機(jī)載武器及其雙配套設(shè)備可靠性鑒定試驗(yàn)方案的分析

孟然，王欣，祝耀昌

（中國(guó)航空綜合技術(shù)研究所，北京100028）

機(jī)載武器及其雙配套設(shè)備可靠性鑒定試驗(yàn)方案的分析

孟玥然，王欣，祝耀昌

（中國(guó)航空綜合技術(shù)研究所，北京100028）

通過(guò)分析機(jī)載武器的使用特點(diǎn)和情況，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展機(jī)載武器可靠性鑒定試驗(yàn)的已有經(jīng)驗(yàn)，對(duì)該類(lèi)裝備的可靠性鑒定試驗(yàn)的方案進(jìn)行了分析和討論，對(duì)試驗(yàn)樣件在充足或不足的條件下進(jìn)行試驗(yàn)的各種試驗(yàn)方案進(jìn)行了深入分析。指出了各種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)比了各種試驗(yàn)方案的特點(diǎn)。最后給出了機(jī)載武器可靠性鑒定統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)方案的選取原則。

機(jī)載武器，雙配套，可靠性鑒定試驗(yàn)方案，MTBF

1 機(jī)載武器雙配套產(chǎn)品的考核

“雙配套”又稱“雙供方”，在機(jī)載武器的一些配套設(shè)備中，如導(dǎo)引頭、制導(dǎo)計(jì)算機(jī)、戰(zhàn)斗部等，可能會(huì)采用兩個(gè)供方研制生產(chǎn)。這樣，供方之間就能夠形成有效的競(jìng)爭(zhēng)，不但能夠確保裝備供貨充足，還能夠使得裝備的技術(shù)水平得到保障。

目前，研制要求中均對(duì)裝備的可靠性指標(biāo)提出明確要求，如產(chǎn)品的平均故障間隔時(shí)間（MTBF）或任務(wù)可靠性度等。明確的可靠性指標(biāo)就必須在裝備的鑒定試驗(yàn)中驗(yàn)證回答[1—3]。由于受到研制經(jīng)費(fèi)的限制，一般僅在鑒定過(guò)程中安排2~3枚導(dǎo)彈樣件進(jìn)行環(huán)境和可靠性鑒定試驗(yàn)，因此對(duì)于裝配雙配套設(shè)備的機(jī)載武器進(jìn)行鑒定工作，制定一套合理可行的試驗(yàn)方案就顯得非常重要。

2 機(jī)載武器的掛飛可靠性要求及其驗(yàn)證方法

以空空導(dǎo)彈為例，其經(jīng)歷的壽命周期一般包括：生產(chǎn)、運(yùn)輸、貯存、掛飛、自由飛、命中目標(biāo)等環(huán)節(jié)[2—5]。在導(dǎo)彈的壽命周期中，貯存、掛飛和自由飛是比較重要的三個(gè)階段。在導(dǎo)彈壽命周期的每個(gè)階段，通常都有描述這一階段裝備可靠性水平的方式和驗(yàn)證方法，見(jiàn)表1。

表1 導(dǎo)彈壽命剖面的可靠性表述

導(dǎo)彈在運(yùn)輸、貯存、戰(zhàn)備值班階段，其可靠性水平是通過(guò)一段貯存時(shí)間內(nèi)導(dǎo)彈的失效、故障數(shù)量對(duì)貯存可靠性（度）進(jìn)行計(jì)算評(píng)估或采用類(lèi)似產(chǎn)品的數(shù)據(jù)。導(dǎo)彈在掛飛階段的可靠性水平則是通過(guò)掛飛可靠性試驗(yàn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證。自由飛可靠度則多是通過(guò)導(dǎo)彈靶試數(shù)據(jù)對(duì)自由飛任務(wù)可靠性進(jìn)行計(jì)算。文中重點(diǎn)是對(duì)機(jī)載武器及其雙配套設(shè)備的掛飛可靠性鑒定試驗(yàn)的方案進(jìn)行論述，因此下面主要關(guān)注于機(jī)載武器的掛飛可靠性要求和驗(yàn)證方法。

