（控制科学与工程专业论文）基于bayes理论的装甲装备系统维修性综合方法研究.pdf

国防科学技术人学研究生院硕十学位论文 摘要 论文围绕如何充分利用系统各层次的维修性信息，及如何逐级向上综合出系 统维修性指标等关键问题，对小子样条件下的系统维修性综合方法展丌研究，并 通过理论探讨和实例分析说明论文提出的系统维修性综合方法的科学性和可行 性。论文主要研究内容如下： ( 1 ) 研究了装甲装备维修性指标及其分布模型的确定方法，包括常用维修性 指标类型及内涵、维修性信息的获取、常用装甲装备维修时间分布、维修性分布 模型的拟合和检验。 ( 2 ) 研究了装甲装备维修性信息的分析和处理，包括多源维修性信息的一致 性检验、维修性指标验前分布的确定、以及验前分布融合，在此基础上，确定部 件维修性指标的验后分布，并对部件维修性指标进行估计。 ( 3 ) 提出了基于b a y e s 理论的装甲装备系统维修性综合框架，该框架在一般 系统维修性综合过程的基础上，结合b a y e s 理论，详细论述了综合过程中每个环 节的信息获取方式和b a y e s 数据处理方法，从而为解决小子样情形下系统维修性 指标的综合评估问题提供了新的思路。 ( 4 ) 提出了基于b a y e s 理论的系统维修性综合方法，该方法借鉴金字塔综合 思想，充分利用系统各层次的部件维修性验前信息和现场信息，实现部件维修性 信息到系统维修性信息的折合，在此基础上，结合系统维修性现场信息，对系统 维修性指标进行点估计和区间估计。 ( 5 ) 开展了实例研究，通过对型装甲装备部件及系统( 整机) 维修性验 前和现场信息的获取、分析和处理，以及利用基于b a y e s 理论的系统维修性综合 方法对其系统维修性指标进行的综合评估，说明了该方法的有效性和可行性。 主题词：系统维修性，综合，b a y e s 理论，置信区间 第i 页 国防科学披术人学研究生院硕十学位论文 a b s t r a c t t h i st h e s i ss t u d i e st h ei n t e g r a t i o nm e t h o do fs y s t e mm a i n t a i n a b i l i t vi ns m a l l s a m p l ec o n d i t i o n w ef o c u so ns u c hp r o b l e m sa sh o w t om a k et h eb e s to fm a i n t a i n a n c e i n f o r m a t i o ni na l ll e v e l so fs y s t e m a n dh o wt o i n t e g r a t et h e mi n t os y s t e m m a i n t a i n a b i l i t yi n d e x e s w ep r o v eo u rm e t h o dt ob es c i e n t i f i ca n df e a s i b l et h r o u g h t h e o r e t i c a ld i s c u s s i o na n dp r a c t i c a le x a m p l ea n a l y s i s t h em a i nc o n t r i b u t i o n so ft h i s t h e s i sa r ea sf o l l o w s ： m a i n t a i n a b i l i t yi n d e x e sa n dr e l a t e dd i s t r i b u t i o nc o n f o r m a b i l i t ym e t h o d so fp a n z e r e q u i p m e n ta r es t u d i e d t h ec o n c e p t sa n dm e a n i n g so fc o m m o nm a i n t a i n a b i l i t yi n d e x e s ， t h eo b t a i n m e n to fm a i n t a i n a n c ei n f o r m a t i o n ，d i s t r i b u t i o n so fm a i n t a i n a n c et i m eo f p a n z e re q u i p m e n ta n dv a l i d a t i o no ft h e ma r es t u d i e d c o n f u s i o nm e t h o d so fm a i n t a i n a n c ei n f o r m a t i o no fp a n z e re q u i p m e n ta r es t u d i e d ， i n c l u d i n gc o n s i s t e n c y t e s to fm u l t i s o u r c em a i n