式分析及失效模式分析中的故障模式，得出修复性维修工作项目。

5.如权利要求4所述的面向使用和维修任务的装备保障性分析方法，其特征在于，所述步骤2.2中，包括：

对于系统按层次对其进行FMEA分析，得到系统的故障原因、故障及失效模式、故障影响；

对于结构部分对其进行耐久性损伤容限分析，得到结构的设计薄弱环节、疲劳敏感项目及失效影响。

6.如权利要求4所述的面向使用和维修任务的装备保障性分析方法，其特征在于，所述步骤2.3中，若所述故障及失效影响装备的安全及任务，则通过MSG-3或RCMA对其进行预防性维修分析。

7.如权利要求4所述的面向使用和维修任务的装备保障性分析方法，其特征在于，所述步骤2.3中，对于故障原因唯一的故障模式，直接进行修复性维修分析，得出修复性维修工作项目；对于故障原因不唯一的故障模式，进行故障分析与隔离，对每一个可肯能造成故障的原因进行修复性维修分，得出修复性维修工作项目。

8.如权利要求1所述的面向使用和维修任务的装备保障性分析方法，其特征在于，所述步骤5中，根据步骤4中确定的所需的备件需求和修理级别分析的结果，确定维修保障过程中各维修级别所需的备件，根据使用保障概率对每一项LRU件进行备件数量计算，确定备件的配置比例。

9.如权利要求8所述的面向使用和维修任务的装备保障性分析方法，其特征在于，所述备件数量S的求取公式为：

<mrow> <mi>P</mi> <mo>=</mo> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>j</mi> <mo>=</mo> <mn>0</mn> </mrow> <mi>s</mi> </munderover> <mfrac> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>N</mi> <mi>e</mi> </msub> <msub> <mi>N</mi> <mi>u</mi> </msub> <msup> <mi>&amp;lambda;&amp;epsiv;</mi> <mrow> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msup> <msub> <mi>tK</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mi>j</mi> </msup> <mrow> <mi>j</mi> <mo>!</mo> </mrow> </mfrac> <mi>exp</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mo>-</mo> <msub> <mi>N</mi> <mi>e</mi> </msub> <msub> <mi>N</mi> <mi>u</mi> </msub> <msup> <mi>&amp;lambda;&amp;epsiv;</mi> <mrow> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msup> <msub> <mi>tK</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

其中，Ne为装备架数；Nu为单机产品用数；S为装备中某产品的备件需求量；ε为可靠性修正系数；λ为失效率；t为备件修理周转时间；K2为LRU运行比；P为备件保障概率，即在规定保证期内，需要该备件时，不缺件的概率；j为递增符号，j从0开始以步长为1增加，直至某S值，使得P大于等于规定的保障概率，该S值即为所求备件需求量。