航空装备综合保障系统评估方法研究

梁红

(南京航空航天大学,南京　210016)

摘要:主要介绍了航空装备综合保障的各要素,以及系统动力学方法在航空装备综合保障评估研究中的应用,并利用系统动力学方法建立了某飞行团的综合保障评估模型。

关键词:综合保障;评估;系统动力学;模型

An Eva lua ti on M ethod of I n tegra ted L og isti cs Support

for A i rborne Equ i p m en t

L iang Hong

(Nanjing University of Aer onautics and A str onautics,Nanjing　210016,China)

Abstract:This paper p resents the essential ele ments of integrated l ogistics support f or airborne equi pment,and the app licati on of syste m dyna m ics t o evaluating integrated l ogistics support,and p r o2 vides an evaluati on model of a flying cor p s’integrated l ogistics support.

Key words:integrated l ogistics support;evaluati on;syste m dyna m ics;model

　　现代高新技术正处于高速发展时期,许多新技术被优先用于军事装备,使得现代武器装备的复杂程度和单位容积所占有的元器件数量大大提高,装备的维修和保障也越来越复杂,大型复杂武器装备都面临着使用保障费用高和战备完好性差两大难题,引起了世界各方的高度重视。直至80年代,美英等国的大部分现役战斗机的战备完好率都较低,一般为60%左右,严重影响的作战能力。为解决这个问题,国外大力开展了装备综合后勤保障研究(I ntegrated Logistic Support,简称I L S),其主要目标就是用可负担的寿命周期费用实现装备系统的完好性指标,并规定综合保障计划从整个采办工程项目立项开始,且在装备系统寿命周期内始终执行。经过对综合保障工程多年研究和实践,美国及西欧国家80年代新研制的武器装备,在缩短研制周期、减少寿命周期费用和提高武器系备完好率等方面收到了明显效果。

综合保障模型的应用从时间上贯穿于装备整个寿命周期,从系统上则是从多角度去对综合保障各要素进行优化。除直接早期用于装备综合保障规划外,更重要的用途还在于通过对综合保障需求的预计去进一步影响设计,从而实现主装备和整个保障系统的最佳结合,使装备尽快形成战斗力并能持续发挥对其战斗力的需求。

应用传统的军事运筹学研究综合保障问题时,通常采用的模型是层次模型、统计模型、概率模型、最优化模型等,这些模型的一个显著的缺点是无法从深层次考虑系统内部各个因素的关联性和系统外部因素对系统的制约性等许多决定性的但又是非量化的模糊变量因素。本文介绍应用系统动力学方法研究综合保障问题。从系统分析的角度出发,对系统内外部相互关联(反馈)的因素进行研究,应用这种方法分析问题时比传统运筹学方法更具有全面性和客观性。它能够从宏观的角度仿真上述问题在时域内的演变情况,

收稿日期:20050221从而给出解决上述问题的最佳策略。建立在系统反馈与延迟基础上的系统动力学理论与方法,为预测航空装备的综合保障问题提供了一种新思路。

1　航空装备综合保障的描述

航空装备(以飞机为例)综合保障的主要功能是以可承受的寿命周期费用满足飞机的战时和平时的保障要求。飞机综合保障工程的目的是为实现飞机战备完好性目标,在飞机设计中综合考虑保障问题,以改善其保障特性并确定最佳保障要求,合理采办保障资源,以最低费用为使用方提供所需保障。最终目的是提高飞机的战备完好性、任务成功性和持续作战能力,降低寿命周期费用和特殊保障需求。飞机综合保障工程是在为达到飞机战备完好性所需资源和各资源配置之间进行综合协调的系统工程。

111　飞机保障性的涵义

武器系统的保障性是系统的设计特性和计划的保障资源能满足平时战备及战时使用要求的能力[1]。可以看出,飞机保障性是两个特性的综合,一个是飞机本身的利于保障的特性,另一个是飞机的保障分系统的保障能力。本文分别称作“飞机本身设计的保障特性”和“飞机的保障资源特性”[2]。

11111　飞机本身设计的保障特性

它是决定外部保障要求的飞机品质,是几个设计特性的综合。主要包括可靠性与维修性(简写为R和M)以及飞机本身可提供的保障能力这3个设计特性。本文称作“自保性”。自保性就是飞机设计的内载保障资源能满足平时战备及战时使用要求的能力。这类保障资源有机载制氧制氮系统、机载挂弹系统、提供地面保障的机上辅助动力装置等等。

