基于多源信息融合分析的導(dǎo)彈貯存壽命評(píng)估方法

吳建國，田軍挺，李凌江，于榮剛，徐靜，李海波

（1.北京強(qiáng)度環(huán)境研究所，北京100076；2.海軍裝備部上海軍事代表局，上海201206）

基于多源信息融合分析的導(dǎo)彈貯存壽命評(píng)估方法

吳建國1，田軍挺2，李凌江1，于榮剛1，徐靜1，李海波1

（1.北京強(qiáng)度環(huán)境研究所，北京100076；2.海軍裝備部上海軍事代表局，上海201206）

對(duì)于長期貯存的導(dǎo)彈，通常能獲取的貯存信息僅為貯存期內(nèi)的年檢數(shù)據(jù)與少量的例行試驗(yàn)數(shù)據(jù)，貯存信息相對(duì)匱乏，對(duì)導(dǎo)彈貯存壽命與可靠性評(píng)估工作非常不利。為解決這種工程實(shí)踐中存在的實(shí)際問題，發(fā)展了一種采用工程加速貯存與地面鑒定試驗(yàn)相結(jié)合的加速貯存信息獲取方法，獲取典型單機(jī)與簡單系統(tǒng)貯存信息。將典型單機(jī)與非金屬材料加速貯存信息與地面鑒定試驗(yàn)信息、現(xiàn)場貯存信息、貯存環(huán)境數(shù)據(jù)以及例行試驗(yàn)信息等數(shù)據(jù)信息融合處理，建立基于多源信息融合的貯存信息數(shù)據(jù)庫。在此基礎(chǔ)上，建立基于現(xiàn)場貯存信息與加速試驗(yàn)信息融合分析的導(dǎo)彈貯存壽命與可靠性評(píng)估方法，并給出導(dǎo)彈在現(xiàn)有貯存時(shí)間下，繼續(xù)貯存一定年限的可靠度。

加速貯存試驗(yàn)；現(xiàn)場貯存信息；信息融合；貯存壽命評(píng)估

貯存壽命是導(dǎo)彈的重要技戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)之一，是提高導(dǎo)彈使用率、降低裝備費(fèi)用的重要影響因素。導(dǎo)彈貯存壽命是指導(dǎo)彈自出廠之日開始，到其備用過程結(jié)束時(shí)為止，在規(guī)定的貯存環(huán)境與綜合保障條件下，仍能滿足設(shè)計(jì)要求的最長年限[1]。在導(dǎo)彈的研制過程中，為滿足技戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)要求，除進(jìn)行飛行試驗(yàn)考核產(chǎn)品適應(yīng)飛行環(huán)境的能力外，還須進(jìn)行貯存壽命研究和試驗(yàn)，暴露產(chǎn)品在環(huán)境防護(hù)設(shè)計(jì)與工藝等方面的薄弱環(huán)節(jié)，以考核產(chǎn)品在非工作狀態(tài)下適應(yīng)貯存使用環(huán)境的能力。同時(shí)，針對(duì)暴露的問題，分析失效模式、研究失效機(jī)理、改進(jìn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與工藝，使其貯存壽命達(dá)到預(yù)期要求，并在導(dǎo)彈定型時(shí)給出貯存壽命的初步評(píng)估值。在導(dǎo)彈交付部隊(duì)后，隨著貯存時(shí)間的延續(xù)，導(dǎo)彈貯存信息（含自然與加速貯存試驗(yàn)信息）持續(xù)積累，利用不斷豐富的貯存信息可以對(duì)導(dǎo)彈武器貯存壽命的評(píng)估結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證與修正。

關(guān)于導(dǎo)彈貯存壽命評(píng)估方法的研究一直是國內(nèi)外可靠性技術(shù)領(lǐng)域的研究焦點(diǎn)之一[1-16]。由于導(dǎo)彈貯存信息具有時(shí)序特性，因而在利用導(dǎo)彈貯存信息進(jìn)壽命與可靠性評(píng)估時(shí)，多考慮基于時(shí)序的評(píng)估方法。目前，可用于導(dǎo)彈貯存壽命評(píng)估的常見方法有灰色理論模型[15-17]、基于時(shí)間序列的ARMA模型[18]、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型[16，19]、樣本空間排序法[20]等?；跁r(shí)間序列的ARMA模型只適用于平穩(wěn)的時(shí)間序列，灰色理論模型預(yù)測效果在很大程度上取決于原始數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，要求時(shí)間序列近似呈指數(shù)規(guī)律變化，或要求數(shù)據(jù)總體上呈單調(diào)較平緩變化，貝葉斯方法的關(guān)鍵是必須確定有關(guān)參數(shù)的先驗(yàn)分布，并受先驗(yàn)偏差影響較大，樣本空間排序法的特點(diǎn)是小樣本條件下置信區(qū)間的估計(jì)值最小。