機(jī)載武器在隨機(jī)掛飛階段的可靠性水平是通過(guò)掛飛MTBF（h）進(jìn)行表述的。同時(shí)還規(guī)定了導(dǎo)彈的掛飛壽命（起落架次，平均每次掛飛時(shí)間）。如規(guī)定某型導(dǎo)彈應(yīng)能進(jìn)行40個(gè)架次的掛飛任務(wù)，每次掛飛時(shí)間約為8 h。通常，導(dǎo)彈在地面檢測(cè)、掛飛階段都需要通電進(jìn)行測(cè)試，掛飛階段也應(yīng)對(duì)必要的設(shè)備進(jìn)行通電測(cè)試，一般機(jī)載武器對(duì)通電壽命還要提出要求，如規(guī)定其通電壽命不小于400 h。因此在對(duì)該型導(dǎo)彈進(jìn)行試驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)時(shí)，必須保證單枚樣件的試驗(yàn)時(shí)間不能超出掛飛壽命（320 h），設(shè)備累計(jì)通電時(shí)間不能超出通電壽命（400 h）。

導(dǎo)彈在掛飛過(guò)程中會(huì)經(jīng)歷溫度、濕度、振動(dòng)、噪聲等綜合應(yīng)力的嚴(yán)酷考驗(yàn)[4]，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)的實(shí)驗(yàn)室在一定條件下可以模擬導(dǎo)彈在掛飛過(guò)程中經(jīng)歷的溫度、濕度、振動(dòng)等綜合應(yīng)力環(huán)境條件，所以導(dǎo)彈的掛飛可靠性指標(biāo)就必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)室鑒定試驗(yàn)的方式進(jìn)行驗(yàn)證。

3 機(jī)載武器雙配套設(shè)備鑒定工作的試驗(yàn)方案

機(jī)載武器的一些配套設(shè)備中，采用的是雙供方同時(shí)研制生產(chǎn)的配裝方式，雙配套設(shè)備的功能性能應(yīng)相同，對(duì)外的輸入輸出關(guān)系一致，具有可互換性，同時(shí)應(yīng)滿足機(jī)載武器對(duì)雙配套設(shè)備提出的可靠性指標(biāo)要求。這樣，機(jī)載武器無(wú)論裝配哪一型雙配套設(shè)備，從設(shè)計(jì)上都不會(huì)對(duì)整體可靠性水平產(chǎn)生影響。在裝備的可靠性鑒定試驗(yàn)時(shí)就應(yīng)當(dāng)充分考慮機(jī)載武器的各種配套狀態(tài)，并對(duì)其可靠性水平加以驗(yàn)證。從傳統(tǒng)理論和經(jīng)驗(yàn)上，單枚樣件還受掛飛壽命和通電壽命的限制，因此，需要至少安排3個(gè)樣件作為被試品（至少2枚作為試驗(yàn)樣件，1枚作為備件）。由于種種條件的限制，有時(shí)僅能安排1枚或2枚樣件進(jìn)行可靠性鑒定試驗(yàn)，這也正是我們面臨的難題。

3.1 試驗(yàn)樣件充足

當(dāng)試驗(yàn)樣件、試驗(yàn)經(jīng)費(fèi)充足時(shí)，可以采用2枚整彈作為試驗(yàn)樣件、1枚整彈作為備件，按照相關(guān)國(guó)軍標(biāo)中規(guī)定的統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)方案進(jìn)行試驗(yàn)。采用這種“多彈試驗(yàn)”的方案進(jìn)行試驗(yàn)，每套雙配套設(shè)備可隨一枚整彈進(jìn)行試驗(yàn)，雙配套設(shè)備的可靠性指標(biāo)隨整彈回答。在試驗(yàn)經(jīng)費(fèi)充足的情況下，可以采用允許多故障數(shù)的統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)方案進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)所允許的故障數(shù)可根據(jù)導(dǎo)彈系統(tǒng)中含有的重要LRU數(shù)量等因素確定。采用這種允許多故障數(shù)的試驗(yàn)方案，由于試驗(yàn)時(shí)間充足、暴露故障充分，評(píng)估出的MTBF水平接近產(chǎn)品的可靠性真值[6]。這樣做的缺點(diǎn)也是顯而易見(jiàn)的，因此可以考慮采用短時(shí)高風(fēng)險(xiǎn)定時(shí)截尾的試驗(yàn)方案對(duì)整彈及雙配套設(shè)備進(jìn)行考核。需要指出的是，這種方法其實(shí)對(duì)雙配套以外的其他設(shè)備加嚴(yán)了考核。

