王廣彥，康建設(shè)，白永生，倪祥龍，李向征

(1.軍械工程學(xué)院裝備指揮與管理系，河北石家莊 050003)

(2.73135部隊(duì) 保障處，福建 漳州 363111)

裝備維修保障信息演化機(jī)制研究

王廣彥1，康建設(shè)1，白永生1，倪祥龍1，李向征2

(1.軍械工程學(xué)院裝備指揮與管理系，河北石家莊 050003)

(2.73135部隊(duì) 保障處，福建 漳州 363111)

面向裝備維修保障信息綜合分析與應(yīng)用工作，研究了裝備全壽命過程維修保障信息演化機(jī)制。分析了裝備全壽命過程中所產(chǎn)生的各類維修保障信息;從維修保障信息由宏觀層面向微觀層面演化、由概念域向?qū)嵨镉蜓莼?、由理想化向現(xiàn)實(shí)化演化等3個(gè)角度研究了裝備全壽命過程維修保障信息演化特點(diǎn);從演化動(dòng)力、演化控制、演化接口等方面研究了裝備全壽命過程維修保障信息的演化機(jī)制。

裝備;維修保障;信息;演化;建模;全壽命

裝備維修保障信息演化機(jī)制是指裝備及其維修保障要素在以論證階段為起始，經(jīng)由方案階段、研制階段、生產(chǎn)階段，過渡到使用階段，直至退役階段的全壽命過程中，維修保障信息所呈現(xiàn)出的動(dòng)態(tài)變化過程以及相應(yīng)的特點(diǎn)與規(guī)律。探索裝備維修保障信息演化機(jī)制，是推動(dòng)維修保障信息綜合分析與應(yīng)用工作深入開展的基礎(chǔ)性工作，有助于使數(shù)量龐大、類型繁多、關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜的維修保障信息實(shí)現(xiàn)有序化和條理化，促進(jìn)裝備研制工作的協(xié)同化水平進(jìn)一步提高。

1 裝備全壽命過程維修保障信息

目前在維修工程研究領(lǐng)域通常將裝備的全壽命過程劃分為裝備論證、裝備方案、裝備研制、裝備生產(chǎn)、裝備使用、裝備退役共6個(gè)階段，每個(gè)階段都會(huì)產(chǎn)生關(guān)于裝備維修保障的不同信息［1］，如圖1所示。這6個(gè)壽命階段是裝備全壽命過程的原則性劃分方法，在裝備的實(shí)際研制和使用過程中，這些階段又可進(jìn)一步細(xì)化為若干子階段，如方案階段還可進(jìn)一步劃分為初步方案階段和詳細(xì)方案階段。裝備維修保障信息演化機(jī)制著眼于裝備全壽命過程，重點(diǎn)研究維修保障信息在不同壽命階段的規(guī)律與特點(diǎn)，以及在不同壽命階段之間的轉(zhuǎn)化過程。

圖1 裝備全壽命過程中的維修保障信息

2 裝備全壽命過程維修保障信息演化特點(diǎn)

裝備維修保障信息貫穿于裝備全壽命過程，裝備及其維修保障要素在由一個(gè)抽象的概念演化為具體的實(shí)物過程之中，維修保障信息也在經(jīng)歷著一個(gè)類似有機(jī)體的生長演化過程。

2.1 維修保障信息由宏觀層面向微觀層面演化

裝備論證階段向方案階段、研制階段等階段的演化過程，也是裝備宏觀抽象的指標(biāo)向微觀具體的指標(biāo)分解的過程，可從如下3個(gè)角度來解讀維修保障信息由宏觀層面向微觀層面演化，如圖2所示。

