魚雷裝載可靠性試驗設(shè)計

劉海波，鐘強暉

(1.海軍裝備技術(shù)研究所，北京 102442;2.海軍工程大學兵器工程系，湖北 武漢 430033)

魚雷裝載可靠性試驗設(shè)計

劉海波1，鐘強暉2

(1.海軍裝備技術(shù)研究所，北京 102442;2.海軍工程大學兵器工程系，湖北 武漢 430033)

為客觀掌握魚雷裝載可靠性水平，探索魚雷可以裝載的最長時間，本文在分析魚雷裝載試驗特點和試驗數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，進行了裝載可靠性試驗設(shè)計，給出了確定裝載試驗量的方法和裝載試驗的動態(tài)調(diào)整策略。該試驗設(shè)計原理簡單，使用靈活，既充分利用了魚雷裝載試驗的樣本數(shù)，又兼顧了考核不同裝載時間的魚雷裝載可靠性。

魚雷;裝載可靠性;試驗設(shè)計;使用方風險

0 引言

魚雷屬于長期貯存，一次使用的武器裝備，戰(zhàn)備值班或執(zhí)行任務(wù)時要經(jīng)歷長時間的裝載。由于艦艇裝載環(huán)境比陸上貯存環(huán)境惡劣，且裝載期間魚雷無法進行維修，因此，魚雷裝載可靠性就構(gòu)成魚雷使用可靠性的重要組成部分，魚雷裝載可靠性是指在規(guī)定的艦艇裝載條件下和規(guī)定的裝載時間內(nèi)，魚雷保持規(guī)定功能的能力［1－2］，通常用概率進行度量。

魚雷裝載可靠性水平是制訂魚雷的戰(zhàn)備方案和維修保障策略的重要依據(jù)之一。為客觀掌握魚雷裝載可靠性水平，探索魚雷可以裝載的最長時間，就需要通過不同時間的裝載可靠性試驗進行驗證。然而，由于魚雷的裝載試驗成本高，時間長，一般很難做大量的裝載可靠性試驗。同時，魚雷裝載試驗需與部隊的戰(zhàn)備值班相協(xié)調(diào)，根據(jù)部隊的值班要求和使用規(guī)定，試驗人員在某些特定時間節(jié)點對裝載中的魚雷進行抽樣檢查，檢查的魚雷從艦艇上卸載到岸上進行技術(shù)檢查，而檢查完畢的魚雷由于經(jīng)過分解、調(diào)試等技術(shù)手段，其裝載狀態(tài)已發(fā)生改變，不適宜繼續(xù)進行裝載試驗［3－4］?；隰~雷裝載試驗及試驗數(shù)據(jù)的特殊性，就需要合理安排各檢查時間點的試驗量。本文根據(jù)魚雷裝載試驗的目的，在分析魚雷裝載試驗特點基礎(chǔ)上，設(shè)計了魚雷裝載可靠性試驗方案，給出一個動態(tài)靈活的調(diào)整策略。該試驗方案在保證規(guī)定置信度的前提下，既方便了裝載試驗的進行，又達到了探索魚雷裝載最長時間的目的。

1 魚雷裝載試驗

為了探索魚雷在滿足一定可靠性要求下盡可能長的裝載時間，首先應計劃進行不同時間的裝載可靠性試驗。為節(jié)約試驗時間和成本，在組織魚雷裝載試

2 魚雷裝載試驗方案設(shè)計

驗時，結(jié)合部隊戰(zhàn)備周期和使用規(guī)定，預先設(shè)置若干裝載時間點，同時開展不同裝載時間的裝載試驗，試驗進行到每個裝載時間點，抽取其中若干條魚雷進行檢查，經(jīng)過檢查的魚雷退出裝載試驗，而未經(jīng)卸載檢查的魚雷繼續(xù)進行裝載試驗至下一個裝載時間點，再抽取若干條魚雷進行檢查，步驟類似，直至所有參加裝載試驗的魚雷檢查完畢。

根據(jù)魚雷的裝載試驗特點，在魚雷裝載試驗所設(shè)置的各個檢查點處，獲得魚雷的可靠性數(shù)據(jù)實際上是成敗型數(shù)據(jù)。設(shè)n條魚雷進行裝載試驗，檢查時間為t1，t2，…，tm。當裝載到t1時間時，對艇上其中n1條裝載的魚雷卸載后進行技術(shù)檢查，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)故障的條次數(shù)為r1;當裝載到t2時間時，對艇上其中n2條裝載的魚雷卸載后進行技術(shù)檢查，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)故障的條次數(shù)為r2;依此類推，將裝載試驗進行到給定的裝載時間tm，并記錄其裝載故障條次數(shù)。其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為

