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保障性理論基礎

2020-06-02 14:20
可靠性雜壇
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三、保障性分析

保障性分析作為支持綜合技術保障工作的一種系統(tǒng)分析方法,是裝備采辦過程中實現(xiàn)戰(zhàn)備完好性與保障性目標的有效手段。它原來稱后勤保障分析(logistics support analysis,LSA),是隨著美國國防部推行綜合后勤保障,在維修工程分析(maintenance engineering analysis)的基礎上發(fā)展起來的。LSA最早出現(xiàn)在1971年發(fā)布的美國軍用標準MIL-STD-1369(NC)《綜合后勤保障大綱要求》上,后來經1973年最初發(fā)布并經多次修訂和改版的軍用標準MILSTD-1388-1《后勤保障分析》與MIL-STD-1388-2《國防部對后勤保障分析記錄的要求》的完善,逐漸形成了一套完整的、規(guī)范化的分析方法。我國參照MIL-STD-1388-1A編制了國家軍用標準GJB 1371—92《裝備保障性分析》并于1992年發(fā)布。我國從一開始就取名為“保障性分析”但縮略語仍沿用LSA,以便于與國際接軌。與GJB 1371相配套的國家軍用標準GJB 3837—99《裝備保障性分析記錄》已于1999年發(fā)布。美國國防部在1996年發(fā)布的DoD 5000.2-R和1997年發(fā)布的MIL-HDBK-502中將后勤保障分析改稱為保障性分析。但他們沒有對保障性分析進行重新定義,其內涵與后勤保障分析一致。

(一)保障性分析的定義與目標

1.保障性分析的定義

保障性分析是作為系統(tǒng)工程過程的一部分,是裝備綜合技術保障的分析性工具。在裝備研制與生產的過程中應用某些科學與工程的成果,通過反復地論證、綜合、權衡、試驗與評價的過程,以有助于:考慮保障問題以影響設計;確定與設計及彼此之間有最佳關系的保障要求;獲得裝備所需的保障;在使用階段,以最低的費用與人力提供所需的保障。

2.保障性分析的目標

在裝備的采辦過程中,實施保障性分析的目標為:確保保障性作為一項裝備的性能要求納入裝備設計;確保優(yōu)化保障系統(tǒng)設計和保障體制。保障性分析是確保保障性要求納入裝備的設計過程對各種分析技術與方法的綜合和運用。

(二)保障性分析的原理與特點

1.保障性分析是協(xié)調裝備設計工程與綜合技術保障相聯(lián)系的橋梁

按照綜合設計方法必須在裝備的研制早期就綜合考慮保障問題,并在裝備系統(tǒng)的設計過程中影響主裝備的設計與同步設計保障系統(tǒng)。根據(jù)系統(tǒng)工程原理,在研制過程的各個階段利用保障性分析來協(xié)調設計工程與綜合技術保障的工作,并使保障性分析過程與裝備設計工程各個階段的進展相一致。

2.保障性分析是一個多學科、多接口的綜合性分析

保障性分析是一種綜合性的分析方法。它協(xié)調與綜合了可靠性、維修性、測試性、生存性等有關保障性的專業(yè)工程專業(yè)的分析,通過設計接口互相交換并綜合了諸專業(yè)工程專業(yè)分析的信息,以輔助裝備保障性特性和保障系統(tǒng)的設計。如圖2所示,保障性分析及相關輔助分析,主要包括:系統(tǒng)使用要求分析;可靠性、維修性預計;故障模式、影響及危害性分析(FMECA);以可靠性為中心的維修分析(RCMA);修理級別分析(LORA);使用與維修工作分析(OAMTA);人素工程分析;故障診斷權衡分析;生存性分析(SA);運輸性分析;壽命周期費用分析(LCCA);零備件及庫存分析;保障設備與設施要求分析;數(shù)據(jù)要求與信息系統(tǒng)分析。

圖2 保障性分析及相關輔助分析

此外,保障性分析還綜合了人員訓練要求分析、安全性分析等。保障性分析及相關輔助分析要根據(jù)系統(tǒng)要求進行剪裁,并對有效的維修與保障基礎設施建設提供決策信息。