圖2 維修保障信息由宏觀層面向微觀層面演化解讀示意圖

a.從維修保障信息的維數(shù)和分析難度角度來看，在信息演化過程中一個(gè)指標(biāo)被分解為多個(gè)指標(biāo)，維修保障信息的維數(shù)實(shí)現(xiàn)增長，從而在信息維數(shù)方面導(dǎo)致問題復(fù)雜化;但信息維數(shù)的復(fù)雜化，卻帶來了信息分析難度的降低，使宏觀難以具體度量的信息轉(zhuǎn)化為微觀易于測度的信息，總體上講，信息分析難度降低所產(chǎn)生的效益要大于信息維數(shù)增加所帶來的負(fù)面影響。

b.從演化方法角度來看，裝備全壽命過程信息演化也是信息分解的過程，主要采用質(zhì)量功能布置(QFD)［2］、工作結(jié)構(gòu)分解(WBS)［3］等通用性方法，以及信息機(jī)理分析等解析類方法實(shí)現(xiàn)宏觀信息向微觀信息的分解。

c.從維修保障信息分解結(jié)果來看，存在同構(gòu)信息分解和異構(gòu)信息分解兩類分解方式。所謂同構(gòu)分解，指的是上游階段信息與下游階段信息在描述問題性質(zhì)方面具有一致性，只是在描述問題的范圍方面有所差異，如裝備級(jí)的可靠性信息與分系統(tǒng)級(jí)的可靠性信息就屬于同構(gòu)分解;所謂異構(gòu)分解，指的是上游階段信息與下游階段信息在描述問題性質(zhì)方面具有差異性，但上游階段信息與下游階段信息依然具有指導(dǎo)與被指導(dǎo)的關(guān)系，如裝備級(jí)的平均維修時(shí)間信息與分系統(tǒng)級(jí)的故障率信息就屬于異構(gòu)分解。

2.2 維修保障信息由概念域向?qū)嵨镉蜓莼?/p>

裝備全壽命過程的各個(gè)階段既體現(xiàn)了裝備的基本研制流程，也體現(xiàn)了裝備由模糊概念向具體實(shí)物的漸變性演化過程?？蓮娜缦?個(gè)方面解讀維修保障信息由概念域向?qū)嵨镉蜓莼@一特點(diǎn)，如圖3所示。

圖3 維修保障信息由概念域向?qū)嵨镉蜓莼庾x示意圖

a.從裝備及其維修保障要素的可視化程度角度來看，維修保障信息從最初依附于較為模糊的概念，而后依附于較為清晰的方案、計(jì)劃，乃至詳細(xì)的設(shè)計(jì)圖紙，一直到最后依附于具體的、可實(shí)際操作的裝備及相應(yīng)的維修保障要素，其可視化程度逐漸提高。

b.從維修保障信息的不確定性角度來看，維修保障信息由針對(duì)概念域轉(zhuǎn)變?yōu)獒槍?duì)實(shí)物域，其所蘊(yùn)含的不確定性逐漸減少。與此相對(duì)應(yīng)，針對(duì)實(shí)物域維修保障信息開展相關(guān)決策工作，不確定性較低，決策難度較小。

c.從維修保障信息的可調(diào)整性角度來看，維修保障信息由依附于概念轉(zhuǎn)變?yōu)橐栏接趯?shí)物，其取值范圍將會(huì)逐漸減小，導(dǎo)致決策空間壓縮，可調(diào)整性逐漸降低，難以在更寬的范圍內(nèi)進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化，這也是裝備及其維修保障要素進(jìn)入到后期壽命階段，難以進(jìn)行根本性變革的主要原因。

