系统维修性验证概述
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来源：《价值工程》2015年第20期
        摘要：在分析系统维修性验证概念模型的基础上，论述国内外研究现状，分析了当前主要的维修性验证方法和维修性样本获取方法，并重点说明了虚拟仿真技术在维修性验证中的应用，明确了现阶段研究存在的不足，强调了进行更深入研究的价值。
        Abstract： In the base of analyzing the maintainability verification concept model， this article discussed the research status at home and abroad， analyzed the validation methods and learning samples of the maintainability verification， and focused on the virtual simulation technology in maintenance used in the verification， cleared the shortage of the status of research， emphasized the value of further research.
        关键词： 维修性验证；虚拟仿真；Bayes估计；相似学原理
        Key words： maitainbility verification；simulation；Bayes estimation；similarity theory
        中图分类号：TP206+.3 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）20-0134-03
        0 引言
        维修性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、恢复或改进其规定状态的能力。维修性对产品的完好性与工作持续能力是至关重要的，是产品的一种质量特性，属于产品的五性之一，主要表现在产品的维修过程中，可以用一些定性的特征和一些定量的参数来表达。维修性验证是指为确定产品是否达到规定的维修性要求，由指定的试验机构进行的或由订购方与承制方联合进行的试验与评定工作。其目的是全面考核产品是否达到规定的维修性要求，可分为定性指标验证和定量指标验证。
        1 系统维修性验证概念模型
        以产品各组成部分的设计参数、结构特征、故障分布规律、使用环境和条件等作为输入数据，通过结构建模、功能建模、故障建模、维修分析、保障资源需求分析、专家评估等方法和手段，以规定的分析和评价模型为基础，由试验单位在规定的条件和环境下按照规定的程序进行维修性验证，图1为系统维修性验证概念模型。
        2 维修性验证方法研究现状
        美军早在上世纪50年代就颁布了MIL-STD-470、MIL-STD-471等维修性标准体系，制定了MTD系列车辆装备维修性试验规范，形成了较为完善的车辆装备维修性试验与评定体系。英国和北约紧随其后，在20世纪80年代初开始颁发DefStan 00-40、00-41等标准和ARMP系列标准。20世纪90年代美军基于全寿命全系统而颁布的MTP 2-2-503《车辆维修试验》、MTP 2-2-502《维修性能试验》、MTP 2-3-527《维修工具和测试设备的评价》和MTP 2-3-528《维修说明书和手册的评价》制定了一系列车辆维修性专用试验标准。随着科技的不断进步，我国在上世纪80年代针对飞机使用和维修制定了我国第一套维修性方面的标准《飞机维修品质规范》，后来引进美军的维修工程和维修性工程，根据实际编制了《产品维修性通用规范》。随着改革开放进程的不断加快加深，产品维修性验证的标准《维修性试验与评定》、《维修性设计与验证》等一系列专著发布对我国维修性工程理论和实践研究推动了我国维修性验证的进程。
        2.1 基于经典数理统计学的验证方法
        多年来，美国在维修性领域一直处于领先地位。美军MIL-HD-BK-470A《维修性手册》
中对维修性验证的规定主要包括维修性试验规划、验证指标、试验方法、验证环境和要求、作业抽样等内容，并针对车辆提出了8种维修性验证方法，如表1所示。其中很详细的规定了维修性验证的每一规程，是美军实施维修性验证的规范。
        目前国内最为成熟、应用最为广泛的方法均是在方差已知或能够进行估计的前提下进行，而在实际操作中，由于产品的日益复杂化导致产品各子系统工作方式、工作时间等存在着众多不同之处，使得维修性验证中样本量的确定和样本的选取与分配都面临着很大的困境。
        2.2 基于Bayes理论的小子样维修性指标验证方法
        Bayes方法是基于总体信息、样本信息和先验信息进行的统计推断，是一种解决小子样问题的方法，起源于英国学者贝叶斯《论有关机遇问题的求解》论文，现已在工业、经济、管理等领域内获得一批无可非议的成功应用。它与经典统计学的主要差别在于是否利用先验信息，优势是可以很好地处理来自不同方面、不同层次的信息，提取其中的有用信息并加以综合，从而可以有效地降低现场试验样本量，节省试验投入，缩短试验周期，且能保证足够的可信度。验证步骤一般如下：
        ①确定维修时间总体分布；
        ②确定检验前分布；
        ③小子样维修性验证；
        ④一致性检验与稳健性检验。
