空地導彈研制全過程可靠性提升方案

蘇國慶，蔡汝山，胡巨剛，3，仵寧寧，3

（1.工業(yè)和信息化部電子第五研究所，廣東　廣州　510610；2.廣東省電子信息產(chǎn)品可靠性技術重點實驗室，廣東　廣州　510610；3.廣東省電子信息產(chǎn)品可靠性與環(huán)境工程技術研究開發(fā)中心，廣東　廣州　510610）

空地導彈研制全過程可靠性提升方案

蘇國慶1，2，蔡汝山1，2，胡巨剛1，2，3，仵寧寧1，2，3

（1.工業(yè)和信息化部電子第五研究所，廣東廣州510610；2.廣東省電子信息產(chǎn)品可靠性技術重點實驗室，廣東廣州510610；3.廣東省電子信息產(chǎn)品可靠性與環(huán)境工程技術研究開發(fā)中心，廣東廣州510610）

在裝備的研制過程中，研制單位關注的往往是產(chǎn)品的功能和性能能否滿足使用方的要求，而對產(chǎn)品的可靠性缺少應有的關注，從而導致了產(chǎn)品的可靠性水平偏低。通過實例介紹，提出了一套自下而上的、系統(tǒng)的空地導彈研制全過程中的可靠性提升方案。該方案具有省時、高效和費用低的特點，可供類似產(chǎn)品研制單位和可靠性管理工作者參考。

空地導彈；可靠性提升方案；可靠性試驗；研制全過程

0　引言

空地導彈是實施有效打擊的重要武器之一，是戰(zhàn)場的 “清道夫”，是對地面上各種目標實施 “點穴式攻擊”的殺手锏武器，是戰(zhàn)場 “外科手術”式打擊的有效武器[1]。因此，空地導彈的可靠性水平，對我軍的作戰(zhàn)能力有重大的影響。

在過去一些空地導彈的研制過程中，由于型號總師單位和研制廠家對產(chǎn)品的可靠性工作缺乏整體性、系統(tǒng)性的規(guī)劃，感覺無從下手，因此，其進行的可靠性試驗往往不能有效地發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的薄弱環(huán)節(jié)，可靠性工作費時費力，事倍功半；或者只有可靠性工作規(guī)劃，實際工作中則對可靠性工作放任不管，規(guī)劃和實際 “兩張皮”的現(xiàn)象較為嚴重。

為了盡可能地提早發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的薄弱環(huán)節(jié)，采取有效的措施來健壯產(chǎn)品，提高空地導彈的可靠性水平，保證產(chǎn)品的可靠性指標能夠滿足研制總要求的規(guī)定，節(jié)約后期維護成本，我們應將可靠性工作盡早地規(guī)劃到產(chǎn)品的研制過程中去。以下以電子五所為某型空地導彈策劃的可靠性試驗與評價方案為例，提出一種系統(tǒng)的、貫穿產(chǎn)品研制全過程的，從電子樣機到實物、從組件到整設備的可靠性提升的總體方案，以期以較少的費用使空地導彈的可靠性水平得到較大的提高。

1　總體方案的分析思路

空地導彈一般由彈體結構、制導控制系統(tǒng)、引戰(zhàn)系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)和動力系統(tǒng)等組成[2]，其組成框架如圖1所示。其中，制導控制系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)都是電子產(chǎn)品比較集中的部分。

圖1　某型空地導彈組成框圖

按照武器裝備研制的慣例和空地導彈自身的特點，在產(chǎn)品論證立項以后，進入研制階段。研制過程一般分為方案階段 （F）、程控彈階段 （C）、自導彈階段 （S）和設計定型階段 （D）。

該型空地導彈 （以下簡稱020）的研制過程中，擬采用的可靠性試驗包括以下幾種。

a）可靠性仿真試驗

可靠性仿真試驗通過仿真手段向產(chǎn)品施加規(guī)定的溫度、振動和電應力，預計產(chǎn)品在熱設計、結構設計的薄弱環(huán)節(jié)和產(chǎn)品的故障模式，以指導和修改產(chǎn)品的設計?？煽啃苑抡嬖囼炓话銘糜陔娮赢a(chǎn)品的設計階段，在產(chǎn)品的方案設計階段，通過可靠性仿真試驗可以發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設計中的可靠性薄弱環(huán)節(jié)并指出潛在故障發(fā)生的位置和原因，以指導設計改進，提高產(chǎn)品的可靠性水平。在電子樣機上進行可靠性仿真試驗，可以有效地降低生產(chǎn)成本。

