军用飞机可靠性维修性指标确定方法.docx

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军用飞机可靠性维修性指标确定方法

军用飞机可靠性维修性指标确定方法

随着GJB450《装备研制与生产的可靠性大纲》和GJB368《装备维修性通用规范》的实施和应用，装备的可靠性维修性（以下简写为R／M）水平已作为合同指标摆到与装备的性能指标同等重要的程度。

因此，R／M指标也就成了订购方和承制方共同关心的问题。

尽管已经制定了GJB1909．1《装备可靠性维修性参数选择和指标确定要求总则》和GJB1909．5《装备可靠性维修性参数选择和指标确定要求军用飞机》，但由于我国R／M工程起步较晚，尚缺乏定量设计的经验和量化数据，在R／M指标的确定过程中仍存在许多问题，如确定指标时应考虑哪些因素，各个量值间的相互关系等。

本文针对军用飞机R／M指标的确定作一简要论述，以供应用GJB1909．5时参考和借鉴。

1常用的R／M量值及其相互关系

1．1目标值、门限值和研制结束门限值

目标值、门限值和研制结束门限值均为使用指标，它们一般以使用参数的形式表示，主要用于订购方表述对飞机R／M的使用需求。

目标值是订购方在权衡分析后期望飞机在成熟期达到的使用指标。

实现这一指标要求，可使军用飞机达到最佳的效费比，同时，它也是确定门限值和规定值的依据。

门限值是订购方根据目标值及有关因素，如飞机的复杂程度、现有技术水平、投入的经费等经综合分析后，要求飞机在成熟期必须达到的使用指标。

这一指标，是满足军用飞机规定任务所必需的最低的R／M水平，同时，它也是确定研制结束门限值和最低可接受值的依据。

研制结束门限值是订购方根据门限值及有关因素，如进度要求、飞机预期的使用频度、达到成熟期的时间要求、预期的增长率等经综合分析后，要求飞机在研制结束时必须达到的使用指标。

这一指标，可使交付订购方的飞机具有初步的作战能力，同时，它也是确定研制结束最低可接受值的依据。

表1和表2给出了部分国外航空产品的R／M目标值、门限值和研制结束门限值。

表1国外部分航空产品的R／M的目标值与门限值

由表1可以看出，对于可靠性指标，门限值一般取目标值的50％～90％；对于维修性指标，门限值一般取目标值的130％～180％。

由表2可以看出，对于可靠性指标，研制结束门限值一般取门限值的60％～90％。

1．2规定值、最低可接受值和研制结束最低可接受值

这3个值均为合同指标，它们一般以合同参数的形式表示，主要用于承制方进行R／M设计以及双方对R／M的验证。

规定值是合同和研制任务书中规定的对军用飞机期望达到的合同指标，是承制方进行R／M设计的依据，它是由目标值按规定的模型或一定的转换关系导出的。

由于规定值属于固有值，而目标值属于使用值，后者受飞机维修、使用环境及外界因素的影响，所以规定值应优于目标值。

例如，F／A-18的目标值平均故障间隔飞行小时（TMFHBF）为5．0小时，而其规定值为5．4小时。

最低可接受值是合同和研制任务书中规定的军用飞机必须达到的合同指标，是考核或验证军用飞机R／M的依据，它是由门限值按规定的模型或一定的转换关系导出的。

对于机载设备，最低可接受值是确定成熟期鉴定试验统计方案的依据。

研制结束最低可接受值是合同和研制任务书中规定的在研制结束阶段军用飞机必须达到的合同指标，是考核或验证军用飞机研制结束阶段R／M的依据，它是由设计定型门限值按规定的模型或一定的转换关系导出的。

对于机载设备，研制结束最低可接受值是机载设备设计定型的依据之一，是确定研制结束阶段可靠性鉴定试验统计方案的依据。

1．3设计值、预计值和验证值

这3个值既不是使用指标，也不是合同指标，它们是军用飞机在研制过程中经常要使用到的几个量值。

设计值是飞机设计中用于分配的值。

它是根据规定值确定的，但一般比规定值水平高，以保证飞机在实际的使用环境下能达到目标值。

例如，F／A-18飞机合同要求的可靠性规定值TMFHBF为5．4小时，但在飞机设计中，麦道公司以TMFHBF为6．18小时作为设计值分配到飞控、发动机、液压等各个系统。