2.1 抽樣檢驗的數(shù)學模型

根據(jù)魚雷裝載可靠性數(shù)據(jù)為成敗型數(shù)據(jù)的特點，利用成敗型可靠性試驗方法制定魚雷裝載試驗方案。

對于成敗型產(chǎn)品的一次抽樣檢驗方法，實際上是隨機抽取1個樣本量為n枚魚雷進行裝載試驗，并且在試驗前規(guī)定一個正整數(shù)c，對于不合格數(shù)r:

如果r≤c，認為批產(chǎn)品可靠性合格，接收;

如果r≥c+1，認為批產(chǎn)品可靠性不合格，拒收。

上述裝載試驗方案記為(n，c)。

當魚雷裝載可靠性為R時，上述裝載試驗方案被接受的概率記為L(R)，則

其中，d表示樣本中出現(xiàn)不合格產(chǎn)品的數(shù)量。在實際中，應控制試驗所帶來的風險，而風險包括使用方風險和生產(chǎn)方風險2種［5－6］。其中，使用方風險β是指當魚雷的實際裝載可靠性很低時，由于隨機因素的影響，裝載試驗所觀察到的不合格數(shù)較少，造成誤認為魚雷的裝載可靠性較高的概率。生產(chǎn)方風險α是指當魚雷的裝載可靠性較高時，由于隨機因素的影響，裝載試驗所觀察到的不合格數(shù)較多，造成誤認為魚雷的裝載可靠性較低的概率。

由于魚雷裝載試驗的主要目的是準確客觀地了解

2.2 裝載試驗方案設(shè)計

上述方案是針對魚雷裝載到規(guī)定時間的一次抽樣檢驗方案。然而，根據(jù)魚雷裝載試驗的目的和特點，由于魚雷裝載試驗不僅僅是進行一次定時裝載試驗，而是同時進行不同裝載時間的裝載試驗，因而魚雷裝載試驗方案不僅要確定其參與裝載的試驗樣本量，而且要根據(jù)各檢查時間的裝載試驗結(jié)果進行動態(tài)調(diào)整試驗樣本量。從而達到既節(jié)約試驗樣本量和試驗時間，又達到探索魚雷最長裝載時間的目的。

2 .2 .1 試驗方案動態(tài)調(diào)整策略

由式(4)可知，選擇不同的c可以確定對應最小的試驗樣本量，即得到一系列抽樣方案，為了降低魚雷裝載試驗樣本量，取c=0，由此，可以確定無失效試驗方案(n1，0，t1)，并求得使用方風險β1。假設(shè)魚雷裝載到規(guī)定時間t1，抽取n1條魚雷進行檢查的結(jié)果為全部合格，則在誤判風險不大于β的前提下，判定裝載到時間t1的魚雷達到了規(guī)定的裝載可靠度;而如果檢查的不合格條次數(shù)r1＞0，按無失效試驗方案的判斷法則應判定裝載到時間t1的魚雷未達到規(guī)定的裝載可靠度，因而可以不用進行大于裝載時間t1的魚雷裝載試驗。然而，由于不同裝載時間的魚雷裝載試驗是同時進行的，因此，在裝載時間t1時，進行大于裝載時間t1的裝載魚雷條次并未利用，為了能充分利用魚雷的裝載試驗信息，考慮裝載試驗的隨機性，可以通過增加魚雷的抽樣量n(1)，即采用另一個抽樣方案對該檢查時間的魚雷裝載可靠性進行判斷，決定其他裝載試驗是否終止，為了使選擇另一個抽樣方案具有說服力，增加的最小抽樣量應基于使得方案(n1+n(1)，r1，t1)所對應的使用方風險小于β1的原則。

由以上初步分析，根據(jù)魚雷裝載試驗特點，在裝魚雷的裝載可靠性水平，而對于使用部隊來說，關(guān)心的是使用方風險。因此，在制定裝載試驗方案時，應制定控制使用方風險，以保證所獲得的評價結(jié)論具有一定的可信程度。根據(jù)上述原則，當魚雷的裝載可靠性較低時，被誤判的概率應較小，即在魚雷的裝載可靠性最低可接受值為R時，被誤判的概率應不大于β，即