2.3 維修保障信息由理想化向現(xiàn)實(shí)化演化

以裝備列裝部隊(duì)的時(shí)刻作為時(shí)間分界點(diǎn)，可將裝備維修保障信息劃分為設(shè)計(jì)信息和運(yùn)行信息。設(shè)計(jì)信息是指在裝備的研制過程中，為實(shí)現(xiàn)預(yù)定的裝備及其維修保障要素設(shè)計(jì)方案，而產(chǎn)生的一系列相關(guān)信息。這些信息主要由裝備研制人員確定，用以實(shí)現(xiàn)裝備的使用功能和維修功能，主要體現(xiàn)為方案、圖紙、模型等形式，并且主要在試驗(yàn)場環(huán)境下驗(yàn)證，此時(shí)的裝備及其維修保障要素水平處于理想化狀態(tài)。而運(yùn)行信息是指裝備在實(shí)際使用過程中，裝備及其維修保障要素實(shí)際呈現(xiàn)出來的運(yùn)行狀況。由于裝備實(shí)際運(yùn)用狀況非常復(fù)雜，加之裝備及其維修保障要素在研制生產(chǎn)過程中會(huì)出現(xiàn)一定的不可控因素，會(huì)使裝備實(shí)際運(yùn)行狀況與其設(shè)計(jì)目標(biāo)之間存在一定的差異，導(dǎo)致設(shè)計(jì)信息與運(yùn)行信息的不一致。維修保障信息由理想化向現(xiàn)實(shí)化演化的解讀原理圖如圖4所示。最大程度減小運(yùn)行信息與設(shè)計(jì)信息之間的差異是裝備研制過程中努力追求的一個(gè)目標(biāo)，目前在裝備設(shè)計(jì)領(lǐng)域出現(xiàn)的仿真、試驗(yàn)等技術(shù)有助于減小設(shè)計(jì)信息與運(yùn)行信息之間的差距。

圖4 維修保障信息由理想化向現(xiàn)實(shí)化演化解讀示意圖

3 裝備全壽命過程維修保障信息演化機(jī)制

本文重點(diǎn)從演化動(dòng)力、演化控制、演化接口等方面研究裝備維修保障信息的演化機(jī)制，如圖5所示。在演化動(dòng)力作用下形成維修保障信息流，推動(dòng)裝備研制進(jìn)程;在演化接口銜接下，各階段維修保障信息實(shí)現(xiàn)相互貫通;在演化控制的監(jiān)控下，及時(shí)甄別維修保障信息演化失控情況，可使維修保障信息流回歸理想的演化路線。

圖5 維修保障信息演化機(jī)制示意圖

3.1 維修保障信息演化動(dòng)力

本文認(rèn)為維修保障信息的演化動(dòng)力源于降低上游階段信息不確定性的裝備研制需求。一般而言，上游階段提出的往往是一些較為宏觀抽象的信息，受此影響，裝備及其維修保障要素的后續(xù)研制有可能面對(duì)若干種不同的方案，導(dǎo)致信息的不確定性較大，相關(guān)決策工作的決策空間也比較大;而最終需要實(shí)現(xiàn)的裝備及其維修保障要素卻只能體現(xiàn)為幾種少量的具體形式。這樣在多種研制方案與少量實(shí)現(xiàn)形式之間產(chǎn)生了矛盾，這種矛盾成為推動(dòng)維修保障信息演化的主要?jiǎng)恿?。圖5中信息流線的密實(shí)程度描述了信息的不確定性，信息流線越密實(shí)表明信息的不確定性越小。主要有以下3種原因?qū)е律嫌坞A段維修保障信息出現(xiàn)不確定性:

a.可供參考的裝備及其維修保障要素實(shí)現(xiàn)方案較少。若缺乏類似裝備的研制經(jīng)驗(yàn)，需要在為數(shù)眾多的備選方案中進(jìn)行探索分析，勢必加大維修保障信息的不確定性。

b.裝備及其維修保障要素在實(shí)現(xiàn)過程中存在不可控因素。常見的不可控因素包括貨幣實(shí)際購買能力的浮動(dòng)、零部件采購計(jì)劃的變更、維修保障模式的變革等。

c.圍繞裝備及其維修保障要素研制工作涉及到的專業(yè)領(lǐng)域較多。不同專業(yè)人員在各自領(lǐng)域內(nèi)開展相關(guān)的工作，極有可能對(duì)同一要素提出不同的要求，導(dǎo)致裝備研制過程中沖突的產(chǎn)生，使裝備研制目標(biāo)難以實(shí)現(xiàn)。