飞机具有一定的自保性后,就可以减少对地面保障的要求,提高部署机动性和缩短出动准备时间。

飞机本身设计保障特性的内涵同作战形式的发展和各国的战略方针有关。不同的作战形式要求飞机具有不同的设计特性。未来作战形式无前后方的严格区分,现行的较固定的保障结构易被敌摧毁,部署到保障条件差的地点时要用相当大的空运量来运输保障资源,而且运输机也易遭攻击。因此,2000年后的保障策略强调机动性、灵活性和生存性,以降低保障结构的易损性,方法是改善R、M和保障方式,强调保障自满足的方针,要尽量减少装备飞机对外部保障资源的要求(包括备件、保障设备、测试设备、设施和人员要求)。

保障自满足的强调导致了飞机本身保障性涵义的发展,除了原来的R和M以外还增加了自保性,同时也扩充了要重视R和M的理由。提高武器系统的R和M可以提高作战能力,增大保障结构的生存性,减少部署时对运输性的要求,降低人力要求和减少费用。

11112　飞机的保障资源特性

飞机的保障资源是指能满足平时战备及战时使用要求的能力。保障资源及其保障能力通常可分为以下8类:

(1)人力和人员

空地勤人员的定额及其技能等级。

(2)供应保障

飞机及其器材的贮存和供应。

(3)保障设备

飞机使用与维修所需的工具、测试设备、其他保障设备以及这些工具。

(4)技术文件

飞机使用与维修所需的规程、手册、说明书以及有关的设计资料、计算机程序等。

(5)训练和训练保障

空地勤人员技能训练所需的方法、技术、课程、规程、器械与设备等。

(6)计算机资源保障

使用与维修机载计算机系统所需的软硬件、文件和人员等。

(7)保障设施

飞机使用与维修所需的专用的或专门修改的设施及其附属设备。

(8)包装、装卸、贮存和运输

这些作业所需的资源、规程、方法等。

保障分系统保障性是上述的有机综合能力,而不是各项能力的简单叠加[3]。

112　飞机的维修保障特性

对某型飞机保障体系进行分析,明确飞机的保障资源要求,其中包括人员配备,备件情况,保障设备以及保障设施情况等。该型机的维修和维修策略,维修机构的级别、数量、地理位置和相互之间的关系。特别是要对该型机的维修进行重点分析,考虑是三级维修还是二级维修。

将基地级维修保障资源相互联系起来,并分析它们对飞机出勤率的影响。考虑飞机的可靠性、维修性、保障性等关系密切因素对飞机性能参数的影响,评估维修需求、工作负荷、维修策略、保障方案等因素的变化对装备使用效能带来的影响。

(1)现有维修条件

包括维修组织、各维修级别的能力、人员水平、设施与设备条件、维修信息系统、气候条件等,以及解决需要但尚不具备的维修条件的方案。

(2)飞机选择决断指标

即战备完好性与部署机动性指标,以及维修人员定额指标。

(3)以可靠性为中心的维修对设计的要求

如对飞行安全结构采用损伤容限设计;用冗余设计消除会有安全性后果的故障;对有耗损性故障的机件采用视情维修设计等。

113　保障性指标问题

对于保障性及其各层次的下层特性,除R和M外,尚未见明确的指标体系,这有待于探讨。保障性一般以实现作战总目标所需的保障指标来表示。这些指标包括两类:一类是费用指标,如全寿命费用、使用保障费用等;另一类是保障效能指标,包括战备完好性指标和部署机动性指标。典型的飞机战备完好性指标有可能执行任务率、使用可用度、出动率等,平时侧重于可能执行任务率和使用可用度,战时侧重于出动率。

2　建立系统动力学模型

211　飞机综合保障评估模型的建立

某飞行团的综合保障体系及模型如图1所示。

故障和影响飞机战备完好率的模式共分3大块:

(1)飞机和主要系统的故障损失。

(2)飞机各系统的定期检查。

(3)发动机的定期检查。

21111　飞机和主要系统的故障损失

飞机和主要系统的故障损失,主要包括机体、起落架收放系统、操纵系统、燃油系统、液压系统、供电系统、弹射救生系统共7部分。这些系统和机体结构的任何一部分出现故障飞机均不能正常飞行,是影响飞机战备完好率的主要因素,并且这些系统的故障模式是按照串联模式影响飞机的战备完好率的。

依据寿命周期理论,飞机及各系统的故障率分布模式基本上是按照生命周期的故障率浴盆曲线的模式发生的。曲线形式如图2所示。

在飞机服役的早期故障率较高,在使用寿命阶段故障率基本上是稳定状态,而到了使用寿命的后期故障率会急剧增加。

21112　飞机各系统的定期检查和发动机的定期检查

由于飞机各系统在使用过程中要进行定期的检查和维护,所以定期检查影响了飞机的战备完好性,使得飞机的出勤率降低,影响了飞机团的出勤率和战备完好率。

212　系统动力学模型中的表函数和方程

[1]Workable Equi pment=I N TEG(Maintenance-

B r oken Down,I nitialWorkable)