由于魚雷的批量通常不是很大，且在裝載試驗過程中，經(jīng)過抽檢后的魚雷即退出裝載試驗，因此，魚雷裝載試驗發(fā)生不合格的概率服從超幾何分布［7］。假使魚雷的批量為N，則式(3)變?yōu)檩d時間t1，首先確定初步試驗方案(n1，0，t1)，然后根據(jù)檢查試驗結(jié)果判斷是否需要調(diào)整試驗方案，調(diào)整后的試驗方案所對應的使用方風險必須小于前一次試驗結(jié)果所對應的使用方風險。后續(xù)的檢查點試驗方案類似調(diào)整進行，但為了節(jié)約試驗樣本量，后續(xù)檢查點試驗方案也應從無失效試驗方案開始考慮。假設(shè)魚雷裝載試驗依次共進行了b次試驗方案，即(nj，cj)(j=1，2，…，b)，其對應的使用方風險為βj(j=1，2，…，b)，則使用方風險必須滿足:

需要說明的是，在進行方案調(diào)整時，應結(jié)合剩余的魚雷條次數(shù)綜合確定，如調(diào)整后剩余的魚雷條次數(shù)不足于滿足方案動態(tài)調(diào)整原則，則調(diào)整的試驗方案應把全部剩余的魚雷條次數(shù)包括進去，裝載試驗結(jié)束。

2 .2 .2 總試驗樣本量確定

魚雷裝載總試驗樣本量應根據(jù)裝載時間點數(shù)和部隊可以提供試驗魚雷的條次數(shù)上限綜合確定。假設(shè)裝載時間點數(shù)有m個，能提供給魚雷裝載試驗的最多魚雷條次數(shù)為nmax，按照無失效試驗方案確定每個檢查時間點的最小抽樣量為n0，記魚雷裝載總試驗樣本量為n，則這些參數(shù)應滿足:

在使用方風險小于無失效試驗方案所對應的使用方風險前提下，根據(jù)nmax可以初步確定一次抽樣方案的最大不合格數(shù)cmax，再考慮進行方案調(diào)整時出現(xiàn)極端情況時所需要的最大試驗樣本量。即假設(shè)在第1個檢查點出現(xiàn)1個不合格，即進行試驗方案調(diào)整，加抽若出現(xiàn)1個不合格，再進行試驗方案調(diào)整，且每次試驗方案調(diào)整均基于檢查不合格數(shù)比上一次方案進行抽樣檢查的不合格數(shù)多1個，直到所有的魚雷檢查完畢。也就是在t1時間點，共進行了cmax次調(diào)整，其試驗方案分別為:由式(6)和式(7)，可以制定總試驗樣本量方法:

3 實例分析

某型魚雷進行裝載試驗，假定該型魚雷目前批量為200條，可以提供進行裝載試驗的最大條次數(shù)為34條，需要考察3個時間點的裝載可靠性水平，其中第1個檢查時間點為標準的裝載時間。該型魚雷的裝載可靠度最低可接受值R為0.8，以使用風險不大于0.2為前提進行裝載試驗方案設(shè)計。

對于試驗方案(n，c)，根據(jù)式(4)，得

對于無失效方案，可求得最小樣本量n=8。其試驗方案(8，0)所對應的使用方風險為0.1618;而在使用方風險小于0.1618時，最大允許失效數(shù)的試驗方案為(34，4)，其所對應的使用方風險為0.1379。

根據(jù)式(5)和式(7)，針對極端的試驗情況，其試驗方案為:(8，0)，(15，1)，(22，2)，(29，3)，(36，4)，其對應的使用方風險為 0.1618，0.1564，0.1393，0.1208，0.1032。由于8×3≤29≤34，故可確定總試驗樣本量應不少于29條次。

若取總試驗樣本量為32條次，初步的試驗方案可以確定為:(8，0，t1)，(8，0，t2)，(16，1，t3)，然后根據(jù)每個裝載時間點的檢查情況，依據(jù)動態(tài)調(diào)整策略進行裝載試驗方案設(shè)計:

