艦船裝備可靠性驗證試驗中的問題與對策

黃健

【摘要】隨著艦船裝備可靠性工作的深入開展，可靠性驗證試驗開展的范圍越來越大、涉及到的裝備越來越多，相關(guān)問題也隨之凸顯。從整體的、全過程的視角來看待可靠性驗證試驗，提出了可靠性驗證試驗的總體流程，明確了可靠性驗證試驗各階段在工程中存在的主要問題，給出了對上述問題的解決對策。

【關(guān)鍵詞】艦船 可靠性驗證試驗 問題 對策

1引言

隨著艦船裝備可靠性工作的深入開展，可靠性驗證試驗工作越來越受到重視，可靠性驗證試驗開展的范圍越來越大、涉及到的裝備越來越多。大量的可靠性驗證試驗使得承制方更加重視可靠性工作，使得交付到部隊手中的裝備是具有較高可靠性。

在顯著促進艦船裝備可靠性工作的同時，艦船裝備可靠性驗證試驗難免存在一些問題。已有相關(guān)文獻對設(shè)備（含軟件）的可靠性問題及對策進行了研究，但研究僅限于設(shè)備級，對于艦船這樣的大系統(tǒng)可靠性試驗問題研究較少；也有針對可靠性試驗方案的相關(guān)研究，但從源頭開始對可靠性試驗問題展開的研究較少。

本文跳出可靠性驗證試驗本身，從整體的、全過程的視角來看待可靠性驗證試驗，從源頭查找引發(fā)問題的原因。首先，明確了可靠性驗證試驗的相關(guān)概念，提出了可靠性驗證試驗的總體流程；然后，明確了可靠性驗證試驗各階段在工程中存在的主要問題；最后，給出了對上述問題的解決對策。

2裝備可靠性驗證試驗的概念

可靠性試驗主要包括：環(huán)境應(yīng)力篩選、可靠性研制試驗、可靠性增長試驗、可靠性鑒定試驗、可靠性驗收試驗。其中，環(huán)境應(yīng)力篩選、可靠性研制試驗、可靠性增長試驗屬于工程試驗，其目的是改進裝備可靠性：可靠性鑒定試驗、可靠性驗收試驗屬于統(tǒng)計試驗或驗證試驗，其目的是驗證產(chǎn)品可靠性是否達到要求。

可靠性鑒定試驗的目的是驗證產(chǎn)品的設(shè)計是否達到了規(guī)定的可靠性要求；可靠性驗收試驗?zāi)康氖球炞C批生產(chǎn)產(chǎn)品的可靠性是否保持在規(guī)定水平?？煽啃澡b定試驗一般用于對新設(shè)計的產(chǎn)品或經(jīng)過重大修改的產(chǎn)品進行設(shè)計定型，是研制階段的試驗；產(chǎn)品在生產(chǎn)過程可靠性的穩(wěn)定性則往往通過抽樣的可靠性驗收試驗進行判斷，所有可靠性驗收試驗是生產(chǎn)階段的試驗。

3艦船裝備可靠性驗證試驗的流程

要落實好艦船裝備可靠性驗證試驗，不能只孤立地看試驗本身，試驗之前關(guān)于可靠性試驗指標的確定也十分重要。實際上，裝備可靠性試驗的相關(guān)工作從裝備立項論證階段就已經(jīng)開始，一直持續(xù)到裝備建造和交付階段。依據(jù)工程經(jīng)驗，提出了艦船裝備可靠性驗證試驗的流程，如圖1所示。

圖1艦船裝備可靠性驗證試驗的流程圖

（1）立項論證階段，訂購方確定艦船總體可靠性指標：固有可用度Ai，任務(wù)可靠度Rm。

（2）方案設(shè)計和深化方案設(shè)計階段，承制方總體單位通過可靠性分配、預(yù)計方法，將總體可靠性指標分配到系統(tǒng)、設(shè)備，明確系統(tǒng)、設(shè)備的可靠性指標Ai、平均故障間隔時間MTBF、平均修復(fù)時間MTTR、Rm，平均嚴重故障間隔時間MTBCF；通過總體單位與系統(tǒng)、設(shè)備單位的多次溝通，使系統(tǒng)、設(shè)備單位認可總體單位給出的可靠性指標；訂購方組織專家對可靠性分配、預(yù)計方法和結(jié)果進行評審。

（3）技術(shù)設(shè)計階段，系統(tǒng)、設(shè)備單位制定可靠性試驗方案和評價方法?？煽啃则炞C試驗包括可靠性鑒定試驗和可靠性驗收試驗。訂購方組織專家對上述試驗方案和評價方法進行評審。