對(duì)國產(chǎn)導(dǎo)彈而言，可以獲得從研制到部署使用的全周期壽命信息，可用于貯存壽命與可靠性評(píng)估的樣本信息較為豐富，上述導(dǎo)彈貯存壽命評(píng)估方法均可適用，但是對(duì)國外引進(jìn)的型號(hào)，只能掌握到少量年檢數(shù)據(jù)，而且還只限于少數(shù)可檢測單機(jī)，導(dǎo)彈貯存信息不系統(tǒng)、不完整，不能直接應(yīng)用上述方法評(píng)估國外引進(jìn)導(dǎo)彈型號(hào)貯存壽命。為此，本文將多源信息融合分析技術(shù)與樣本空間排序法相結(jié)合，發(fā)展了一種適用于國外引進(jìn)型號(hào)貯存信息特點(diǎn)的導(dǎo)彈貯存壽命評(píng)估方法。

1 貯存壽命評(píng)估總體思路

由于國外引進(jìn)的型號(hào)，對(duì)其導(dǎo)彈構(gòu)成的原材料、元器件等基礎(chǔ)信息的收集僅為貯存期內(nèi)的年檢數(shù)據(jù)，因而貯存信息相對(duì)匱乏，這對(duì)導(dǎo)彈貯存壽命評(píng)估工作非常不利。為獲取更多的樣本信息，本文設(shè)計(jì)了一種經(jīng)驗(yàn)與工程實(shí)踐相結(jié)合的實(shí)用方法。該方法的思想是以導(dǎo)彈產(chǎn)品的典型單機(jī)設(shè)備和非金屬材料為加速試驗(yàn)對(duì)象，采用工程加速貯存與地面鑒定試驗(yàn)相結(jié)合的試驗(yàn)方法，獲取一定數(shù)量的單機(jī)加速貯存試驗(yàn)信息，并基于現(xiàn)場貯存數(shù)據(jù)與加速試驗(yàn)數(shù)據(jù)融合分析的方法，給出導(dǎo)彈在現(xiàn)有貯存時(shí)間下，繼續(xù)貯存一定年限的可靠性指標(biāo)評(píng)估結(jié)果。

2 典型單機(jī)貯存壽命信息獲取

彈上典型單機(jī)設(shè)備主要有電子產(chǎn)品與機(jī)電產(chǎn)品兩大類。對(duì)于彈上典型單機(jī)采用加速貯存試驗(yàn)與可靠性鑒定試驗(yàn)相結(jié)合的方式，獲取典型單機(jī)加速貯存壽命試驗(yàn)信息。具體實(shí)施方案如圖1所示。

2.1 加速貯存試驗(yàn)

導(dǎo)彈庫房貯存過程中的主要環(huán)境應(yīng)力為溫度、濕度，運(yùn)輸及戰(zhàn)備值班過程中的主要環(huán)境應(yīng)力包括溫度、濕度、振動(dòng)、沖擊等。一般運(yùn)輸振動(dòng)的量值遠(yuǎn)小于發(fā)射、飛行振動(dòng)的量值，而貯存期間的彈上設(shè)備通常都處于密封狀態(tài)，所以影響貯存壽命的主要環(huán)境因素為溫度，所以選擇溫度作為導(dǎo)彈典型彈上設(shè)備加速貯存試驗(yàn)的加速應(yīng)力。

在開展加速試驗(yàn)前，首先應(yīng)開展高溫極限應(yīng)力試驗(yàn)，確定溫度加速應(yīng)力水平，制定加速貯存試驗(yàn)方案，并按照可靠性技術(shù)指標(biāo)確定鑒定試驗(yàn)方案，開展典型彈上設(shè)備（電子、機(jī)電）的加速貯存試驗(yàn)和可靠性鑒定試驗(yàn)。收集貯存測試數(shù)據(jù)，評(píng)估典型彈上設(shè)備的貯存壽命，并作為全彈貯存壽命評(píng)估的重要數(shù)據(jù)。對(duì)典型彈上設(shè)備開展加速貯存驗(yàn)證試驗(yàn)，驗(yàn)證典型彈上設(shè)備是否滿足貯存期要求。