1)若在時間t1和t2的裝載試驗均無失效，則試驗方案無須調(diào)整，繼續(xù)時間t3的裝載試驗。

2)若在時間t1的裝載試驗出現(xiàn)了1個不合格條次，則加抽7條魚雷，相應時間t1的試驗方案調(diào)整為(15，1，t1)，其對應的使用方風險為0.1564。若加抽的魚雷經(jīng)檢查合格，則時間t2的試驗方案調(diào)整為(17，1，t2)，其對應的使用方風險為0.1075。若加抽的魚雷又發(fā)生一條次不合格，則繼續(xù)加抽7條魚雷，其時間t1的試驗方案調(diào)整為(22，2，t1)，其對應的使用方風險為0.1208。若再次加抽的魚雷沒發(fā)生失效，則時間t2的試驗方案調(diào)整為(10，0，t2)，其對應的使用方風險為0.1013;而若再次加抽的魚雷又至少發(fā)生一條次不合格，則時間t1的試驗方案調(diào)整為(32，3，t1)，其對應的使用方風險為0.0748。

3)若在時間t1的裝載試驗出現(xiàn)了2個不合格條次，則加抽14條魚雷，相應時間t1的試驗方案調(diào)整為(22，2，t1)，其對應的使用方風險為0.1208。若加抽的魚雷經(jīng)檢查合格，則時間t2的試驗方案調(diào)整為(10，0，t2)，其對應的使用方風險為0.1013;而若加抽的魚雷又至少發(fā)生一條次不合格，則時間t1的試驗方案調(diào)整為(32，3，t1)，其對應的使用方風險為0.0748。

4 結(jié)語

在探索魚雷可裝載最長時間方面，利用該動態(tài)調(diào)整試驗方案設(shè)計可以較好地解決魚雷裝載可靠性試驗時間長，所需樣本量大的難題，該試驗設(shè)計原理簡單，使用靈活，便于工程應用，結(jié)合實例說明了其有效性。

［1］孟慶玉，周徐昌.魚雷可靠性工程基礎(chǔ)［M］.武漢:海軍工程大學出版社，1987.

［2］田星，宋保維，等.魚雷裝載可靠度和工作可靠度的關(guān)系研究［J］.系統(tǒng)仿真學報，2006，18(4):883 －885.

TIAN Xing， SONG Bao-wei， etal. Research on relationship of equipping reliability and working reliability of torpedo［J］.Journal of System Simulation，2006，18

［8］郭紅紅.環(huán)氧樹脂基輕質(zhì)吸聲材料［D］.杭州:浙江大學，2007.(4):883－885.

［3］毛金明.如何改進現(xiàn)行魚雷驗收方法［J］.魚雷技術(shù)，2003，11(4):6 －8.

MAO Jin-ming.How to improve inspection of current torpedo［J］.Torpedo Technology，2003，11(4):6 －8.

［4］鐘強暉，張志華，董理.魚雷裝載可靠度的評估方法［J］.艦船科學技術(shù)，2010，32(6):73 －75，87.

ZHONG Qiang-hui， ZHANG Zhi-hua， DONG Li. The evaluation method of torpedo loaded reliability［J］.Ship Science and Technology，2010，32(6):73 －75，87.

［5］田艷梅，張志華.成敗型產(chǎn)品驗收試驗方案研究［J］.海軍工程大學學報，2003，15(5):75 －78.

TIAN Yan-mei，ZHANG Zhi-hua.A Bayesian scheme of acceptance test for success or failure mould product［J］.Journal of Naval University of Engineering，2003，15(5):75－78.

［6］茆詩松，湯銀才，王玲玲.可靠性統(tǒng)計［M］.北京:高等教育出版社，2008.

［7］李賢平.概率論基礎(chǔ)［M］.北京:高等教育出版社，2005.

Torpedo loading reliability test design

LIU Hai-bo1，ZHONG Qiang-hui2
(1.Naval Equipment Technology Institute，Beijing 102442，China;2.Department of Weapon Engineering，Naval University of Engineering，Wuhan 430033，China)

For objective understanding the loading reliability of torpedoes and exploring the longest loading time of torpedoes，a loading reliability test design is proposed on the basis of the analysis of the characteristics of the torpedo loading test and data structure.This test plan gives the dynamic adjusting decision and the method of confirming the test amount.This test design is simple in principle and flexible in use，which takes full advantage of the torpedo loading test samples，and takes into account the torpedo loading reliability of different loading time.

torpedo;loading reliability;test design;the consumer's risk

TJ630.2

A

1672－7649(2011)12－0097－03

10.3404/j.issn.1672－7649.2011.12.023

2011－05－05;

2011－06－14

劉海波(1978－)，男，碩士，工程師，研究方向為裝備綜合保障工程。