3.2 維修保障信息演化控制

維修保障信息潛在的不確定性會(huì)導(dǎo)致部分信息演化失敗，即下游階段演化出無法滿足上游階段要求的信息。維修保障信息演化失敗主要體現(xiàn)為信息演化誤差超出預(yù)定范圍。按照各壽命階段工作的展開次序定義壽命階段次序i(i=1，2，)，i值越小，表明該壽命階段越處于裝備全壽命過程前端;定義維修保障信息傳遞距離 D(j，i)，i，j分別表示兩個(gè)不同壽命階段次序，并且i＜j;定義維修保障信息的理論演化值為I(D(j，i))，其表示當(dāng)由次序?yàn)閕的壽命階段演化到次序?yàn)閖的壽命階段時(shí)某信息的理想值;定義維修保障信息的實(shí)際演化值為I'(D(j，i))，其表示當(dāng)由次序?yàn)閕的壽命階段演化到次序?yàn)閖的壽命階段時(shí)某信息的實(shí)際值。根據(jù)上述定義，可得到維修保障信息的演化誤差為:

式(1)表示當(dāng)由次序?yàn)閕的壽命階段演化到次序?yàn)閖的壽命階段時(shí)，某個(gè)維修保障信息理想值相對(duì)于實(shí)際值的偏離程度。

一般而言，在裝備全壽命過程中維修保障信息的傳遞誤差有如下特點(diǎn):

a.E(D(j，i)) ＞0，由于維修保障信息在全壽命演化過程中存在一定程度的不確定性，勢必會(huì)導(dǎo)致 I'(D(j，i)) ≠ I(D(j，i))。

b.針對(duì)次序?yàn)閕的壽命階段，當(dāng)存在次序分別為j1和j2的壽命階段，并且j1＞j2時(shí)，則有E(D(j1，i)) ＞ E(D(j2，i))。

c.維修保障信息的誤差具有傳遞性，當(dāng)由次序?yàn)閕的壽命階段經(jīng)次序?yàn)?i+1)的壽命階段，演化到次序?yàn)?i+2)的壽命階段時(shí)，存在如下演化誤差描述方式:

式中⊕表示演化誤差累計(jì)算子。

為了避免維修保障信息演化失敗的產(chǎn)生，應(yīng)采用一定的管理措施和技術(shù)措施對(duì)維修保障信息演化過程進(jìn)行控制，以減小從初始?jí)勖A段到最終壽命階段的信息演化累計(jì)誤差。根據(jù)測量學(xué)的基本原理，當(dāng)采用統(tǒng)一基準(zhǔn)進(jìn)行幾何量測量時(shí)，可避免累計(jì)誤差的產(chǎn)生;但為了降低裝備及其維修保障要素研制工作的管理難度，又必須將裝備全壽命過程劃分為若干階段，分階段完成相關(guān)工作。兼顧統(tǒng)一測量基準(zhǔn)和分階段實(shí)施這兩個(gè)基本原則，應(yīng)采用并行工程方法實(shí)施信息演化過程控制。初始階段是全壽命過程的核心，為了增強(qiáng)該階段對(duì)后續(xù)各階段的控制能力，減小信息演化累計(jì)誤差，應(yīng)采用各種技術(shù)(如系統(tǒng)仿真、虛擬樣機(jī)等技術(shù))將后續(xù)各階段的主要工作內(nèi)容納入到該階段，以便統(tǒng)一信息測量基準(zhǔn)，將信息演化累計(jì)誤差控制在一定范圍內(nèi);然后將全壽命過程進(jìn)行有效分解，劃分為若干壽命階段，按階段實(shí)施各項(xiàng)工作，此時(shí)重點(diǎn)開展相鄰壽命階段的信息反饋控制，由于此時(shí)只涉及兩個(gè)階段之間的控制協(xié)調(diào)問題，信息演化誤差相對(duì)容易控制。