2.2 可靠性鑒定試驗(yàn)

導(dǎo)彈典型單機(jī)加速貯存試驗(yàn)后，開展可靠性鑒定試驗(yàn)，根據(jù)鑒定試驗(yàn)結(jié)果評(píng)估各典型單機(jī)的可靠度指標(biāo)是否滿足要求。根據(jù)任務(wù)性質(zhì)特點(diǎn)，戰(zhàn)斗準(zhǔn)備可靠度驗(yàn)證只在高低溫環(huán)境下進(jìn)行通電測試考核，戰(zhàn)斗工作可靠度考核還需考慮隨機(jī)振動(dòng)環(huán)境因素。

隨機(jī)抽取加速貯存試驗(yàn)后測試正常的典型彈上設(shè)備，按照GJB 899A-2009《可靠性鑒定和驗(yàn)收試驗(yàn)》的要求，開展可靠性鑒定試驗(yàn)，驗(yàn)證彈上設(shè)備繼續(xù)貯存規(guī)定年限后的可靠性指標(biāo)。試驗(yàn)截尾方案有定時(shí)截尾與定數(shù)截尾等形式。

3 導(dǎo)彈貯存壽命評(píng)估

在典型彈上設(shè)備貯存壽命評(píng)估結(jié)果的基礎(chǔ)上，將收集到的導(dǎo)彈全彈貯存測試數(shù)據(jù)、飛行試驗(yàn)數(shù)據(jù)以及壽命研究開展的典型彈上設(shè)備、非金屬材料加速貯存試驗(yàn)數(shù)據(jù)和火工品貯存試驗(yàn)數(shù)據(jù)及評(píng)估結(jié)論進(jìn)行轉(zhuǎn)化、整合，形成集自然貯存信息、加速貯存信息與飛行測試數(shù)據(jù)為一體的綜合貯存信息庫，并以此數(shù)據(jù)為樣本建立基于綜合貯存信息統(tǒng)計(jì)分析的導(dǎo)彈貯存壽命評(píng)估方法。

然后，基于導(dǎo)彈全彈貯存測試數(shù)據(jù)、飛行試驗(yàn)數(shù)據(jù)和各類型產(chǎn)品加速貯存試驗(yàn)數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)化為全彈貯存壽命評(píng)估的數(shù)據(jù)，建立全彈貯存壽命評(píng)估模型，進(jìn)行全彈貯存壽命評(píng)估，得到全彈貯存壽命評(píng)估結(jié)果。

若全彈貯存數(shù)據(jù)中無單機(jī)現(xiàn)場貯存測試數(shù)據(jù)，則采用基于壽命分布的全彈貯存壽命評(píng)估方法，采用樣本空間排序法進(jìn)行全彈貯存壽命評(píng)估；若全彈貯存數(shù)據(jù)中有單機(jī)現(xiàn)場貯存測試數(shù)據(jù)，則采用基于系統(tǒng)模型的全彈貯存壽命評(píng)估方法，并根據(jù)有無單機(jī)失效數(shù)據(jù)，分別采用近似置信限法（A.O近似法）或保守估計(jì)法進(jìn)行全彈貯存壽命評(píng)估。

全彈貯存壽命詳細(xì)評(píng)估方案見圖2。

3.1 導(dǎo)彈貯存壽命評(píng)估模型

通常現(xiàn)場貯存檢測信息不能覆蓋導(dǎo)彈的所有單機(jī)，不足以支持建立基于系統(tǒng)模型的導(dǎo)彈貯存壽命評(píng)估方法。本文采用基于壽命分布的導(dǎo)彈貯存壽命評(píng)估方法。通常假定導(dǎo)彈這類復(fù)雜系統(tǒng)的貯存壽命服從Weibull分布，n個(gè)產(chǎn)品對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)(t1,z1)，(t2,z2)，…，(tn,zn)為不等定時(shí)截尾數(shù)據(jù)。則貯存可靠度為：

Weibull分布情形下的導(dǎo)彈貯存壽命為：

式（2）中：R0是規(guī)定的貯存可靠度；是η、β的估計(jì)值。

本文只討論數(shù)據(jù)類型為有失效的情況，對(duì)于無失效情形這里不做考慮。當(dāng)zi不恒為1，也不恒為0時(shí)，利用樣本空間排序法理論可推出1-α水平貯存可靠度置信下限為：