t a i n a n c ei n f o r m a t i o na n dt h e d e t e r m i n a t i o na n df u s i o nm e t h o d so fp r i o rd i s t r i b u t i o nf o rm a i n t a i n a b i l i t yi n d e x e s b a s e du p o n t h e m ，p o s t e r i o rd i s t r i b u t i o n s o ft h ei n d e x e sa r ed e t e r m i n e da n d m a i n t a i n a b i l i t ya s s e s s m e n t sa r ed o n ef o ru n i t s b a s e do nb a y e s i a nt h e o r y ，af r a m e w o r ko fs y s t e mm a i n t a i n a b i l i t yi n t e g r a t i o ni s g i v e n b yc o n s i d e r i n gag e n e r a lp r o c e d u r ef o rm a i n t a i n a b i l i t yi n t e g r a t i o n ，w ed i s c u s s t h eo b t a i n m e n to fi n f o r m a t i o na n dt h ed a t ap r o c e s s i n gi ne a c hs t e p ，t h r o u g hw h i c hw e p r o v i d eaw a yt os o l v et h ei n t e g r a t i o na s s e s s m e n to fs y s t e mm a i n t a i n a b i l i t yi nt h e c o n d i t i o no fs m a l ls a m p l e ab a y e s i a nm e t h o do f i n t e g r a t i o n a s s e s s m e n ti s p r o p o s e d u s i n gp r i o r m a i n t a i n a n c ei n f o r m a t i o na n ds a m p l ei n f o r m a t i o no fe a c hl e v e l t h i sm e t h o dc o n v e y s p r i o rm a i n t a i n a n c ei r e f o r m a t i o na n ds a m p l ei n f o r m a t i o no fu n i t si n t op r i o rm a i n t a i n a n c e i n f o r m a t i o no fs y s t e m t h e n ，t h ep o i n te s t i m a t ea n di n t e r v a le s t i m a t ef o rs y s t e m m a i n t a i n a b i l i t yi n d e x e sa r ed e d u c e db yi n t e g r a t i n gt h es a m p l ei n f o r m a t i o no fs y s t e m m a i n t a i n a b i l i t y w ei l l u s t r a t eo u rm e t h o dt h r o u g ha ne n g i n e e r i n ge x a m p l e u s i n gt h ep r o p o s e d i n t e g r a t i o nm e t h o d ，w em a k et h ei n t e g r a t i o na s s e s s m e n to fs y s t e mm a i n t a i n a b i l i t yo f p a n z e re q u i p m e n tt h r o u g ht h eo b t a i n m e n t ，a n a l y s i sa n dp r o c e s so fu n i t s a n ds y s t e m s m a i n t a i n a n c ei n f o r m a t i o n r e s u l t ss h o wt h ev a l i d i t ya n df e a s i b i l i t yo fo u rm e t h o d k e y w o r d s ：s y s t e mm a i n t a i n a b i l i t y ，i n t e g r a t i o n ，b a y e s i a nt h e o r y ， c o n f i d e n c eb o u n d 第i i 页 国防科学技术人学研究生院硕十学位论文 表目录 表5 1 剧型装甲装备主要部件现场维修时间数据部分记录4 4 表5 2 发动机维修时间历史数据部分记录4 4 表5 3 发动机的现场试验数据记录4 6 表5 4 发动机m t t r 的估计结果( 置信度为0 9 5 ) 4 6 表5 5 柯尔莫哥洛夫检验计算结果4 7 表5 6 装甲装备系统8 个主要部件的m t t r 。