3.2 試驗(yàn)樣件不足

當(dāng)試驗(yàn)樣件不充足時(shí)，機(jī)載武器及其雙配套設(shè)備可靠性鑒定試驗(yàn)又可以分為以下幾種方案。

1）雙配套設(shè)備分別單獨(dú)開(kāi)展可靠性鑒定試驗(yàn)。采用這種方式進(jìn)行可靠性鑒定試驗(yàn)，在整彈進(jìn)行試驗(yàn)前就要確定雙配套設(shè)備具有了相同的可靠性水平。無(wú)論哪一型雙配套設(shè)備隨整彈進(jìn)行試驗(yàn)，都不會(huì)對(duì)整彈的可靠性指標(biāo)產(chǎn)生影響，因此這種方法最為典型。導(dǎo)彈在實(shí)際的鑒定工作過(guò)程中，往往不采用這種做法，主要的原因是：?jiǎn)为?dú)分別進(jìn)行雙配套設(shè)備的可靠性鑒定試驗(yàn)，耗時(shí)較多，必須在整彈試驗(yàn)前對(duì)雙配套設(shè)備進(jìn)行可靠性驗(yàn)證，試驗(yàn)過(guò)程中被試品可能發(fā)生責(zé)任故障，這就要對(duì)被試品進(jìn)行故障歸零工作。特別是對(duì)于可靠性指標(biāo)較高的雙配套設(shè)備，就不適于使用這種方案。在完成雙配套設(shè)備的可靠性鑒定試驗(yàn)后，任意抽取一型雙配套設(shè)備隨彈進(jìn)行試驗(yàn)。隨彈試驗(yàn)的雙配套設(shè)備若在整彈試驗(yàn)中出現(xiàn)責(zé)任故障，除了進(jìn)行必要的產(chǎn)品故障分析和歸零工作外，另一型未隨整彈試驗(yàn)的產(chǎn)品應(yīng)進(jìn)行舉一反三或故障歸零工作。導(dǎo)彈的定型工作時(shí)間緊張有限，采用以上做法會(huì)耗費(fèi)大量時(shí)間和費(fèi)用，因此較少采用這種方法。

較為可行的方案是，對(duì)雙配套設(shè)備同時(shí)開(kāi)展可靠性加速試驗(yàn)，利用加嚴(yán)試驗(yàn)應(yīng)力方法修正可靠性試驗(yàn)剖面，從而縮短試驗(yàn)時(shí)間，試驗(yàn)后評(píng)估出被試品的掛飛可靠性指標(biāo)滿足導(dǎo)彈分配的可靠性指標(biāo)要求。此時(shí)，認(rèn)為被考核的雙配套設(shè)備的可靠性水平一致，其中任何一個(gè)配套隨整彈進(jìn)行試驗(yàn)的表現(xiàn)代表了另一個(gè)配套。然后，隨機(jī)抽取一型雙配套設(shè)備隨一枚整彈進(jìn)行可靠性鑒定試驗(yàn)，若整彈通過(guò)了可靠性鑒定試驗(yàn)，則另外一個(gè)配套也滿足了要求。如果整彈沒(méi)通過(guò)可靠性鑒定試驗(yàn)，則出現(xiàn)兩種情況：一是單配套產(chǎn)品發(fā)生責(zé)任故障，根據(jù)有關(guān)規(guī)定開(kāi)展整彈的故障歸零工作后[7—8]，按照統(tǒng)計(jì)方案的要求安排下一步工作；二是雙配套設(shè)備發(fā)生責(zé)任故障，應(yīng)根據(jù)有關(guān)規(guī)定開(kāi)展該型雙配套設(shè)備的歸零工作，另一個(gè)雙配套設(shè)備針對(duì)同樣的故障模式開(kāi)展舉一反三的分析工作，按照統(tǒng)計(jì)方案的要求安排下一步工作。具體流程如圖1所示。