[2]Un workable Equi pment=I N TEG(B r oken

Down-Maintenance,I nitial Unworkable) [3]Gr ound Cre w Maintenance Delay=I N TEG

(Change in Gr ound Cre w Maintenance Delay,

0)

[4]Spare Parts Delivery Delay=I N TEG(Change

in Spare Parts Delivery Delay,0)

[5]Maintenance=Maintenanced equi pment

[6]B r oken Down=Workable Equi pment3Failure

Rate

[7]Change in Gr ound Cre w Maintenance Delay=

Maintenance Delay I m pending-Gr ound Cre w

Maintenance Delay

[8]Change in Spare Parts Delivery Delay=Deliv2

ery Delay I m pending-Spare Parts Delivery De2

lay

[9]Delivery Delay I m pending=Un workable equi p2

ment301353Delivery Rate

[10]Delivery Rate=Loopup Delivery Rate(Ti m e)

[11]Failure Rate=Loopup Failure Rate(Ti m e)

[12]Maintenance Delay I m pending=Unworkable

Equi pment30143Maintenance Rate [13]Maintenanceable equi pment=Loopup Mainte2

nance Multi p lier(Ti m e)3Un workable e2

qui pment30125

[14]Maintenanced equi pment=Maintenanceable e2

qui pment+Gr ound Cre w Maintenance Delay+

Spare Parts Delivery Delay

图1　

系统动力学流图

图2　典型的故障率曲线

[15]Maintenance Rate =Loopup Maintenance Rate

(Ti m e )[16]Total Equi pment =Workable Equi pment +

Un workable Equi pment [17]Loopup Delivery Rate [18]Loopup Failure Rate

[19]Loopup Maintenance Multi p lier [20]Loopup Maintenance Rate 213　评估结果

评估结果见图3。

3　结　论

上述模型是针对单一的机种进行的系统动力学描述,要得出多机种的评估问题,可将不同机种的状态参数分别代入模型进行计算,最后加总即可。也可对模型参数进行修改,得出多机种的评估模型。经过对上述某机种的验证,证明这种评估方法是可行的,相对于其它预测方法而言,这个模型更多的考虑到了综合保障工程中各因素的相互影响关系,较为符合实际情况。此外,系统动力学所用计算机语言设有多种特殊函数,可以较好地模拟现实问题中的各种变化,较为方便。

参考文献

[1]宋太亮.装备保障性工程.北京:国防工业出版社,20021

[2]吴正勇,军用飞机综合保障工程的应用.中国机械工程,

1998,9(12).

[3]马绍民等编.综合保障工程.北京:国防工业出版社,

19951

作者简介

梁红(1972—),女,工程师,主要从事海军航空装备论证及飞行器总体设计、CAD/CAM技术研究。

(上接第35页)

415试验结论及分析

镀铬轴与衬套形成摩擦偶的摩擦系数μ<015,均小于俄标准中临界载荷的摩擦系数,满足要求。衬套的摩擦系数曲线与俄标准里的曲线有很大不同,但摩擦系数值仍在材料要求范围内,经分析,认为影响摩擦系数的因素很多,如材料的均匀程度、温度、设备加载的稳定性等,都会影响摩擦系数曲线。

镀铬轴与衬套磨损寿命试验结果见表4。

表4　磨损寿命试验结果

试验件号载荷比循环次数

/N

磨损量

/mm

标准规定

磨损量

/mm

P L45-2021523×1040104≤012 P L50-3021523×1040108≤012 P L80-26230×1040103≤012　　由表4可以看出,试验所测得新型铜合金衬套的磨损量远小于俄标准中规定的磨损量。同时,从试验设计及结果可以得到验证,衬套磨损寿命取决于在相应工作温度下的P/P

KP

之比;而

摩擦系数μ与载荷比P/P

KP

密切相关。

5　结束语

新型铜合金衬套具有高精度、高强度及高耐磨性,可以在新一代军机起落架上使用。与国内铝青铜衬套相比,具有更高强度及耐磨性能,可减少起落架装置的故障。目前,新型铜合金衬套已在国内飞机上得到初步应用。实践证明,新型铜合金衬套研究成功,可满足目前军机需求,也可为今后研制高性能飞机提供技术储备。

参考文献

[1]杨可桢,程光蕴主编.机械设计基础.北京:高等教育出版

社,19.130～135.

[2]王启平主编.机械制造工艺学.哈尔滨:哈尔滨工业大学出

版社,1995.222～226.

作者简介

郑敏(1974—),女,工程师,主要从事飞机标准化研究。