，服从的分布及估计结果4 8 表5 7 泓型装甲装备m t t r 。的估计结果( 置信度为o 9 5 ) ：4 8 第1 i i 页 国防科学技术人学研究生院顺十学何论文 图 目录 图2 1 装甲装备维修性参数体系图6 图2 2 对数f 念分布图1 2 图4 1 基于b a y e s 理论的装甲装备系统维修性综合框架3 1 图4 2 串联系统的工作过程4 0 第1 v 页 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我本人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表和撰写过的研究成果，也不包含为获得国防科学技术大学或其它 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文题目： 基王堕z 皇墨翌途煎装里苤垒丞缠维堡性绫佥虚洼鲤窒 学位论文作者签名：蛰睦盎日期：四9 2 年7 2 月2 日 学位论文版权使用授权书 本人完全了解国防科学技术大学有关保留、使用学位论文的规定。本人授权 国防科学技术大学可以保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 文档，允许论文被查阅和借阅；可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密学位论文在解密后适用本授权书。) 学位论文作者签名： 作者指导教师签名： 日期：拙娟年7 2 月2 日 日期：2 方谚年二月1 日 国防科学技术人学研究生院硕十学位论文 第一章绪论 维修性【l 是产品在规定的条件下和规定的时间内，按规定的程序和方法进行维 修时，保持或恢复其规定状念的能力。装备的维修性是设计出来的，维修性设计 与分析，同维修性试验和评定等构成一个反复迭代的过程，促使装备的维修性不 断提高。维修性是装甲装备的重要设计特性，是装备质量的重要组成部分，是由 设计赋予的使产品维修简便、迅速、经济的固有属性。系统维修性综合，是根据 组成系统的元件、部件、分系统的层次结构关系，利用统计推断方法，自底向上， 逐级估计出元件、部件、分系统的维修性指标，并最终获得系统维修性指标的过 程。论文主要围绕装甲装备开展基于b a y e s 理论的系统维修性综合方法研究。本 章主要阐述基于b a y e s 理论的装甲装备系统维修性综合方法的研究背景及意义， 总结国内外相关研究现状，并介绍论文的主要研究内容和结构安排。 1 1 研究背景及意义 现代装甲装备技术密集度高、结构复杂，维修难度大，加上全方位立体化作 战方式，使装甲装备后勤补给和技术保障愈发困难。2 0 世纪9 0 年代初的海湾战争， 美军正是借助高效率的维修使坦克、步兵战车等装甲装备达到了非常高的完好率、 出勤率，最终保证了战斗的胜利【2 1 。正因为如此，世界各国在研制新装甲装备的过 程中，更加注重装甲装备维修性的研究，从而提高装甲装备的质量水平。 利用维修性试验，获取试验数据，进而对装甲装备的维修性水平作出准确评 估，是装甲装备维修性研究的重要内容。对于由许多不同分布类型部件组成的复 杂系统，可以像部件一样，直接利用复杂系统的试验信息进行维修性评估。但对 于装甲装备这类复杂系统来说，其维修性试验次数一般很有限，有的甚至只进行 一、二次试验，其维修性评估结果近似置信下限很低，其置信水平也不高，不能 准确反映装甲装备维修性水平。如果要进行多次或长时间的装甲装备维修性试验， 不仅会导致装甲装备磨损严重，造成不必要的资源浪费，而且会延长装甲装备的 研制周期【3 j 。然而，对组成装甲装备的各级功能单元分别进行试验却相对容易办到， 装甲装备及组成装甲装备的各级功能单元级别愈低，在工程试验中，试验件数和 次数愈多，为此，有必要发展一种类似可靠性综合金字塔模型的系统维修性综合 金字塔模型。利用该模型，实现下一级各功能单元试验信息向上一级折合，再把 折合信息与上一级试验信息综合，进行各级系统维修性综合评估。这样，就有可 能用很少次数的整个装甲装备维修性试验对装甲装备的维修性作出高置信水平的 评估。由于采用b a y e s 理论进行验证和评定能够利用以往积累的验自订信息，结合 第1 页 国防科学技术人学研究生院硕十学位论文 少量的现场试验信息进 j ：统计推断和检验，大火减少试验样本量，鉴于此，本论 文主要采用b a y e s 理论来研究装甲装备系统维修性综合方法。 