圖1 雙配套設(shè)備分別鑒定的試驗(yàn)流程

需要指出的是，目前還沒(méi)有可以直接引用的加速試驗(yàn)方法或標(biāo)準(zhǔn)。因此使用加速方法對(duì)雙配套設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，方案就首先需要通過(guò)評(píng)審。

2）雙配套設(shè)備一型隨整彈試驗(yàn)，另一型單獨(dú)進(jìn)行試驗(yàn)。這種試驗(yàn)方案的前提是，假設(shè)被考核的雙配套設(shè)備具有相同的可靠性指標(biāo)，那么從兩型雙配套設(shè)備中任意選擇一型隨全彈進(jìn)行試驗(yàn)，另一型單獨(dú)開(kāi)展試驗(yàn)。這樣，單獨(dú)進(jìn)行試驗(yàn)的一型雙配套設(shè)備可以在整彈鑒定試驗(yàn)的前、后安排該型產(chǎn)品的鑒定試驗(yàn)。采用這種試驗(yàn)方案也有一些問(wèn)題，比如隨全彈考核的雙配套設(shè)備，可能無(wú)法像單獨(dú)進(jìn)行試驗(yàn)的產(chǎn)品那樣進(jìn)行全方位的功能、性能檢測(cè)，而且整彈進(jìn)行可靠性鑒定試驗(yàn)的檢測(cè)方法也只能最大程度上模擬導(dǎo)彈在掛飛階段的工作或任務(wù)特點(diǎn)，所以這就會(huì)對(duì)隨彈進(jìn)行試驗(yàn)的雙配套設(shè)備客觀上放松了考核。另一方面，對(duì)于單獨(dú)進(jìn)行試驗(yàn)的產(chǎn)品，由于沒(méi)有將產(chǎn)品交聯(lián)到導(dǎo)彈系統(tǒng)中，所以無(wú)法驗(yàn)證產(chǎn)品與系統(tǒng)的交聯(lián)關(guān)系是否可靠。承試方在對(duì)整彈進(jìn)行鑒定試驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)時(shí)，必須充分考慮雙配套設(shè)備的檢測(cè)方法，盡量使隨彈試驗(yàn)和單獨(dú)試驗(yàn)的雙配套設(shè)備檢測(cè)一致，這樣存在著一定的難度。雙配套設(shè)備也可以隨所在的上一級(jí)系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)，系統(tǒng)通過(guò)鑒定試驗(yàn)可回答單機(jī)可靠性指標(biāo)。

3）單機(jī)、整彈結(jié)合的試驗(yàn)方案。采用這種方式進(jìn)行試驗(yàn)，一型雙配套設(shè)備可隨整彈進(jìn)行一定時(shí)間的可靠性鑒定試驗(yàn)后從整彈中拆出，然后更換另一型雙配套設(shè)備繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)，直至整彈試驗(yàn)和兩型雙配套設(shè)備的試驗(yàn)時(shí)間滿足試驗(yàn)方案的要求。需要注意的是，采用這種方法進(jìn)行試驗(yàn)從嚴(yán)格意義上講是不符合統(tǒng)計(jì)學(xué)原理的，因?yàn)殍b定試驗(yàn)的樣本應(yīng)該是始終如一的同一個(gè)本體。試驗(yàn)過(guò)程中對(duì)整彈更換設(shè)備，實(shí)際上是改變了試驗(yàn)本體的技術(shù)狀態(tài)，從而改變了樣本本體。工程上，可以認(rèn)為這種改變非常微小，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果沒(méi)有影響，因此有些導(dǎo)彈型號(hào)的可靠性鑒定試驗(yàn)方案采用這種方法進(jìn)行。

