平均嚴(yán)重故障間隔時(shí)間驗(yàn)證方法研究

彭立影，熊菊水

（1.空軍裝備研究院防空研究所，北京 100085；2.上海航天局中心軍代室，上海 200000）

1 引言

地空導(dǎo)彈武器裝備RMS要求驗(yàn)證是地空導(dǎo)彈武器裝備研制、生產(chǎn)以及使用階段一種重要的控制手段，驗(yàn)證不僅是一種有效降低研制風(fēng)險(xiǎn)的管理工具，而且驗(yàn)證結(jié)果為地空導(dǎo)彈武器裝備的研制和使用提供了決策依據(jù)。地空導(dǎo)彈武器裝備RMS要求驗(yàn)證一般在裝備設(shè)計(jì)定型階段和部隊(duì)試用階段進(jìn)行，通過RMS要求驗(yàn)證，可以確認(rèn)地空導(dǎo)彈裝備是否達(dá)到了論證提出的RMS定性、定量要求，為裝備的訂購方、承制方、使用方提供有用的裝備RMS信息，以便于承制方發(fā)現(xiàn)裝備的薄弱環(huán)節(jié)以及使用和保障方面存在的問題，并不斷加以改進(jìn)，從而滿足合同要求。地空導(dǎo)彈武器裝備RMS要求驗(yàn)證一般采用試驗(yàn)驗(yàn)證、檢查驗(yàn)證、分析驗(yàn)證和綜合驗(yàn)證等基本方法。其中，試驗(yàn)驗(yàn)證是進(jìn)行RMS要求驗(yàn)證最權(quán)威的方法；分析驗(yàn)證法是對一些難以進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證的產(chǎn)品最為適用和有效的驗(yàn)證方法；綜合驗(yàn)證是通過綜合運(yùn)用多種驗(yàn)證方法，考慮多種驗(yàn)證因素而進(jìn)行的驗(yàn)證。

2 地空導(dǎo)彈武器裝備RMS要求驗(yàn)證方法分類

a）試驗(yàn)驗(yàn)證

1）實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)驗(yàn)證：針對RMS定量要求，對被驗(yàn)證產(chǎn)品進(jìn)行專門實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)驗(yàn)證；

2）現(xiàn)場試驗(yàn)驗(yàn)證：針對RMS定量要求，結(jié)合現(xiàn)場定型試驗(yàn)和適用性試驗(yàn)，對被驗(yàn)證產(chǎn)品進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證；

3）演示驗(yàn)證：針對RMS定性要求，在模型、樣機(jī)、樣件或產(chǎn)品上進(jìn)行專門使用或演示操作。

b）檢查驗(yàn)證

針對RMS的要求，通過對驗(yàn)證產(chǎn)品設(shè)計(jì)情況的核查分析進(jìn)行符合性的驗(yàn)證/評定。

c）分析驗(yàn)證

1）工程計(jì)算驗(yàn)證：針對RMS定量要求，按照確定的計(jì)算、分析、評估模型，利用較低層次產(chǎn)品的RMS試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行工程計(jì)算、分析或評估，驗(yàn)證裝備、功能系統(tǒng)或大型復(fù)雜設(shè)備的RMS要求；

2）類比分析驗(yàn)證：針對RMS定量要求，將待驗(yàn)證產(chǎn)品與已經(jīng)通過驗(yàn)證的相似產(chǎn)品，進(jìn)行功能、使用條件與環(huán)境等方面的對比分析，若比相似產(chǎn)品的要求嚴(yán)，則可以作出待驗(yàn)證產(chǎn)品驗(yàn)證合格的結(jié)論；

3）仿真驗(yàn)證：針對RMS定量要求，應(yīng)用數(shù)字仿真手段，進(jìn)行模擬試驗(yàn)與評估。

d）綜合驗(yàn)證

當(dāng)RMS要求采用單一的驗(yàn)證方法難以驗(yàn)證時(shí)，通過綜合應(yīng)用多種驗(yàn)證方法進(jìn)行驗(yàn)證與評估。