通过基于b a y e s 理论的装甲装备系统维修性综合方法研究，可将装甲装备维 修性综合结果与维修性指标要求相比较，检验是否达到设计任务书中规定的系统 维修性指标要求；更为重要的是，能够利用以往积累的经验和数据，结合少量的 现场试验信息进行统计推断和检验，进而在保证可信度的情况下，减少装甲装备 系统维修性试验次数，节省维修性试验费用，缩短装备研制周期，为装备尽早投 入部队形成战斗力提供有力保障。 1 2 国内外研究现状 由于装甲装备等复杂系统成本昂贵，并且大部分试验都具有破坏性，人力， 物力和财力耗费巨大，因而它们的系统级维修性试验样本很少，但是工程实际中 对这类系统的维修性指标的要求却很高，于是，基于b a y e s 理论的系统维修性综 合方法开始崭露头角【3 】。这种方法最大优点是能够利用以往积累的经验和数据，结 合少量的现场试验信息进行统计推断和检验，大大减少了试验样本量。 b a y e s 理论起源于英国学者贝叶斯( b a y e st r ) 于1 7 6 3 年发表的一篇奠基性 的论文，在此文中提出了著名的b a y e s 公式f i j 。拉普拉斯( l a p l a c ep s ) 利用贝叶 斯提出的方法，导出了重要的“相继律”，而且还用它来解决天体力学、医学统 计问题，之后虽有一些研究和应用，但是由于其理论尚不完整，所以一直没有受 到重视。但随着j e f f r e y s l 4 1 、s a v a g e t 5 1 、r o b b i n s 、l i n d i e y 、d e f i n e t t i 6 】等在b a y e s 理 论的若干问题上进行了深入的研究，b a y e s 理论在验前信息的获取及表示、经验 b a y e s 方法、多源信息融合方法、线性模型参数估计、统计决策理论等方面有了极 大的发展。p a t e c o r n e l l l 7 1 ，c o o l e n i 引，s i n g p u r w a l l a e 9 1 ，c o o l e n l l 0 1 ，以及l i c h t e n s t e i n 【l l 】 针对工程中存在大量专家经验知识的情况，分别提出了对主观经验知识如何收集、 整理和合理利用的方案。b i l a l t l 2 1 对实际工程中专家信息的应用进行了详细的讨论。 s e l b y t l3 1 ，e l p e r i n l l 4 1 ，t i w a r i t l5 1 ，a n l l r o 【1 6 1 等利用工程中常见的验前信息类型，分 别对二项分布、指数分布和w e i b u l l 分布、p a r e t o 分布、r a l e i g h 分布和对数正态分 布等模型进行了分析，并给出了相应分布参数的估计。对于存在一定量的历史数 据的情况，为减少b a y e s 理论中的主观因素，m m t i z i 。7 1 提出了经验b a y e s 思想，并 被广泛应用。 在b a y e s 理论应用研究方面，国内可以追溯到2 0 世纪6 0 年代初期，主要应 用于武器装备的试验与鉴定。上世纪8 0 年代以来，国内在试验鉴定、定型方面的 b a y e s 理论得到了长足的发展，特别是9 0 年代以来，b a y e s 理论试验分析和评估技 术在武器型号的研制中得到了广泛的应用。其中国防科学技术大学的张盒槐教授 第2 页 国防科学技术人学研究生院硕十导：何论文 做了大量的研究工作，由他编写的( ( b a y e s 方法、武器装备小予样试验分析与 评估以及( ( b a y e s 试验分析方法等专著总结了b a y e s 统计推断的基本理论，并 对序贯b a y e s 决策方法中涉及的概念和具体的检验方法，包括序贯验后加权检验 ( s e q u e n t i a lp o s t e r i o ro d dt e s t ，简称s p o t ) 方法都做出了明确的说明，对推动 b a y e s 理论在工程实践领域中的应用起到了重要的指导和借鉴作用，并为b a y e s 理 论中关键问题的解决指明了方向。同时，第二炮兵装备技术研究所高级工程师唐 雪梅在“武器装备小子样试验分析与评估 和“导弹攻防体系对抗 两个领域对 b a y e s 理论进行了大量的研究。国防科学技术大学的张士峰，蔡洪等，长期从事武 器装备试验与鉴定方面的教学与科研工作，研究了利用分离可交换量模型对不同 环境下的维修性信息融合方法，在武器装备精度鉴定【1 羽、维修性分析【1 9 】【2 0 1 、试验 数据处理【2 1 】等b a y e s 理论的应用方面，也取得了一定的研究成果。申绪涧等【2 2 】针 对讵态分御总体的均值和方差均未知的情况，提出基于b a y e s 理论的联合序贯验 后加权检验方法，并给出了在抽样试验之前确定假设检验问题所需样本容量和决 策阈值的计算方法。王国型2 3 】等将b a y e s 假设检验的方法分别应用到正态分布( 包 括均值已知、方差已知、二者联合分布情形) 和二项分布总体未知参数的假设检验 理论中，并给出了正态分布、二项分布总体未知参数的序贯验后加权检验方法。 