4）研、定結(jié)合的試驗(yàn)方案。采用研、定結(jié)合的試驗(yàn)方案，最大的特點(diǎn)在于利用產(chǎn)品研制階段的試驗(yàn)數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)定型產(chǎn)品的可靠性水平。在導(dǎo)彈的研制階段，設(shè)計(jì)較為成熟的一型雙配套設(shè)備隨整彈按照可靠性鑒定試驗(yàn)的要求進(jìn)行可靠性研制試驗(yàn)。這項(xiàng)試驗(yàn)可以安排在SRU，LRU的可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)、可靠性加速試驗(yàn)之后。試驗(yàn)的條件至少與鑒定時(shí)的試驗(yàn)條件相當(dāng)，且試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以給出雙配套設(shè)備滿足整彈可靠性鑒定時(shí)要求的結(jié)論。如果此雙配套設(shè)備狀態(tài)固化，則在整彈定型階段，對(duì)另一型雙配套的整彈開(kāi)展可靠性鑒定試驗(yàn)工作，同時(shí)分析評(píng)價(jià)，給出第一種雙配套設(shè)備滿足整彈的掛飛可靠性要求的結(jié)論。

以上分析了幾種可行的機(jī)載武器雙配套設(shè)備掛飛可靠性鑒定試驗(yàn)方案的利弊，在實(shí)際工程應(yīng)用中，還需要根據(jù)不同的背景、不同基礎(chǔ)的裝備設(shè)計(jì)出有針對(duì)性的試驗(yàn)方案。以上方案在各自不同的限制條件下，都有實(shí)際應(yīng)用的價(jià)值，但也都存在一些問(wèn)題。因此在選取試驗(yàn)方案時(shí)，還必須根據(jù)裝備的實(shí)際情況進(jìn)行細(xì)致分析，選擇合理的試驗(yàn)方案。將以上試驗(yàn)方案分析總結(jié)見(jiàn)表2。

表2 機(jī)載武器及其雙配套設(shè)備進(jìn)行可靠性鑒定試驗(yàn)的方案

4 機(jī)載武器可靠性鑒定統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)方案的選擇

對(duì)于機(jī)載武器進(jìn)行可靠性鑒定試驗(yàn)需要選取合理的統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)方案，因?yàn)闄C(jī)載武器屬于復(fù)雜系統(tǒng)，統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)方案中要綜合充分考慮裝備的定級(jí)水平、試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)、故障數(shù)和可以承受的試驗(yàn)時(shí)間。保證裝備在規(guī)定的研制周期中，通過(guò)鑒定試驗(yàn)。

1）定時(shí)截尾統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)方案。可將機(jī)載武器視為一個(gè)復(fù)雜的電子產(chǎn)品（導(dǎo)彈掛飛可靠性鑒定試驗(yàn)時(shí)，火工品、發(fā)動(dòng)機(jī)、引信等部件不進(jìn)行考核），電子產(chǎn)品的壽命服從指數(shù)分布。GJB 899A，MIL-HDBK-781等標(biāo)準(zhǔn)文件中，也給出了電子產(chǎn)品服從指數(shù)分布的試驗(yàn)方案。以GJB 899A為例，該標(biāo)準(zhǔn)給出了定時(shí)截尾試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)方案和定時(shí)截尾補(bǔ)充方案。目前，實(shí)驗(yàn)室武器裝備的鑒定試驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)方案都是按照GJB 899A給出的。