3.3 維修保障信息演化接口

維修保障信息由裝備全壽命過程上游階段演化到下游階段，該過程并不是自發(fā)完成的，需要采用各種信息演化接口以實(shí)現(xiàn)相鄰階段維修保障信息的順利流通。信息演化接口作用的實(shí)質(zhì)就是實(shí)現(xiàn)信息的有效分解。根據(jù)裝備保障性分析的基本內(nèi)容，可將信息演化接口劃分為兩類，即通用演化接口和專用演化接口。

a.維修保障信息通用演化接口。

質(zhì)量功能布置(QFD)和工作結(jié)構(gòu)分解(WBS)是最為典型的兩種通用演化接口，它們體現(xiàn)了不完全相同的演化思路。QFD體現(xiàn)了一種雙向工作模式，即同時(shí)分析相鄰兩個(gè)壽命階段的信息內(nèi)容，然后分析這兩個(gè)壽命階段信息之間的一致性程度，QFD比較適用于具有完整參考資料的維修保障信息演化分析工作;WBS體現(xiàn)了一種單向工作模式，即將當(dāng)前壽命階段作為分析起點(diǎn)，通過演繹的方法確定與之相關(guān)的下級(jí)元素，WBS比較適用于缺乏參考資料的維修保障信息演化分析工作。

b.維修保障信息專用演化接口。

專用演化接口又可以分為兩類，即保障性分析接口和物理模型分析接口。典型的保障性分析接口包括:故障模式影響和危害性分析(FMECA)、維修級(jí)別分析(LORA)、以可靠性為中心的維修分析(RCMA)、使用和維修任務(wù)分析等。物理模型分析接口主要根據(jù)裝備的故障發(fā)生機(jī)理、維修工作流程、功能結(jié)構(gòu)關(guān)系等解析類方法，采用“白箱模型”方式建立起上游階段與下游階段之間的信息演化關(guān)系，如可靠性分配技術(shù)、維修性分配技術(shù)、可用度分析技術(shù)等。

4 結(jié)束語

裝備全壽命過程維修保障信息演化機(jī)制是支撐維修保障信息綜合分析與應(yīng)用工作，以及裝備研制工作順利開展的重要理論基礎(chǔ)，是實(shí)現(xiàn)維修保障信息有序化和條理化的前提。在維修保障信息演化機(jī)制研究的基礎(chǔ)上，將進(jìn)一步深入研究維修保障信息譜系的構(gòu)建問題，以便理清各壽命階段信息之間的接口關(guān)系、工作內(nèi)容之間的銜接關(guān)系，以及專業(yè)領(lǐng)域之間的協(xié)同關(guān)系。

［1］甘茂治，康建設(shè)，高崎.軍用裝備維修工程學(xué)［M］.北京:國防工業(yè)出版社，2005.

［2］秦現(xiàn)生.質(zhì)量管理學(xué)［M］.北京:科學(xué)出版社，2002.

［3］解玉平，楊翔，楊鵬，等.基于WBS的管理信息系統(tǒng)在海洋石油工程中的應(yīng)用分析［J］.中國管理信息化，2010，13(15):71－73.

The Study on Maintenance Support Information Evolving Mechanism

WANG Guangyan1，KANG Jianshe1，BAI Yongsheng1，NI Xianglong1，LI Xiangzheng2
(1.Ordnance Engineering College，Hebei Shijiazhuang，050003，China)
(2.73135 Unit of PLA，F(xiàn)ujian Zhangzhou，363111，China)

Facing equipment maintenance support information analyzing and applying，it introduces the maintenance support information evolving mechanism based on equipment life cycle，analyzes the information produced within equipment life cycle，proposes the evolving characteristics of equipment life cycle maintenance support information，shows the detail about macroscopical level and microcosmic level，notional domain and actual domain，idealization and actualization.Maintenance support information of equipment life cycle evolving mechanism includes the evolving motivity，evolving control，and evolving interface.

Equipment;Maintenance Spport;Iformation;Eolving;Mdeling;Lfe Ccle

TH17

B

2095－509X(2013)03－0074－04

10.3969/j.issn.2095－509X.2013.03.017

2012－11－05

裝備維修技術(shù)預(yù)研基金資助項(xiàng)目(9140A27040411JB34)

王廣彥(1976—)，男，河北邢臺(tái)人，軍械工程學(xué)院講師，博士，主要研究方向?yàn)檠b備維修工程。