此外，北京大学郑忠国教授提出的随机加权法；北京航空航天大学小样本技术研 究中心的傅惠民教授【2 4 】研究开发的百分统计学理论。这些都对国内b a y e s 理论的 应用研究起到了重要推动作用。 早在上世纪5 0 年代就出现了一些专门的针对单元级产品的维修性验证试验抽 样方案，到2 0 世纪6 0 年代逐步形成了一些验证试验的方法和标准，针对具体的 试验类型，已经在武器装备系统维修性试验中得到了广泛而成功地应用。目前， 美国采用的是1 9 9 6 年实施的m i l s t d - 4 7 1 维修性核查，验证与评价标准，国 内采用的是1 9 9 5 年实施的g j b 2 0 7 2 9 4 标准【2 5 1 ，这些都是以经典数理统计学为基 础的试验验证方法。这些维修性验证与评定方法使用的前提是样本量不少于3 0 ， 这对航空、航天等造价昂贵、维修性试验样本极少的产品或系统来说是不合适的。 为了减少试验次数，节省评估费用，加速定型进程，w a l d 2 6 】等在2 0 世纪5 0 年代 研究了序贯概率比检验( s p r t ) 等检验方案，奠定了统计决策理论的基础。然而， 对于小样本情况，这种方法仍然难以达到维修性验证与评定所要求的指标( 犯两 类错误的概率等) ，即经典统计理论在小子样条件下的有效性大为降低。在这种 情况下，基于b a y e s 理论的维修性验证与评定得到了发展。军械工程学院的王伟 龙弘7 j 比较了基于经典数理统计学理论的维修性定量时间指标的验证方法和基于 b a y e s 理论的维修性定量时间指标验证方法，并讨论了维修性验证技术的发展趋 势。国防科学技术大学的武小悦教授【2 8 l 对系统维修性试验的验证方案进行了研究， 第3 页 国防利学技术人学研究生院硕十。予：何论文 提出了基于b a y e s 理论的系统维修性验证方案，以减少试验样本量，缩短研制周 期。 基于b a y e s 理论的维修性指标评估方法不但利用了试验过程中获取的数据， 还充分利用了试验之i j i 的各种验自订信息，因此减少了对现场试验样本量的需求。 2 0 0 3 年，第二炮兵工程学院的夏启兵【2 9 1 研究了武器装备的正态型和对数正念型数 据的维修性评估问题，提出了评估的主要指标，实例表明这些指标能够很好地定 量评估服从正念和对数f 态分布的武器装备的维修性；2 0 0 3 年，中国航天科工集 团第三研究院的王江元【3 0 】研究了系统维修性鉴定技术，在给定系统维修性鉴定指 标的前提下，讨论了维修性验前信息的使用方法、维修性鉴定试验样本分配及维 修性鉴定理论方法与算法实现；2 0 0 3 年，军械工程学院的冯兵【3 l 】研究了在武器设 计阶段，定性地从维修性设计因素入手，以各因素问的交互作用为出发点，提出 了维修性设计属性和促进度的概念，利用有向图和矩阵理论对武器系统维修性设 计评估模型进行探讨，并给出了维修性评估的方法和步骤；2 0 0 4 年，海军装备技 术研究所的罗肖健【3 2 】讨论了维修性评估的重要意义，归纳了在装备寿命周期各阶 段进行维修性评估的方法及其适用性，为广泛开展装备维修性评估提供了有效的 途径；2 0 0 4 年，关秀荣f 3 3 】研究了对装备的维修性要求及指标确定、维修性设计与 分析、维修性试验与评定等问题，提出了装备维修性设计工作参考的方法和注意 问题；2 0 0 4 年，曹建华【3 4 】探索了利用外场的维修数据对飞机系统、整机的平均修 复时间( m t t r ) 进行分析，他在分析系统和整机维修性指标的基础上，选取各个 分系统( 设备) 故障占所属系统故障的百分比作为修正系数，对分析结果进行修 正，得到系统的平均修复时间，进而计算出整机的平均修复时间；2 0 0 5 年，熊南 峰【3 5 】应用可维修系统随机故障过程模型理论，根据偶然故障期的可靠性和维修性 试验数据，提出了某装备的有效性评估模型，并给出了具有工程参考价值的有效 性指标；2 0 0 5 年，北京强度环境研究所的周源剥3 6 j 研究用b a y e s 理论估计指数维 修产品的修复率t ，在取共轭型验后分布或无信息验后分布时，推导了的边缘 验后密度及其b a y e s 近似和精确可信下限；第二炮兵工程学院的李智生【3 7 1 ，在小 子样武器试验中利用贝叶斯融合理论对其参数进行评估，分析了贝叶斯理论基础 和应用条件，并建立了融合算法模型，经过仿真验证，在小子样试验中，该方法 是提高评估可信度和精度的一种有效途径。2 0 0 6 年，装备指挥技术学院的金星【j 剐 针对工程中由于只能得到有限的维修性试验数据，仅能确定分布参数的置信区间， 无法明确给出分布参数确定值的问题，提出了采用b o o t s t r a p 仿真抽样方法，利用 有限样本的维修性试验数据，确定产品最佳维修周期的方法；2 0 0 6 年，海军工程 大学的赵亮【3 9 】在分析现有经典维修性验证方法不足的基础上，利用b a y e s 方法， 提h = l 了小子样维修性试验与评定方法，给出解决问题的一般步骤。同时还有国防 第4 页 国防科学技术人学研究生院硕十学位论文 科学技术大学的严利珍【4 0 1 、王静【4 l 】等研究人员对导弹武器系统维修性模型建立和 定量指标的评估与验证等方面进行了研究，并取得了一定的成果。 