b）可靠性強化試驗

可靠性強化試驗采用比技術規(guī)范極限更加嚴酷的試驗應力，加速地激發(fā)產(chǎn)品的潛在缺陷，通過對故障模式、故障機理的分析不斷地進行故障糾正和驗證，快速地提高產(chǎn)品的固有可靠性?？煽啃詮娀囼炓话銘糜谛卵械碾娮赢a(chǎn)品上，以組件的形式進行試驗。在程控階段基本完成，進入自導階段時選取具有代表性的關鍵、重要新研產(chǎn)品開展可靠性強化試驗?？煽啃詮娀囼災軌虬l(fā)現(xiàn)產(chǎn)品上通過一般可靠性試驗不易發(fā)現(xiàn)的潛在故障，特別適用于發(fā)現(xiàn)外場經(jīng)常出現(xiàn)的、但是通過一般環(huán)境應力篩選試驗難以篩選出來的 “頑疾”?？煽啃詮娀囼炓话悴辉诩儥C械結構及火工品等產(chǎn)品上進行。

c）可靠性研制試驗

可靠性研制試驗采用可靠性鑒定試驗的試驗剖面，其目的是運用成熟的可靠性試驗技術，進一步地激發(fā)產(chǎn)品的潛在故障，改進產(chǎn)品的薄弱環(huán)節(jié)。在重要機電和電子產(chǎn)品已經(jīng)進行了可靠性強化試驗，各部件已經(jīng)具備了一定的可靠性水平的基礎上，在分系統(tǒng)一級進行可靠性研制試驗，對分系統(tǒng)的可靠性水平進行摸底，是保證整彈可靠性的有效手段。在自導彈階段末期，產(chǎn)品基本固化后，對關鍵、重要的分系統(tǒng)開展可靠性研制試驗。

d）可靠性鑒定試驗

在設計定型階段，對整彈和研制總要求有單獨的可靠性指標要求的分系統(tǒng)開展可靠性鑒定試驗，驗證其可靠性指標是否滿足研制總要求的規(guī)定，為產(chǎn)品的設計定型提供依據(jù)。經(jīng)過可靠性強化試驗和可靠性研制試驗后的整彈產(chǎn)品具有較高的可靠性水平，在設計定型階段，對定型級別較高的重要分系統(tǒng)和整彈進行可靠性鑒定試驗?？煽啃澡b定試驗由有資質的獨立于承制方的實驗室承擔，驗證其可靠性指標是否滿足研制總要求的規(guī)定。

鑒于發(fā)動機和戰(zhàn)斗部的特殊性，其相關的可靠性評價由指定的單位實施，此處不作論述，整個方案的策劃如表1和圖2所示。

表1　　可靠性總體方案策劃表

2　試驗要求與實施

2.1可靠性仿真試驗

2.1.1可靠性仿真試驗的目的

可靠性仿真試驗的目的是通過試驗來發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設計中的可靠性薄弱環(huán)節(jié)，并指出產(chǎn)品的潛在故障發(fā)生的位置和原因，以指導設計改進，提高產(chǎn)品的可靠性水平[3]。

2.1.2可靠性仿真試驗方案

綜合試驗剖面根據(jù)總體單位確定，試驗環(huán)境應力包括：溫度應力、振動應力和電應力。通過對產(chǎn)品典型的工作環(huán)境溫度，掛飛工作時的起飛振動量值、最大振動量值和最小振動量值，標稱電壓、上限電壓和下限電壓的施加，以及環(huán)境控制條件和電路工作條件的仿真施加，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設計中的可靠性薄弱環(huán)節(jié)，并指出潛在故障發(fā)生的位置和原因。

2.1.3可靠性仿真試驗的實施過程

本次可靠性仿真試驗共有5個項目，具體的流程如圖3所示。

圖3　　可靠性仿真試驗流程

圖2　　研制全過程可靠性試驗規(guī)劃

2.1.4可靠性仿真試驗的產(chǎn)品項目

在方案階段，針對裝備中重要的新研電子設備開展可靠性仿真試驗，初步規(guī)劃對任務計算機進行可靠性仿真試驗。

2.2可靠性強化試驗

2.2.1可靠性強化試驗的目的

可靠性強化試驗是一種研制試驗，又被稱為加速應力試驗（AST：Accelerated Stress Test）或高加速壽命試驗（HALT：Highly Accelerated Life Test）等。在產(chǎn)品的研制階段，采用比技術規(guī)范極限更加嚴酷的試驗應力，加速地激發(fā)產(chǎn)品的潛在缺陷，通過對故障模式、故障機理的分析不斷地進行故障糾正和驗證，快速地提高產(chǎn)品的固有可靠性。試驗能找出產(chǎn)品的耐應力極限，包括工作應力極限和破壞應力極限，并確定產(chǎn)品的工作應力裕度和破壞應力裕度。

