基于故障率与设计特性加权的维修性优化分配方法

涂美霞，雷长春，黄轶华，刘世华

（航空工业洪都，江西 南昌，330024）

0 引 言

维修性分配、预计和评估是GJB368B 中规定的重要工作项目，其中维修性分配是装备维修性设计分析、预计和评估的源头。维修性分配这一工作能否有效实施， 关系到装备维修性设计分析是否满足研制的维修性要求、维修性要求是否能转化为设计措施。 因此，在装备研制早期尽量做好维修性分配工作非常重要。

目前，装备维修性指标分配主要采用的是GJB/Z 57《维修性分配与预计手册》中的故障率和设计特性的综合加权分配法。按故障率和设计特性的综合加权分配法所得的维修性指标分配值与预计值和外场评估值不协调，主要原因有：由于装备在系统级和设备级设计阶段，所得到的产品信息不同，承制单位不能真正把控每个维修活动需要的时间，导致总师单位和承制单位对MTTR（Mean Time to Repair，平均修复时间）的分配值不协调；另外，当系统/设备间的故障率相差较大，其分配结果会严重偏离实际维修时间。 为解决上述问题，将从维修活动角度，把系统的维修时间分为通用维修时间和个性维修时间，通用维修时间与设备所处装备的位置有关，由装备结构设计特征决定，由总师单位决定，包括准备、接近、再组装所需的时间。个性维修时间指由设备自身设计决定，包括故障诊断、更换、调校和检验所需时间，并通过修正故障率在分配模型中的权重，提出了一种基于维修性优化分配方法，修正分配结果与实际维修时间的差距。

1 方法介绍

根据维修活动中各时间受不同部门控制的情况，本文提出了维修时间分类处理思想，将各维修活动消耗时间分为通用时间和个体时间，并将通用时间从平均修复时间MTTR 中扣除，个体时间按照修正故障率权重的改进故障率和设计特性加权的分配方法分配，其流程见图1。

图1 改进后的维修性分配方法的流程图

1.1 确定个性时间

本文以系统的维修性分配为例，根据二级维修级别，将系统的维修性指标平均修复时间MCT分配给各外场可更换单元（LRU）MCTi。 针对总师单位和承制单位对维修活动中各时间的控制不同，提出了通用时间MCT通和个性时间MCT个。 完整的维修活动是由准备、故障诊断、接近、更换、再组装、调校和检验组成。因承制单位仅能控制各自负责的LRU 自身的装配、组装、安装方式和故障隔离方式，而接近故障部位的时间与各LRU 在系统内的布局位置有关， 由装备整个结构设计特性决定。 维修的准备时间也是由系统级即总师单位决定，由于再组装是接近维修活动的逆过程。 故系统的通用维修时间包括准备、接近和再组装所需时间，其余的维修活动组成了个性时间，然后将个性时间分配给各LRU。 通用时间一般通过经验值给出或组成的维修活动的时间累计而得。 故个性时间MCT个：

式（1） 中，MP为准备时间，MD为接近时间和MR为再组装时间。

1.2 确定修正后综合加权系数βli

目前常用的维修性分配法是国军标中按故障率和设计特性的综合加权分配法， 系统各LRU 的平均修复时间的分配模型见式（3）。在综合加权因子中，故障率和设计特性的地位是相互独立且同等重要的，设计特性的权重是综合各项加权因子获得的，国军标中定义的设计特性因子见表1。 不同LRU 间的设计因素虽不同， 但LRU 间设计特性的加权系数差值均在一个数量级。 而故障率的加权系数差值随LRU 的故障率变化较大。当故障率的加权系数差值达到两个数量级以上，造成对故障率的依赖过大，系统维修性指标分配基本由LRU 的故障率决定， 从而导致分配结果严重偏离外场评估结果。

表1 国军标中考虑四种维修性加权因子时的参考值

式（3）和式（6）：βi为综合加权系数，βi1为故障率系数，βi2为设计特性系数，MCT为系统的个性时间，MCTi为各LRU 的平均修复时间；式（4）：为系统各LRU 故障率平均值，λi为各LRU 的故障率；式（5）：ki为各LRU 的维修性加权因子， kˉ为系统各LRU 维修性加权因子平均值。

为此，本文通过对综合加权系数进行修订，令

当LRU 间故障率差距较大，分配的结果仅反映了对各LRU 维修能力的要求， 没有真正反映各LRU所具备的维修能力。为强调各LRU 所具备的维修能力，需加强LRU 设计特性系数，故，用，则修正后综合加权系数

在不改变函数单调性的条件下， 取0＜a＜1 部分，则式（8）可表述为：

通过数值模拟计算，制定了a 的取值原则，具体见表2。

表2 选择原则表

1.3 确定分配模型

将个性时间MCT个和修正后得到的综合加权系数代入式 （3）。 则按修正后的综合加权系数计算各LRU 的平均修复时间MCTi的分配模型为式（10）：

2 算 例

某系统是由RI-1、RI-2、RI-3、RI-4、RI-5、RI-6、RI-7、RI-8、RI-9 等9 个LRU 组成，功能层次如图2 所示。 各LRU 的故障率详见表3。 该系统的设计特性已知，其维修性指标平均修复时间为50min。 首先依据工程经验，确定了维修活动中的通用时间MCT通=20min。 则个体时间：

图2 功能层次图

按式（12）检查分配后的该系统平均修复时间是否满足要求：

分配结果小于要求的维修性指标值30min，在实际工程中，要综合考虑设计技术、费用、维修资源等各方面的合理性和可行性，分配结果小可能给设计带来一定困难，所以在满足系统整体维修性指标的前提下，为保证维修性分配的合理可行， 按式对分配结果进行调整，将调整后的结果记录在表3 中。

3 结 语

通过理论分类和算例验证可知，优化后的按故障率和设计特性加权分配法，在引入维修时间分类和修正加权系数的思想基础上，能较好地解决维修活动各时间的控制问题和在分配产品间故障率差别较大从而导致维修指标分配不合理的问题，提高了其在工程上的应用实用性。