综上所述，b a y e s 理论己在产品维修性试验与评估方面得到了较好应用，但这 些应用主要集中在单元级( 或将整系统视作单元) 产品的维修性指标的评估上， 而对于如何利用单元维修性指标或维修性信息综合出系统维修性指标问题很少涉 及，基于b a y e s 理论的系统维修性综合方法研究基本上是空白。 1 3 论文的主要内容和结构安排 本文以装甲装备维修性为研究背景，重点研究了基于b a y e s 理论的装甲装备 系统维修性综合方法，研究内容包括装甲装备维修性指标及其分布模型的确定、 装甲装备维修性验前信息的融合、基于b a y e s 理论的装甲装备系统维修性综合、 以及实例研究。结构安排上，论文共分为六章，分别是： 第一章绪论。 阐述了装甲装备系统维修性综合的研究背景及进行基于b a y e s 理论的系统维 修性综合方法研究的重要意义，概括了国内外相关领域的研究现状，并论述了论 文的主要研究内容和结构安排。 第二章装甲装备维修性指标及其分布模型的确定。 本章首先给出了常用的维修性指标、维修性信息的获取方法和装甲装备维修 时间的统计分布，其次论述了维修性分布模型的拟合和检验方法。 第三章装甲装备维修性验前信息的融合。 本章首先利用一致性检验，判断多源验前信息是否服从同一分布，其次确定 验前分布具体分布类型并进行参数估计，然后加权得到融合验前分布，最后在融 合验前分布的基础上进行b a y e s 统计推断。 第四章基于b a y e s 理论的装甲装备系统维修性综合。 本章首先提出了一种新的基于b a y e s 理论的装甲装备系统维修性综合框架， 然后结合该框架分别论述基于b a y e s 理论的部件、系统的维修性多源验前信息融 合方法，部件、系统维修性指标的验后分布计算方法，并给出了系统维修性指标 的点估计和区间估计方法。 第五章实例研究。 本章以x x 型装甲装备为应用对象，利用基于b a y e s 理论的系统维修性综合方 法对其丌展实例研究，并说明了该方法的有效性和可行性。 第六章结束语。 对本论文的工作进行了总结并对下一步研究工作进行了展望。 第5 页 国防利学技术人学研究生院硕十学位论文 第二章装甲装备维修性指标和分布模型的确定 本章阐述了装甲装备常用维修性指标、维修性信息的获耿及维修性指标分布 模型的确定方法，其目的是研究维修性信息的收集和分析处理，为下一步的研究 提供理论支持。 本章主要分为三部分：( 1 ) 介绍装甲装备常用的维修性指标，明确求驳平均 维修时间的重要意义； ( 2 ) 阐述维修性信息的获取，明确维修性信息的来源和收 集要求；( 3 ) 分析和总结装甲装备维修时问模型的统计分布，为根据维修性验前 信息，进行维修性模型的分布拟合以及模型的检验提供支持。 2 1 维修性指标 现代装甲装备都是高技术产品，结构复杂，功能多样，技术含量高，而维修 性是影响装甲装备总体质量的重要因素，对保证装备的总体质量起着重要作用。 装甲装备的维修性要求通常包括定性要求和定量要求两个方面。通常在设计之前 就应明确定性和定量要求，将定性要求转化为设计准则，按定量要求选用指标【i l ， 因此有关部门详细制定了装甲装备的各种维修性参数( 详见图2 1 ) 。 图2 1 装甲装备维修性参数体系图 图2 1 给出了装甲装备的维修性参数体系，它基本上涵盖了装甲车辆全部与维 修性有关的特性参数，但是在装甲装备的维修性综合中，并不是每个参数都要选 第6 页 国防科学技术人学研究生院硕十学何论文 用，而是要根据具体情况选择常用的维修性指标。 2 1 1 常用的维修性指标 对于装甲装备，维修性综合中普遍采用的维修性指标中主要是以维修延续时 间作为度量尺度。其中，最常用的维修性指标包括平均维修时间、最大修复时间 和平均预防维修时间【2 8 】。 ( 1 ) 平均维修时间矾( m e a n t i m et or e p a i r ，m t t r ) 平均维修时间是可修复产品由故障状态修复到完好状态所需要时间的平均 值。它是维修性的一种基本参数，其度量方法为：在规定的条件下和规定的时间 内，产品在任一规定的维修级别上，维修总时间与该级别上故障总次数之比，它 是完成维修活动的平均时间。简单的说是排除一次故障所需的修复时间的平均值。 一般采用时间综合的方法来建立m t t r 模型，把与维修活动各部分有关的时间加 在一起获得该维修活动的总维修时间，因此该指标容易测量也容易通过统计试验 及平时累积的验前信息而测定。 平均维修时间的计算可由下式给出： ( 乃矾) 心= 旦百一 ( 2 1 ) 丑 其中： 万组成某系统的可修复部件数； 五系统中第f 个可修复部件的失效率； m c i ，第f 个可修复部件的平均维修时间。 矾的物理意义是，根据平均维修时间的性质，它取决于系统发生失效时，系 统中各个修复或更换部件的频率( 故障率或更换率) 以及发生各种类型失效部件 的修复时间。 此外，也可在外场对某一个部件进行试验，按下式计算平均维修时间： 疗铂(22)i m ，= = 1 其中： 元系统中第f 个可修复部件的故障率； t 第f 次修复时问； 修复次数。 