设计值一般优于规定值10％～20％。

预计值是根据产品的设计特性和使用环境，采用R／M预计方法所估计的值。

为保证飞机的设计值能够达到，一般预计值应优于设计值25％以上。

验证值是在规定的条件（实际的或模拟的环境条件）下所测得的R／M量值，有时也称观测值。

在研制结束阶段，产品在R／M验证试验中所测得的值应不劣于合同规定的R／M研制结束最低可接受值；在成熟期阶段，产品的验证值应不劣于合同规定的最低可接受值。

R／M各指标高低及时序关系如图1所示。

图1R／M各指标高低和时序关系

2R／M指标的确定依据

2．1使用需求

使用需求是确定上述指标的主要依据，它包括军用飞机要求完成的任务、任务持续时间及次数、机动性要求、飞机利用率、使用环境和使用寿命等。

2．2相似产品的R／M水平

相似产品指的是与拟研制的产品在功能、技术水平、复杂程度、使用环境、使用和保障方案等方面相似的在用产品，它的外场使用数据是确定新研产品指标的主要依据之一。

2．3预期采用的新技术可能提高飞机R／M水平

这是确定R／M指标的重要依据。

新研飞机由于采用了新技术，使之R／M水平比现役类似飞机有较明显提高，从而可能达到新的R／M水平。

2．4费用、进度、飞机预期的使用和保障方案等约束条件

费用和进度对飞机R／M指标的影响是不言而喻的。

使用方案是对飞机部署的说明，它对战斗部队所处的态势和保障提出指导原则，例如，部署在沿海及亚热带地区的军用飞机，在确定其可靠性指标时，须充分考虑盐雾及潮湿对飞机结构及设备产生的腐蚀影响；保障方案是对军用飞机使用和维修所需建立的保障系统的全面的和系统的描述，在确定维修性指标时，必须考虑飞机的维修原则、维修级别等。

3R／M指标的确定要求

3．1对指标规定的具体要求

订购方提出指标时，应提出使用值而不是固有值，因为使用值真实地描述了作战部门的要求。

指标应包括目标值、门限值和研制结束门限值，有时也可以只提门限值和研制结束门限值。

在制订合同和研制任务书时，应根据目标值和门限值分别提出规定值、最低可接受值和设计定型最低可接受值，有时也可以只提出最低可接受值和研制结束最低可接受值，但应明确该指标是点估计值还是单边置信下限，若是单边置信下限，同时应给出置信度。

3．2指标确定时应明确的条件

（1）寿命剖面——它按时序全面描述了军用飞机从首飞到寿命终结或退役的整个过程所经历的各种有关事件及状态。

它说明飞机在整个寿命期内所经历的每一重大事件，一般包括首飞、调整试飞、定型试飞、交付转场、试用、完成规定任务、维修保养、停放、大修、退役和其他可能的事件。

寿命剖面描述每一事件的持续时间、环境条件和工作方式等。

（2）任务剖面——它按时序全面描述了军用飞机在完成规定任务这段时间内所经历的事件和环境，其中包括起飞、爬升、巡航、完成规定任务、返航、下降、着陆等各阶段所经历的高度、速度、持续时间等。

对于具有多任务能力的飞机，需要制定多个任务剖面。

此外，任务剖面还需要说明产品的工作时间或占空系数。

（3）故障判别准则——它是可靠性鉴定和验收的依据。

在对产品进行可靠性鉴定、验收或外场飞行试验前，都必须根据产品类型及任务要求，制定故障判别准则，并对允许降级使用的要求作出规定，而且在故障判别准则中还应包括产品的性能参数和允许极限。

（4）维修方案——指的是在使用环境下对飞机进行维修和保障的总体安排，说明飞机在各个维修级别实施维修和保障的一般途径，每一维修级别的维修责任范围和所需的人力资源。

维修方案将影响飞机及其保障系统的设计和布局，进而影响飞机R／M指标的确定。

（5）指标实现时机——在确定R／M指标时应明确何时或何阶段达到。

订购方提出的目标值一般应是飞机已达到规定的设计能力，其R／M增长已基本结束，且维修和保障设备已配套齐全时的R／M水平，它与飞机的复杂程度、利用率及部署数量等各种因素有关。