1）選擇地空導(dǎo)彈裝備RMS要求驗(yàn)證方法時(shí)，應(yīng)綜合考慮產(chǎn)品層次、壽命分布類型、指標(biāo)范圍、試驗(yàn)時(shí)間和經(jīng)費(fèi)等限定因素，一般情況下應(yīng)優(yōu)先選用試驗(yàn)驗(yàn)證方法；

2）在試驗(yàn)驗(yàn)證方法中應(yīng)優(yōu)先選擇現(xiàn)場試驗(yàn)驗(yàn)證，特別是地面裝備整車 （功能系統(tǒng)）應(yīng)以現(xiàn)場試驗(yàn)驗(yàn)證為主；

3）彈上設(shè)備和地面裝備的重要部件可靠性定量要求的驗(yàn)證一般采用試驗(yàn)類驗(yàn)證方法中的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)驗(yàn)證方法；

4）產(chǎn)品的維修性定量要求一般采用演示驗(yàn)證方法；

5）產(chǎn)品的可靠性、維修性、保障性定性要求的驗(yàn)證一般采用檢查類驗(yàn)證方法；

6）裝備 （武器系統(tǒng)）戰(zhàn)備完好性、戰(zhàn)斗工作可靠度和導(dǎo)彈的發(fā)射飛行可靠度等參數(shù)通常采用綜合驗(yàn)證方法；

7）對可靠性指標(biāo)要求很高的產(chǎn)品，如制導(dǎo)雷達(dá)的天饋系統(tǒng)，通常采用分析驗(yàn)證方法。

3 平均嚴(yán)重故障間隔時(shí)間 （MTBCF）的驗(yàn)證方法

平均嚴(yán)重故障間隔時(shí)間 （MTBCF）是與任務(wù)成功有關(guān)的一種可靠性參數(shù)。其度量方法為：在規(guī)定的一系列任務(wù)剖面中，產(chǎn)品任務(wù)總時(shí)間與致命性故障總數(shù)之比。該參數(shù)適用于表征地空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)中地 （艦）面主戰(zhàn)裝備的任務(wù)可靠性。通常采用現(xiàn)場試驗(yàn)驗(yàn)證法進(jìn)行驗(yàn)證。對該參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證的前提是確定地空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)中地 （艦）面主戰(zhàn)裝備的任務(wù)剖面、任務(wù)可靠性模型和致命性故障判別標(biāo)準(zhǔn)。

a）致命性故障判別標(biāo)準(zhǔn)

地空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)中地面主戰(zhàn)裝備在執(zhí)行戰(zhàn)勤任務(wù)中，如出現(xiàn)下列故障或故障組合，均計(jì)為致命故障。

1）導(dǎo)致裝備不能正常 （其時(shí)限按使用部隊(duì)的有關(guān)規(guī)定）轉(zhuǎn)入戰(zhàn)斗狀態(tài)；

2）導(dǎo)致裝備不能完成規(guī)定任務(wù)的故障或故障組合；

3）導(dǎo)致人員或裝備重大損失的故障或故障組合；

4）任務(wù)失敗。

下述情況不計(jì)入致命性故障次數(shù)：

1）在執(zhí)行任務(wù)過程中，有余度的系統(tǒng)或設(shè)備中的單臺(tái)發(fā)生故障，或與執(zhí)行本次任務(wù)不直接相關(guān)的設(shè)備或系統(tǒng)發(fā)生故障；

2）非設(shè)備故障所致的任務(wù)降級(jí)或任務(wù)失敗。

3）僅導(dǎo)致了作戰(zhàn)任務(wù)允許的部分裝備性能降級(jí)的故障。

b）驗(yàn)證方法

驗(yàn)證方法通常在GJB 899《裝備可靠性鑒定和驗(yàn)收試驗(yàn)》的標(biāo)準(zhǔn)定時(shí)截尾方案中選擇。試驗(yàn)剖面采用試驗(yàn)場自然環(huán)境+產(chǎn)品工作電應(yīng)力。試驗(yàn)前應(yīng)完成規(guī)定的運(yùn)輸試驗(yàn)和跑車試驗(yàn)。