第7 页 i 司防科学技术人学研究生院硕- f ：。字：何论文 对于维修h , j i e i j ) j 艮从指数分布的情况： 砑“：上( 2 3 ) t 其中：修复率，是平均维修时间的倒数。 对于维修时间服从正态分布的情况： 砺“：土( 2 4 ) 其中：口。吉善维修时间的均值。 对于维修时间服从对数f 态分布的情况： 矾：e x p ( p + i 8 2 ) ( 2 5 ) 其中： 矽2 吉否1 n 维修时间的对数均值； 万维修时间的对数标准差。 为了论述方便，下文部件平均维修时间简称为m t t r u ，系统平均维修时间简 称为m t t r 。 ( 2 ) 最大修复时间。d 最大修复时间是按给定维修度函数最大百分位值1 一口所对应的修复时间值， 通常规定1 一口= 9 5 。最大修复时间与平均维修时间的数量关系因维修时间分布 形式不同而不同。 当维修时间服从指数分布时： m m 。d = 2 3 m t t r ( 2 6 ) 当维修时间服从正态分布时： 帆。d = m t t r + 1 2 8 6 ( 2 7 ) 其中：万维修时间的标准差。 当维修时间服从对数f 态分布时： l n 坂。“= m + 1 2 8 3 ( 2 8 ) 其中： 万自然对数维修时问的标准差； m 自然对数维修时间的均值。 ( 3 ) 平均预防维修时问m 。，( m e a np r e v e n t i v em a i n t e n a n c et i m e ) 第8 页 国防科学技术人学研究生院硕十学侮论文 平均预防维修时i 、h j 足指装备每次进行预防性维修时i 、日j 的平均值，主要包括平 均保养时间和平均定时修理时问。 ( 1 ) 平均保养时间 一级保养( 含出车检查和回场保养) 时间 二级保养时间 ( 2 ) 平均定时修理时间 平均小修( 包含三级保养) 时间 平均中修时间 平均大修时间 另外，还有一些维修眭指标如平均单位时间内维修停机时间、维修工时率等， 也应该在维修性考虑范围内。 2 1 2 维修性指标的确定 维修性指标是对维修性参数要求的量值。根据应用场合的不同，装甲装备的 维修性指标可分为使用指标和合同指标，在维修性综合以前要选择合理的指标。 使用指标是指，根据立项研制开发的新型号装甲车辆的任务需求、作战使命， 编配使用原则，期望其在未来的战场环境作战使用中能够实现的维修性指标。使 用指标既考虑了装甲车辆设计制造因素的影响，也考虑了未来的战场环境、兵员 素质、作战指挥水平，综合保障能力等多种相关因素的影响。合同指标是指，合 同研制任务书中规定的、作为研制单位设计和验证考核依据的维修性指标。合同 指标只考虑了装甲车辆设计制造对车辆维修性的影响，没有考虑未来战场环境条 件、部队兵员素质、作战指挥水平和综合保障条件等因素的影响。 装甲装备维修性指标的确定应根据有关条款、用户的需求来制定，并考虑费 用、维修条件等因素，在具体的实施中应该遵循以下原则： ( 1 ) 使用需求是确定维修性指标的基本依据； ( 2 ) 国内外现有的维修性水平是确定维修性指标的主要参考值； ( 3 ) 可能达到的维修水平是确定维修性指标的又一重要依据； ( 4 ) 现行的维修保障体制、维修等级的划分以及维修职责的分工是确定维修 性指标的重要因素； ( 5 ) 维修性指标的确定要与可靠性、寿命周期费用、研制进度等因素进行综 合权衡。 根据以上原则，对于装甲装备来说，平均维修时间( m t t r ) 是其基本的维 修性指标。因为该指标不仅反映了装备的战备完好性和对维修人力费用的要求， 而且是非维修专业人员最容易理解和确定的指标，所以下文主要对m t t r 的综合 第9 页 国防利! 学技术人学i ，i = 究生院硕十学何论文 方法进行研究。 2 2 维修性信息的获取 维修性信息是进行维修性综合的基础，包括装备的基本信息( 装备名称、型 号、批次、出产日期等) 、装备的使用环境和条件信息、故障信息等，贯穿于装 备设计、生产、使用的全寿命周期【lj 。 维修性信息的收集必须要在装备的全寿命周期内持续不断进行，并保证其及 时性、准确性、完整性。在信息收集过程中一定要强调装备故障信息的收集，通 过对故障信息的分析可以掌握装备的故障特点，找出故障原因和薄弱环节，从而 有针对性的对装备设计、生产、使用中存在的问题采取预防措施，避免故障的重 复发生。 2 2 1 维修性信息的来源 具体而言，系统维修性验前信息的来源有如下几种： ( 1 ) 部件及分系统试验信息：由于装甲装备系统的复杂性，一般采用金字塔 式维修性试验方法，对部件和分系统进行大量的维修性试验以弥补系统级试验的 不足； ( 2 ) 仿真试验信息：仿真作为- - i 1 新兴的维修性辅助技术正在兴起，仿真试 验信息可以为复杂系统维修性综合与评定提供维修性验前信息。同时，必须认识 到，j 下确建立维修性仿真模型和维修性仿真模型的评估、确认和校核是维修性仿 真成败的关键，也是顺利完成仿真试验，得出令人信服的结果的保证； ( 3 ) 专家意见及工程经验：在维修性分析领域，专家意见或工程经验往往是 十分重要的维修性验前信息； ( 4 ) 历史信息：包括部件或系统以往的各种试验信息。 