        基于Bayes理论的小子样维修性验证方法是对经典维修性验证方法的改进，很好的解决了样本需求量大、多层次样本难以选取的困难，节省了时间和资金，具有重要的研究价值。但是，目前小子样维修性试验与评定仍然存在一定的问题，其在获取先验分布中的超参数上有一定的困难，如实际工程实践中，怎样收集大量的相关数据来确定参数后验分布等情况。
        2.3 基于相似学原理的维修性验证方法
        针对现在产品的复杂程度日益提高，产品的参数曲线多表现为一种双峰或多峰分布，如图2所示。由于产品各子系统的独立性和复杂性，利用简单的传统验证方法已经不能精确直接的进行维修性验证。郝建平等提出了一种依据MTTR曲线的相似程度将各系统分组、对组
validation verification
进行验证的方法——基于相似学原理的MTTR分组验证方法。该方法根据相似学原理确定各系统MTTR曲线的相似度，再用分层重点分组方法对曲线进行分组，再运用传统的验证方法对各组进行验证。虽然目前这种理论仅限于理论层次，但是其可避开直接对多峰分布的MTTR曲线进行验证，为复杂产品MTTR的验证提供了新的思路。
        3 维修性指标样本获取研究现状
        样本获取是维修性验证中最基础最重要的一环，是决定验证准确度和有效性的根本。根据获取手段的不同，样本获取可以分为统计试验获取、流程估算获取、建模仿真获取等。
        3.1 采用实物试验获取
        实物试验是维修性验证中应用最广泛也最成熟的一种技术手段，从严格意义上讲应该通过产品全寿命周期试验来实现产品的试验环境真实性，但无论从时间还是费用角度考虑这都是不现实的。目前应用最多的是在定性分析评估的基础上，采用演示验证的方法，以较少的样本量，耗费较短的时间和较少的费用对产品维修性是否符合维修性要求做出判决，图3为维修性试验的一般流程。利用实物试验的维修性验证的优点是贴近实际，直观可靠，劣势是耗费时间和费用相对较高，受环境影响大，样本选取困难。
        3.2 通过流程估算分析获取
        流程估算是指针对新产品的维修性特点，将新产品的维修工作分解到要素级，如分解、隔离、重新配装、调校检查等，然后与已有的相似产品进行要素对比，根据之间的差异和历史经验数据估算出新产品各个要素的消耗时间，进而得到整车的维修性时间指标。将流程估算和演示验证相结合来进行新产品的维修性验证是目前大多采用的数据获取手段。该系统具有试验方法选择、分布类型选择、选择和分配维修作业样本、样本量计算、样本数据统计及维修性定量指标评定等功能。其优点是方便快捷，节省资源，涵盖面宽，适于定性指标分析，劣势是精准度不够高。
        3.3 利用虚拟仿真获取
        虚拟仿真是将系统模型用一组程序和数据来描述，并使其在数字计算机上运行。英国索尔福德大学虚拟环境研究中心的Luis Marcelino等针对虚拟维修的特性开发了虚拟维修人员培训系统和维修保障设备管理系统。德国弗劳恩霍夫工业大学的Eberhard Bluemel等针对不同维修训练模式（演示模式、指导模式、自由模式、探索模式）开发出虚拟维修训练环境。2001年法国IRISA、CERV实验室和Nexter-Group这三个组织联合开发了一个通用的GVT虚
拟训练平台（Generic Virtual Training）。2005年，英国BAE系统公司在其“狂风航空训练设备”（Tornado Avionics Training Facility）的基础上推出了一个可重用的虚拟训练框架VORTEX（Virtual Reality Training Executive）。
        近年来，我国在数字计算机仿真研究越来越多，但离世界先进水平仍有一定差距。北京理工大学的项昌乐教授等提出采用虚拟现实技术和维修工程力量，搭建了装甲装备虚拟维修仿真平台，实现了非沉浸式虚拟维修过程仿真，为新产品方案论证和研制初期提供了维修性中的可达性等定性指标的定量化分析和验证的可行方法。南京航空航天大学的孙有朝教授等研究了民用飞机维修性指标虚拟评估与验证的基本方法和程序，提出了虚拟环境中进行可达性分析、碰撞与干涉分析以及维修姿态分析的综合集成法。北京航天航空学院的刘瑞教授等开发出考虑人员因素分析的基于虚拟环境的维修性评估系统。同济大学的刘毅等从节能节时节费和提高航母维修性的角度开发了基于虚拟维修的航母仿真系统。于永利在《A maintainability analysis visualization system and its development under the AutoCAD environment》一文中提出在AutoCAD环境下建立维修性分析虚拟系统。北京科技大学可视化实验室的康荣丽等根据虚拟技术、Jack软件、硬件开发了虚拟维修性分析系统VMAS。
        4 研究展望
        综上所述，已有的研究工作促进了维修性验证的发展，但目前维修性验证在理论和实际应用研究中还存在一定的问题，对维修性验证进一步的研究仍然具有很高的研究的价值，主要体现在以下两个方面：
        4.1 提高产品的效益价值
        在产品设计与研制过程中，对产品的维修性进行充分的验证，有助于提高产品的维修性，进一步提高产品的完好性与可靠性。产品的完好性与可靠性，体现在实际之处，就是在同等情况下，维修性验证越充分的产品，维修率更低，维修更为方便，对维修保障的要求的更低，产生的效益更大，产品的效益价值较高。
        4.2 提高产品的使用价值
        现阶段完全仿真在我国主要用于产品维修可达性、可视性、干涉和碰撞、维修简便性等定性指标的研究上，但是缺乏定量的验证方法，对维修性验证的定性方法研究有助于显著提高产品的维修性。对使用人员来说，产品的维修性越高，使用的连续性就高，使用价值就高；对保障人员来说，产品的维修性越高，维修保障的需求就更低，产品的使用度就高，进而使用价值也高。

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