3.保障性分析是一個反復、有序迭代的分析過程

保障性分析是貫穿于裝備壽命周期各個階段,特別是裝備的研制與生產階段的一個反復、有序迭代的分析過程。隨著裝備研制的進展,各階段研制任務的逐步深入與詳細,保障性分析按照裝備系統(tǒng)結構分解層次,從高到低,從系統(tǒng)級逐漸深入到分系統(tǒng)級與綜合技術保障要素級;而且隨著分析所需要的輸入信息逐漸準確與細化,分析的詳細程度也由粗到細并與各階段的分析要求相適應。通過反復迭代、有序的分析不斷地修正分析結果,優(yōu)化裝備和保障系統(tǒng)的設計與研制,以達到費用、進度、性能與保障性的最佳平衡。

4.保障性分析是系統(tǒng)工程和運籌學分析技術的綜合運用

實施保障性分析時,要綜合運用模擬技術、線性規(guī)劃、動態(tài)規(guī)劃、排隊論、網絡分析、概率論與數(shù)理統(tǒng)計等系統(tǒng)工程的和運籌學的分析技術來解決裝備的各種保障問題。例如:在研制早期階段確定維修頻次可以利用仿真或蒙特卡羅分析法;在制定保障設備要求時可以采用排隊論分析法;在早期確定零備件要求時,應用泊松分布函數(shù)與庫存論理論;在確定保障資源的分配、運輸與器材裝卸要求時,經常利用線性規(guī)劃或動態(tài)規(guī)劃方法;在進行費—效分析或壽命周期費用分析時,可以采用統(tǒng)計分析與網絡分析方法等。

(三)保障性分析的任務

與保障性分析目標相對應,保障性分析應用于兩個方面:一是提出有關保障性的設計因素;二是確保建立優(yōu)化的保障系統(tǒng)與保障體制。前者是根據(jù)裝備的任務需求,確定戰(zhàn)備完好性與保障性目標,進而提出與確定可靠性、維修性、測試性、運輸性等有關保障性的設計要求,以影響裝備的設計,這是將保障性考慮有效地納入裝備設計,使研制的裝備具有可保障與易保障的諸設計特性;后者是根據(jù)裝備系統(tǒng)的戰(zhàn)備完好性與保障性目標,確定保障要求和制定保障方案,進而制定保障計劃和確定保障資源要求,確保建立經濟有效的保障系統(tǒng)。由此可以進一步明確在裝備采辦過程中,實施保障性分析應完成的主要任務有:

1.制定保障性要求

在論證階段和方案階段,根據(jù)新研裝備的作戰(zhàn)需求和部隊使用的保障性約束,通過保障性分析制定保障性的定性與定量要求。定量要求一般包括:戰(zhàn)備完好性與壽命周期費用等保障性綜合參數(shù)的指標:可靠性、維修性、測試性、運輸性等有關保障性的設計參數(shù)的指標;保障系統(tǒng)與保障資源參數(shù)的指標。要隨著研制的進展和不斷地細化與明確,將這些要求寫入相應的研制與合同文件。這些保障性要求是戰(zhàn)術技術指標要求的重要組成部分,并作為裝備系統(tǒng)設計的輸入,影響裝備的硬件、軟件的設計和保障系統(tǒng)的設計,即進行裝備系統(tǒng)保障性設計:同時,還要根據(jù)裝備的作戰(zhàn)需求和部隊使用的保障性約束,制定包括裝備的保障體制、維修與供應機構的設置、裝備的保障方式(如部隊保障,承制廠保障,或兩者相結合)等保障要求。

2.制定與優(yōu)化保障系統(tǒng)方案

實施保障性分析要對新研裝備的每一備選方案制定備選保障方案,并參與裝備備選方案的評價與權衡分析。從裝備的保障性、戰(zhàn)備完好性、費用與環(huán)境影響等要求出發(fā),通過對裝備備選的使用方案、保障方案與設計方案反復地進行評價與權衡分析,優(yōu)化裝備的設計和確定最佳的保障系統(tǒng)方案,制定可行的保障計劃,從而使得研制的裝備系統(tǒng)在費用、進度、性能(包括作戰(zhàn)性能與保障性)之間達到最佳的平衡。