2）機(jī)載武器及其設(shè)備的可靠性統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)方案。統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)方案與試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)、置信度、試驗(yàn)時(shí)間、試驗(yàn)經(jīng)費(fèi)等因素密切相關(guān)，而這些因素很大程度上能夠直接影響到裝備的鑒定工作。根據(jù)近年來(lái)對(duì)導(dǎo)彈產(chǎn)品開(kāi)展可靠性鑒定試驗(yàn)工作的經(jīng)驗(yàn)，一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于整彈的試驗(yàn)通常允許受試樣件發(fā)生1~2個(gè)責(zé)任故障，采用這種試驗(yàn)方案在試驗(yàn)過(guò)程中可以有效暴露導(dǎo)彈在一些關(guān)鍵產(chǎn)品上的設(shè)計(jì)問(wèn)題，同時(shí)試驗(yàn)時(shí)間和試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)也在可承受的范圍內(nèi)。例如某型空空導(dǎo)彈的MTBF最低可接受值為160 h，該導(dǎo)彈為二級(jí)產(chǎn)品，則可以選取GJB 899A中的方案20-2或方案17，允許導(dǎo)彈系統(tǒng)發(fā)生1次責(zé)任故障；或選取方案20-3，允許導(dǎo)彈系統(tǒng)發(fā)生2次責(zé)任故障。采用以上的試驗(yàn)方案，可以將總試驗(yàn)時(shí)間可以控制在480~688 h范圍內(nèi)，試驗(yàn)經(jīng)費(fèi)可以承受。

根據(jù)長(zhǎng)期統(tǒng)計(jì)的電子產(chǎn)品故障數(shù)據(jù)，認(rèn)為在試驗(yàn)過(guò)程中的前300 h，可以有效暴露產(chǎn)品設(shè)計(jì)的缺陷，這一階段也屬于產(chǎn)品故障的高發(fā)階段。對(duì)于復(fù)雜的武器系統(tǒng)，同樣也適用于這一特點(diǎn)。允許被試品發(fā)生1~2次責(zé)任故障，不僅能夠有效暴露產(chǎn)品的設(shè)計(jì)問(wèn)題，而且產(chǎn)品的故障歸零后還可在后續(xù)的試驗(yàn)過(guò)程中有效驗(yàn)證歸零措施的有效性。

對(duì)于機(jī)載武器的設(shè)備而言，一般采用零故障方案進(jìn)行試驗(yàn)。可選取的統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)方案通常包括：GJB 899A中的方案21、方案10-1、方案20-1、方案30-1。試驗(yàn)方案的選擇可以根據(jù)多方面因素綜合考慮，選取合適的方案進(jìn)行試驗(yàn)。

5 結(jié)語(yǔ)

文中利用可靠性試驗(yàn)的基本原理并結(jié)合實(shí)驗(yàn)室前期的機(jī)載武器可靠性鑒定試驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)機(jī)載武器及其雙配套設(shè)備的可靠性鑒定試驗(yàn)方案進(jìn)行了論述，分析了各種方案的特點(diǎn)、使用限制條件及優(yōu)缺點(diǎn)，以便于今后開(kāi)展該類(lèi)裝備可靠性鑒定試驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)。

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[8]GJB 450A—2004,裝備可靠性工作通用要求[S].

Plan for Reliability Qualification Testing of Aircraft Weapon and its Dual-Supplier Equipment

MENG Yue-ran,WANG Xin,ZHU Yao-chang
(AVIC China Aero-Polytechnology Establishment,Beijing 100028,China)

This paper analyzed and discussed plans for reliability qualification testing of aircraft weapon and had in-depth analysis on plans for carrying out test in sufficient or insufficient samples by analyzing using features and situations of aircraft weapon in combination with reliability qualification testing carried in the laboratory.It pointed out advantages and disadvantages of testing plans and compared their characteristics.Finally,it provided the principle of selecting reliability qualification testing plan for aircraft weapon.

aircraft weapon;dual supplier;plan for reliability qualification testing;mean time between failure

10.7643/issn.1672-9242.2017.07.018

V216.5+7

A

1672-9242(2017)07-0087-05

2017-04-25；

2017-05-26

孟玥然（1985—），男，工程師，主要研究方向?yàn)榄h(huán)境可靠性試驗(yàn)技術(shù)。

王欣（1964—），女，研究員，主要研究方向?yàn)榄h(huán)境可靠性試驗(yàn)技術(shù)。