2.2.2可靠性強化試驗方案

可靠性強化試驗包括試驗前準備工作、溫度步進試驗 （低溫步進應力試驗和高溫步進應力試驗）、快速溫度變換試驗、振動步進試驗和綜合環(huán)境應力試驗5個階段，各個承制方制定各種產(chǎn)品相應的可靠性強化試驗大綱，并報總體單位審查，可靠性強化試驗的流程如圖4-5所示。

2.2.3可靠性強化試驗的實施過程

可靠性強化試驗的實施過程包括：

1）制定可靠性強化試驗規(guī)范；

2）編寫各產(chǎn)品的可靠性強化試驗大綱；

3）受試設備試驗前的工作要求及預處理；

4）試驗實施；

圖4　試驗實施步驟圖

圖5　可靠性強化試驗的流程

5）故障分析和糾正措施；

6）糾正措施驗證；

7）編寫試驗報告。

（注：進行可靠性強化試驗前需要研制單位和試驗單位進行充分的溝通，提供產(chǎn)品相關技術參數(shù)以便確定試驗條件和制定試驗大綱；在試驗的實施過程中，研制單位應盡可能地準備足夠多的備件供試驗過程中更換。）

2.2.4可靠性強化試驗的產(chǎn)品項目

020中屬于關重件的機電產(chǎn)品和電子產(chǎn)品有導引頭、任務計算機、慣性導航裝置、引信和電氣綜控組合。對于經(jīng)長期實際使用和驗證，其可靠性能夠得到保證的成熟產(chǎn)品，無重大更改的可以不進行可靠性強化試驗。本例中因引信為改進產(chǎn)品，故可靠性強化試驗選用導引頭、任務計算機、慣性導航裝置和電氣綜控組合進行。規(guī)劃的強化試驗產(chǎn)品項目如表2所示。

表2　可靠性強化試驗產(chǎn)品項目表

2.3可靠性研制試驗

2.3.1可靠性研制試驗的目的

可靠性研制試驗的目的是運用成熟的可靠性試驗技術，進一步地激發(fā)產(chǎn)品的潛在故障，改進產(chǎn)品的薄弱環(huán)節(jié)，并對分系統(tǒng)的可靠性水平進行摸底。可靠性研制試驗采用可靠性鑒定試驗的試驗剖面。

2.3.2可靠性研制試驗方案

可靠性研制試驗采用以下定時截尾試驗方案：

a）在規(guī)定的綜合環(huán)境應力條件下，樣機連續(xù)累計試驗366 h無關聯(lián)責任故障 （r=0），則結束試驗；若在試驗期間出現(xiàn)故障，則暫停試驗，對故障進行分析、排故和糾正后，重新進行試驗。

b）故障數(shù)不得超過2個，總累計有效試驗時間不得超過1 098 h。

符合以上兩種試驗方案之一的，則完成本次可靠性研制試驗。試驗過程中排故時只能更換元器件和零部件，不能更換受試樣機。如果受試樣機的故障為元器件故障，則必須對元器件進行失效分析，找出元器件的失效機理，并落實糾正措施。

2.3.3可靠性研制試驗的實施過程可靠性研制試驗的主要實施過程包括：

1）編寫各產(chǎn)品的可靠性研制試驗大綱；

2）受試設備試驗前的工作要求及預處理；

3）試驗實施；

4）故障分析和糾正措施；

5）糾正措施驗證；

6）編寫試驗報告。

2.3.4可靠性研制試驗的產(chǎn)品項目

在定型階段，針對裝備中重要的新研電子和機電產(chǎn)品開展可靠性研制試驗，規(guī)劃的可靠性研制試驗項目如表3所示。

表3　　可靠性研制試驗產(chǎn)品項目表

2.4可靠性鑒定試驗

2.4.1可靠性鑒定試驗的目的

可靠性鑒定試驗是為了鑒定承制方設計、研制出的產(chǎn)品，是否達到了研制總要求規(guī)定的可靠性水平，并給出合格與否的結論[4]。

2.4.2可靠性鑒定試驗方案

全彈掛飛可靠性鑒定試驗與評定方法按掛飛可靠性MTBF最低可接受值假定為150 h，則按照GJB 899A-2009的要求選擇統(tǒng)計試驗方案30-2[3]，≦1個故障接收，試驗時間為θ1的2.44倍，即366臺時。