3.2 貯存壽命評(píng)估實(shí)例

對(duì)某型導(dǎo)彈飛行試驗(yàn)數(shù)據(jù)、地面現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)、典型彈上設(shè)備加速貯存試驗(yàn)數(shù)據(jù)等多種來源的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)掘與分析后，以67發(fā)導(dǎo)彈的飛行試驗(yàn)數(shù)據(jù)、28發(fā)導(dǎo)彈的地面現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)以及4發(fā)導(dǎo)彈加速貯存至18年的加速貯存試驗(yàn)數(shù)據(jù)評(píng)估導(dǎo)彈戰(zhàn)斗準(zhǔn)備可靠度；以67發(fā)導(dǎo)彈的飛行試驗(yàn)數(shù)據(jù)和4發(fā)導(dǎo)彈加速貯存至18年的加速貯存試驗(yàn)數(shù)據(jù)評(píng)估導(dǎo)彈工作可靠度評(píng)估。

3.2.1 戰(zhàn)斗準(zhǔn)備可靠度評(píng)估

選擇形狀參數(shù)為1.5的Weibull分布為整彈壽命分布函數(shù)，評(píng)估導(dǎo)彈模塊經(jīng)過一定年限的貯存期后在不同置信度下的戰(zhàn)斗準(zhǔn)備可靠度，如表1所示。

3.2.2 戰(zhàn)斗工作可靠度評(píng)估

導(dǎo)彈的戰(zhàn)斗工作階段包括發(fā)射和飛行2個(gè)環(huán)節(jié)，故導(dǎo)彈的戰(zhàn)斗工作性可靠性分為發(fā)射可靠性和飛行可靠性，兩者為串聯(lián)關(guān)系，任意一個(gè)環(huán)節(jié)的成功與否都直接影響到戰(zhàn)斗工作的成敗。由于是串聯(lián)關(guān)系，故可靠度置信下限也是乘積的關(guān)系：

選擇形狀參數(shù)為1.5的Weibull分布為整彈壽命分布，評(píng)估導(dǎo)彈模塊貯存在不同年限不同置信度下的戰(zhàn)斗工作可靠度，如表2所示。

表1 不同年限不同置信度下的戰(zhàn)斗準(zhǔn)備可靠度Tab.1 Arranged reliability on different life and confidence

表2 不同年限不同置信度下的戰(zhàn)斗工作可靠度Tab.2 Task reliability on different life and confidence

4 總結(jié)

本文在總結(jié)現(xiàn)有加速貯存試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，依據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)了一種工程應(yīng)用型的加速貯存驗(yàn)證試驗(yàn)方法，用以獲取典型單機(jī)加速貯存試驗(yàn)信息。并提出了一種基于典型單機(jī)加速貯存信息、全彈現(xiàn)場貯存（含庫房貯存與戰(zhàn)備值班）信息與飛行測試數(shù)據(jù)等多源數(shù)據(jù)融合分析的全彈貯存壽命評(píng)估思路。根據(jù)不同型號(hào)導(dǎo)彈基礎(chǔ)信息的掌握程度，該方法可以稍加修改并推廣應(yīng)用。

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Assessment Method of Missile Storage Life Based on Multi-Information Fusion Analysis

WU Jianguo1,TIAN Junting2,LI Lingjiang1,YU Ronggang1,XU Jing1,LI Haibo1
（1.Beijing Institute of Structure and Environment Engineering,Beijing 100076,China; 2.Military Representations Bureau of NED in Shanghai,Shanghai 201206,China）

For complex system with Long-term storage,the storage information which usually could be obtained are the da?ta of periodical curtailed inspection and a few routine test data.It is bad for storage life and reliability assessment of com?plex system that the storage information was poor.In order to resolve the practical engineering problem,a storage informa?tion acquisition method was proposed by combining accelerated storage test with qualified test on ground,by that method the typical single machine and simple system storing information were acquired.All kinds storage information of typical single machine and nonmetal material,which included accelerated storage test information,qualified test information on ground,on-site storage information,storage environment data and routine test information,were fused into the new storage information database.On the foundation,storage life and reliability assessment method for complex system was developed based on the on-site storage information and accelerated test information fusion analysis.And then,the storage reliability of the stored complex system storing for several years was given by that assessment method.

accelerated storage test;on-site storage information;information fusion;storage life assessment

TJ760

A

1673-1522（2017）02-0255-06

10.7682/j.issn.1673-1522.2017.02.015

2017-02-21；

2017-03-24

吳建國（1979-），男，高工，博士。