上述维修性信息的获取是一个工程问题，和具体的系统及分析的问题紧密相 关。为了减少现场试验次数，大量可信的维修性验前信息是必不可少的。要获取 这些维修性验前信息，在产品的设计、研制阶段就要考虑到最终的评定和鉴定， 并通过加强质量管理，在产品的整个寿命周期，建立起规范化的关于产品相关信 息的记录体制，工程技术人员要严格执行，以保证收集信息的完整性、可信性。 只有这样爿能保证小子样试验数据的情况下产品维修性的b a y e s 分析的准确性和 可信性。 第1 0 页 国防科学技术人学研究生院硕十学何论文 2 2 2 维修性信息收集的要求 为了使收集的信息更好的为维修性综合服务，对信息收集有如下要求： ( 1 ) 准确性。信息的准确性是有效完成信息收集工作的首要条件，所有的信 息都必须能客观的反映实际情况，尽量减少主观因素。如果信息失真不仅会影响 统计试验工作进行，还有可能带来重大的经济或安全事故。 ( 2 ) 全面性。信息的全面性是指所收集的维修性验前信息应该贯穿全寿命阶 段，要内容全面，不能有遗漏，只有这样才能使信息之间保持关联性、有序性、 一致性，从而保证对装备的研究分析更加准确。 ( 3 ) 及时性。及时性是维修性信息收集中的一个重要准则，要随时根据装备 的工作情况和观测数据及时地对维修信息进行更新，保证获取最新的信息。 2 3 维修性分布模型的确定 在获取了维修性验前信息后就要对这些数据进行统计分析，通过分布拟合以 及模型的检验最终确定维修时间服从的统计分布。 2 3 1 维修时间的统计分布 关于装甲装备各种维修时间的分布形式，一般都认为服从对数正态分布，虽 然这种认识具有一定的理论基础和实践根据，但是，对某一具体型号的装备而言， 应以实际的试验观测值为依据。 对于论文所研究的厨装甲装备来说，对整车全系统1 4 种不同维修时间的试 验观测数据进行统计分析表明：维修种类不同，维修时间分布形式也有差别。其 统计结果如下： ( 1 ) 在1 4 种不同的维修类型中，有6 种类型服从对数正态分布，占4 3 ， 居多数。此类分布的一个主要特点就是：其概率密度函数有一个不对称的单峰值。 分布的离散性越大，单峰值越靠近纵坐标。 ( 2 ) 对于维修范围相对比较固定，维修时间相对比较集中的维修类型，其维 修时间分布比较明显的服从正态分布，例如小修、中修和大修。 ( 3 ) 早期故障比较多，随机性起主导作用的维修类型，其维修时间分布服从 指数分布。基层i 级、i i 级排除故障总时问和排除关联故障总时间，由于是几个不 同级别的维修时间合并而成的，虽然总的趋势服从指数分布，但拟合度较差。 根据以上试验分析可以初步确定装甲装备的维修时i 、日j 大多服从对数币态分 布。设，代表维修时间，维修密度函数m ( t ) 和维修度函数m ( ，) 见图2 2 。 第1 i 页 国防利学技术人学研究生院硕十学何论文 m ( t m “ 计算方法分别由下式给出： 聊( ，) = 瓦1 磊e x p _ t ( i n t - i n m ) 2 螂，= f 上t 42 4 瓦唧 _ 半卜 = f 州赤斗文孚m 其中： i n t , l l l 虬2 葺广 4 = 2 3 2 维修时间分布模型的拟合 ( 2 9 ) ( 2 1 0 ) ( 2 1 1 ) ( 2 1 2 ) 在获取了装甲装备的维修时间以后，就可以对验前信息数据进行分析处理， 首先是确定维修时间服从的分布。 对于不同的部件可以根据具体情况和专家的经验，得到部件维修时间可能服 从的分布集合，对分布集合中的不同分布，采用相应的分布检验方法，如f 念分 布检验常用的s h a p i r o w i l k 检验、e p p s p u l l e y 检验，w e i b u l l 分布检验常用的v a n m o n t f o r t 检验，指数分命检验常用的格涅峰科检验、f i n k l e s t e i n s c h a f e r 检验、 a n d e r s o n d a r l i n g 检验【4 2 】，以及其他分布类型的随机加权方法【4 3 】等检验方法。 现对国际上广泛采用的e p p s p u l l e y 检验方法作简单介绍。 1 9 8 3 年e p p s t w 和p u l l e y l b 利用经验特征函数构造了一个新的币态性检验 第1 2 页 、， i o 5 o m l n ， 方法，它对多种备择假设都有较高的功效，它适用于完全样本，样本量门8 。设 由上节得到的m t t r u 等效样本x = ( _ ，x 2 ，) ，则用e p p s - p u l l e y 方法推导 m t t r u 服从的分布，具体实现步骤如下： ( 1 ) 计算样本均值与样本方差分别记为： _ - 吉善_ 所z2 吉善( _ 巧) 2 ( 2 1 3 ) ( 2 ) 计算数值彳： 4 = 压扣 一譬) 彳是含有刀项的子数列和； ( 3 ) 赋值数值变量k ，k = 2 ，3 ，聆，对1 歹( k 一1 ) 计算： e x p 一掣 并对k 相加( 2 后( n - 1 ) ) ； ( 4 ) 计算数值b ： b = 言薹否k - ie 卅髻， 眨 数值b 的两重和