1）輸入要求，即試驗(yàn)中需統(tǒng)計(jì)的信息：

驗(yàn)證對象的任務(wù)時(shí)間Tc；

相應(yīng)時(shí)間域內(nèi)用于統(tǒng)計(jì)的致命性故障總數(shù)rc。

2）數(shù)學(xué)模型

對于致命性故障間的任務(wù)時(shí)間 （Tc），常用的計(jì)算公式：

式中： T?MTBCF— MTBCF的觀測值， h；

TC— 功能系統(tǒng)、設(shè)備任務(wù)工作時(shí)間，h；

rC— 統(tǒng)計(jì)的致命性關(guān)聯(lián)故障總數(shù)。

對于壽命服從指數(shù)分布的設(shè)備，其置信度為1-α的區(qū)間估計(jì)為：

置信度為1-α的單邊下限估計(jì)為：

3）輸出結(jié)果

輸出結(jié)果為現(xiàn)場使用條件下，裝備、功能系統(tǒng)或設(shè)備的MTBCF點(diǎn)估計(jì)、區(qū)間估計(jì)或單邊下限估計(jì)。

該方法適用于地面主戰(zhàn)裝備、整車、設(shè)備。

4 實(shí)例驗(yàn)證

4.1 可靠性指標(biāo)要求及框圖

數(shù)據(jù)處理機(jī)柜可靠性指標(biāo)：MTBCF設(shè)計(jì)目標(biāo)值為3500 h，最低可接受值為2100 h。

數(shù)據(jù)處理機(jī)柜由七個(gè)組合組成，任務(wù)可靠性模型為一串聯(lián)系統(tǒng)。其中外設(shè)組合和一些閉合測試電路，只在調(diào)試時(shí)用，不參與工作，在進(jìn)行任務(wù)可靠性預(yù)計(jì)時(shí)，不考慮這些部件。因此，數(shù)據(jù)處理機(jī)柜的可靠性框圖可簡化如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)處理機(jī)柜可靠性框圖

4.2 環(huán)境因子的選取

根據(jù)試驗(yàn)環(huán)境情況，具體環(huán)境因子的選取如下：地面移動(dòng)、艦載試驗(yàn)、可靠性增長試驗(yàn)、環(huán)境試驗(yàn)均取K=1；試驗(yàn)場聯(lián)調(diào)試驗(yàn)取K=1.5。

4.3 評定結(jié)果

統(tǒng)計(jì)各次試驗(yàn)任務(wù)時(shí)間T和相應(yīng)時(shí)間域內(nèi)用于統(tǒng)計(jì)的致命性故障總數(shù)r。

共進(jìn)行了7次試驗(yàn)，總累計(jì)關(guān)聯(lián)試驗(yàn)時(shí)間：

按照關(guān)聯(lián)故障、非關(guān)聯(lián)故障分析判斷準(zhǔn)則，對在關(guān)聯(lián)時(shí)間內(nèi)數(shù)據(jù)處理機(jī)柜的故障情況及分類進(jìn)行分析，關(guān)聯(lián)故障數(shù)定為1。

點(diǎn)估計(jì)法：

5 結(jié)束語

雖然數(shù)據(jù)處理機(jī)柜的可靠性水平已達(dá)到了最低可接受值MTBCF≥2100 h的要求，但距目標(biāo)值尚有一定的差距?？煽啃栽u定時(shí)置信水平γ取0.7，評定結(jié)果：MTBCFL=2435 .2 h。

[1]樂戰(zhàn)英.雷達(dá)的可靠性指標(biāo)研究 [J].雷達(dá)與對抗，2006， (4):65-68.

[2]曾利偉，呂川.通信裝備可靠性指標(biāo)的確定及其驗(yàn)證[J].電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗(yàn)，2006，24(5):15-18.

[3]唐雪梅，王晟.武器系統(tǒng)可靠性指標(biāo)論證方法研究 [J].系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，2003,(3):308-310.

[4]馮廣斌，錢林方.應(yīng)用貝葉斯方法進(jìn)行系統(tǒng)可靠性驗(yàn)證[J].兵工學(xué)報(bào)，2004,(3):178-181.

[5]任建軍，楊云，張恒喜.裝備可靠性門限值確定方法研究 [J].裝備指揮技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2003,(5):49-52.