3.確定與優(yōu)化保障資源要求

實施保障性分析要確定并優(yōu)化新研裝備在使用環(huán)境中達到預期的戰(zhàn)備完好性與保障性水平所需的保障設備、保障設施、備件的種類與數(shù)量、人員的數(shù)量與技術等級、訓練與訓練器材、運輸與裝卸設備及技術資料等保障資源要求,特別是新的與關鍵的保障資源要求;此外,還分析新研裝備投入現(xiàn)場使用的保障問題并提出解決的措施,以及制定停產后保障計劃,為規(guī)劃保障資源的研制、購置、籌措與供應提供依據(jù)。研制裝備的同時,確定與優(yōu)化保障資源要求,是裝備交付部隊使用時能夠及時、經濟有效地建立保障系統(tǒng)和在使用階段以最低費用與人力提供裝備所需保障的重要保證。

4.評估保障性

作為一種對新研裝備保障性的有效控制手段,要在壽命周期各個階段利用保障性試驗、驗證與評價對保障性進行評估。評價保障性達到的實際水平和是否符合合同規(guī)定的要求,及時發(fā)現(xiàn)保障性的缺陷并提出糾正的措施。

5.建立獨立的保障性分析記錄數(shù)據(jù)庫

在實施保障性分析的過程中,將收集的大量有關保障的數(shù)據(jù)與保障性分析記錄(logistics support analysis record,LSAR),以一定的格式儲存到電子計算機內,建立一個包括可靠性、維修性、測試性及各綜合技術保障要素等信息在內的獨立的保障性分析記錄數(shù)據(jù)庫,并在分析過程中不斷地更新數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)庫用于裝備綜合技術保障和保障性分析的決策,有關裝備保障性的設計、研制、試驗評估與改進,保障資源的研制、購置、籌措與供應,還可以作為后續(xù)型號研制的歷史數(shù)據(jù)。建立獨立的保障性分析記錄數(shù)據(jù)庫,可以協(xié)調可靠性、維修性等專業(yè)工程專業(yè)的分析,減少分析的重復性,提高數(shù)據(jù)的精確度,確保有關保障性的分析數(shù)據(jù)的唯一性與共享。

(四)保障性分析的內容和分析過程

1.保障性分析的內容

GJB 1371《裝備保障性分析》是適用于各類裝備系統(tǒng)和設備開展保障性分析的通用基礎軍用標準。該標準規(guī)范了裝備壽命周期內實施保障性分析的要求、方法和程序。標準的內容包括5個工作項目系列、15個工作項目、81個子項目,可以根據(jù)型號研制的類型、裝備的規(guī)模、設計的自由度與技術狀態(tài)、可用的時間與資源等情況,在壽命周期的不同階段對這些保障性分析的工作項目與子項目進行適當?shù)募舨谩R虼,可以認為該標準是由有特定含義和彼此相關的工程分析工作項目綜合在一起,按照規(guī)定的分析程序實施分析,形成一個與設計工程相協(xié)調的分析過程。標準還規(guī)定了每個工作項目的目的、子項目內容,以及工作項目的輸入、輸出的信息要求。

2.保障性分析的過程

在裝備研制時,保障性分析是一個反復有序的迭代,并與裝備研制進展相適應的分析過程。該過程貫穿于壽命周期各個階段,也是支持綜合技術保障與保障性設計得以有效地開展的系統(tǒng)工程過程。根據(jù)上述保障性分析的任務,在研制的早期階段分析的主要目標是通過設計接口影響裝備的保障性特性的設計,這種用以影響設計的分析,由系統(tǒng)級開始按硬件層次由上而下順序延伸;在后期階段,通過詳細的維修規(guī)劃,從下而上地詳細標識全部保障資源。此外,在裝備壽命周期的各階段還要進行保障性的評估與驗證工作。壽命周期各階段的保障性分析進程見圖3。

圖3 壽命周期內保障性分析活動的重點

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