飛行訓練彈可靠性鑒定試驗與評定方法按掛飛可靠性MTBF最低可接受值假定為200 h，則按照GJB 899A-2009的要求選擇統(tǒng)計試驗方案30-2，≦1個故障接收，試驗時間為θ1的2.44倍，即488臺時。

2.4.3可靠性鑒定試驗實施過程可靠性鑒定試驗的主要實施過程包括：

1）制定可靠性鑒定試驗的試驗剖面；

2）編寫可靠性鑒定試驗大綱及評審；

3）試驗前準備工作的評審；

4）受試設備試驗前要求及預處理；

5）試驗實施；

6）編寫試驗報告和試驗驗收。

2.4.4可靠性鑒定試驗的產(chǎn)品項目

在設計定型階段，對全彈及重要系統(tǒng)開展可靠性鑒定試驗，以檢驗產(chǎn)品能否達到研制總要求規(guī)定的可靠性指標。

3　結束語

通過一系列的可靠性試驗，從產(chǎn)品的設計階段開始，隨著時間的發(fā)展，自下而上地推進可靠性工作，有序地開展可靠性仿真、可靠性強化和可靠性研制試驗，在早期充分地暴露產(chǎn)品的缺陷以進行設計改進，逐步地提高產(chǎn)品的可靠性，以使產(chǎn)品在定型階段就能夠通過可靠性鑒定試驗考核，滿足對整彈產(chǎn)品和重要的分系統(tǒng)的可靠性指標要求。該方案避免了研制廠家漫無目的地開展可靠性工作，結合研制過程的各個階段以較少的成本開展可靠性試驗，具有整體性、系統(tǒng)性，能夠有效地提高產(chǎn)品的可靠性，減少產(chǎn)品交付后在實際外場使用時出現(xiàn)故障的概率，降低售后服務成本，對提高產(chǎn)品的可靠性達到事半功倍的效果，可供廣大的可靠性工作者和管理者參考使用。

[1]張波.空面導彈系統(tǒng)設計 [M].北京：航空工業(yè)出版社，2013.

[2]袁建全，田錦昌，王清華，等.飛航導彈 [M].北京：國防工業(yè)出版社，2013.

[3]張蕊，汪凱蔚，沈崢嶸.高可靠電子設備可靠性仿真試驗技術應用研究 [J].電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗，2012，30（6）：19-25.

[4]黃湘鵬，林新覺，陸敏.某系列雷達可靠性鑒定試驗啟示 [J].電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗，2010，28（6）：18-20.

[5]中國人民解放軍總裝備部電子信息基礎部.可靠性鑒定和驗收試驗：GJB 899A-2009[S].

Reliability Improvement Program of Air-to-ground Missile during Its Whole Research Process

SU Guo-qing1，2，CAI Ru-shan1，2，HU Ju-gang1，2，WU Ning-ning1，2

（1.CEPREI，Guangzhou 510610，China；2.Guangdong Provincial Key Laboratory of Electronic Information Products Reliability Technology，Guangzhou 510610，China；3.Guangdong Provincial Research Center of Electronic Information Products Reliability and Environment Engineering Technology，Guangzhou 510610，China）

During the development of weapon equipments，the research units always pay close attention to whether the functional performance of products can meet the requirements of consumer or not，but pay little attention to product reliability，which results in the low level of product reliability.Through an example，a set of buttom-up and systematic reliability improvement proposal of air-to-ground missile during its whole development process is proposed.The proposal has the advantages of time-saving，high efficiency and low cost，and can be referenced by similar product research units and reliability management workers.

air-to-ground missile；reliability improvement proposal；reliability test；the whole development process

TJ 762.2+1;TB 114.39

A

1672-5468（2016）04-0001-06

10.3969/j.issn.1672-5468.2016.04.001

2016-04-06

2016-06-24

蘇國慶 （1957-），男，廣東羅定人，工業(yè)和信息化部電子第五研究所可靠性與環(huán)境工程研究中心助理工程師，主要從事電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗評價、試驗技術應用研究工作。