例如，美国空军F-20战斗机的可靠性目标值TMFHBF为4．2小时，要求在累计飞行105飞行小时后达到；而B－1B轰炸机的TBM为2．0小时，要求在累计飞行2×105飞行小时后达到。

因此，合同应明确规定指标实现的阶段和时机，即规定验证的时间。

（6）验证方法——应根据飞机特点、产品层次、重要程度、经费和进度等因素明确指标的验证方法，即采用内厂试验还是外场飞行验证。

例如，F／A-18战斗机的门限值TMFHBF为3．7小时，规定在累计飞行2．9×103小时后，用一架飞机进行50次飞行，每次飞行2小时，用点估计值表示法进行验证；F／A-18的火控雷达APG-63的最低可接受值TMFHBF为64小时，要求采用第100～125台中的产品，利用MIL-STD-781B中的统计试验方案进行厂内可靠性鉴定试验进行验证。

3．3R／M指标应与各种指标相互协调

应注意合同指标与使用指标、R／M各指标之间、R／M指标与其他指标之间的相互协调，通常应通过权衡分析来实现各种指标间的相互协调。

（1）合同指标与使用指标间的相互协调

为了保证这2个指标间的相互协调，合同（或任务书）中规定的指标应根据订购方提出的使用指标转换确定。

例如，平均故障间隔时间（TBF）指标应根据TMFHBF或平均维修间隔时间TBM来确定。

（2）R／M指标间的相互协调

包括基本可靠性与任务可靠性、预防性维修与修复性维修、R／M与可用性等相关参数的指标的协调。

a．基本可靠性与任务可靠性指标的协调——根据飞机执行任务的要求以及维修保障费用的约束，设计飞机时必须通过权衡分析来协调TBF与平均致命性故障间隔时间（TBCF）的关系，对于影响军用飞机执行任务的关键系统或设备，为了提高其任务可靠性，必须采用冗余技术，但这样做增加了元器件数，降低了TBF。

TBCF与TBF指标的协调可采用在规定的TBCF下来优化TBF，或在规定的TBF下来优化TBCF的方法。

b．预防性维修与修复性维修的协调——在确定每飞行小时直接维修工时（LDMF）等维修性指标时，必须考虑预防性维修和修复性维修的影响，进行预防性维修与修复性维修之间的权衡。

c．可靠性指标与维修性指标间的协调——对于相互关联的R／M参数，在确定其指标时，必须注意它们之间的相互协调。

例如，通过规定固有可用度AI来对TBF和平均修复时间CT进行协调。

（3）R／M指标与安全性、保障性及性能等指标的协调

a．可靠性指标与安全性指标的协调——对某些军用飞机整机或飞控系统等某些关键系统，规定了损失概率或安全可靠度指标，这将降低系统的基本可靠性。

因此，在确定可靠性指标时应通过权衡分析将它与安全性指标相协调。

b．R／M指标与保障性指标的协调——由于R／M是影响保障性的主要设计因素，故确定这些指标时应首先考虑满足军用飞机保障性指标要求，并经反复权衡，在满足保障性要求的前提下，使R／M指标最佳。

R／M指标不仅要与保障性综合指标（如使用可用度）而且要与保障资源及保障系统指标（如备件数量和利用率）相协调。

c．R／M指标与性能指标的协调——这一协调一般是通过效能分析来实现的。

系统效能（PSE）可用战备完好率（POR）、任务可靠度（RM）和设计良好度（PDA）的乘积来度量，其中POR是可靠性维修性的函数。

（4）对机载设备或系统单独提出的指标应与整机指标相协调

某些重要机载设备或系统的R／M指标可单独提出，但这些指标必须与飞机总体的这方面指标相协调。

为了保证单独提出的指标能与飞机总体的指标相协调，前者应作为一个已知值参加系统级的R／M分配并参加飞机整机的R／M分配。

4R／M指标的确定程序

下面以可靠性指标为例，说明确定指标的一般程序，流程图如图2所示。

主要步骤和要求如下：

图2军用飞机可靠性指标确定的一般程序

（1）使用需求分析——订购方通常根据新研飞机的任务要求、使用与保障方案对R／M需求或影响进行分析。

订购方需求可以用不同形式的参数，如飞机的使用可用度（AO）或出动架次率（rSG）等可用性参数，或