（4）施工設(shè)計、建造階段和交船階段，依據(jù)試驗方案和評價方法開展可靠性試驗與評價。訂購方組織專家對試驗過程和評價結(jié)果進行評審。

4艦船裝備可靠性驗證試驗的問題

在工程實踐中，艦船裝備可靠性驗證試驗中主要存在以下問題：

（1）裝備可靠性分配、預(yù)計中通常假設(shè)裝備可靠度函數(shù)都服從指數(shù)分布，可能與實際情況存在一定偏差。

由于可靠度函數(shù)服從指數(shù)分布時，裝備故障率為常數(shù)，符合大部分裝備的故障發(fā)生規(guī)律，而且在理論上有與MTBF互為倒數(shù)關(guān)系的結(jié)論，大大方便了工程計算，因此工程上通常假設(shè)裝備可靠度函數(shù)都服從指數(shù)分布。然而，理論上只有電子產(chǎn)品是較好地服從指數(shù)分布，裝備中的機械類、機電類產(chǎn)品可能不完全服從指數(shù)分布，而一律假設(shè)為指數(shù)分布就會導(dǎo)致計算結(jié)果出現(xiàn)偏差。

（2）基本可靠性分配、預(yù)計采用全串聯(lián)模型，導(dǎo)致考慮的裝備越多，艦船總體可靠性越低，對各級裝備可靠性要求越高。

基本可靠性分配、預(yù)計是針對艦船總體可靠性指標Ai開展的，通過分配、預(yù)計確定各級裝備的Ai、MTBF和MTTR。工程上在分配、預(yù)計中較多采用可靠性框圖法，該方法對于基本可靠性分配、預(yù)計采用全串聯(lián)模型，導(dǎo)致考慮的裝備越多，艦船總體可靠性越低，而在艦船總體頂層要求的約束下，必然導(dǎo)致對各級裝備可靠性要求越高。因此，工程實際中只能盡量減少對不重要裝備的考慮，從而減少分配、預(yù)計的壓力。

（3）任務(wù)可靠性分配、預(yù)計時，設(shè)備在任務(wù)中的具體運行時間不明確，導(dǎo)致可靠性計算不準確。

艦船裝備在立項論證階段，訂購方就會給出其總體任務(wù)可靠性框圖，給出各主要任務(wù)的大致估算時間。但對于任務(wù)可靠性分配、預(yù)計來說，上述估算時間難以滿足需求。例如，某型補給船的總體任務(wù)可靠性框圖中，只給出了該船在典型任務(wù)剖面中的補給次數(shù)，沒有給出補給時間。因此，訂購方應(yīng)向承制方提供歷史數(shù)據(jù)，給出經(jīng)驗指導(dǎo)，共同確定每次的補給時間。此外，對于具體的補給設(shè)備，如船上的垂直補給設(shè)備，其在整個補給過程中有多次時間運行、多長時間不工作也十分重要，這也需要訂購方協(xié)助承制方來確定。在缺乏相關(guān)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗時，承制方傾向于按照最大工作時間來計算可靠性要求，例如認為補給船的直補給設(shè)備在整個補給過程中一直工作，這樣可能會大大提高對系統(tǒng)、設(shè)備的可靠性要求。

（4）設(shè)備廠家在依據(jù)合同可靠性指標制定可靠性試驗方案時，會遇到指標轉(zhuǎn)換、試驗時間較長、實際環(huán)境難以模擬等問題。

依據(jù)GJB899A-2009《可靠性鑒定和驗收試驗》中給出的可選試驗方案，設(shè)備需要進行的試驗時間通常較長。例如，即使是在高風(fēng)險定時試驗統(tǒng)計方案中，選擇最高決策風(fēng)險，使用方風(fēng)險和生產(chǎn)方風(fēng)險均為30%、鑒別比為3.0的情況下，試驗時間依然為MTBF檢驗下限的1.1倍：而當(dāng)使用方風(fēng)險和生產(chǎn)方風(fēng)險均為10%、鑒別比為1.5時，試驗時間為MTBF檢驗下限的45倍。為了縮短時間，設(shè)備廠家傾向于選擇高風(fēng)險，高鑒別比方案，但這樣會增加訂購方接收不合格產(chǎn)品的風(fēng)險。

5艦船裝備可靠性驗證試驗問題的對策針對上一節(jié)中的可靠性驗證試驗主要問題，提出以下解決對策：

（1）通過收集設(shè)備及其部件的可靠性數(shù)據(jù)，采用統(tǒng)計學(xué)方法可以準備確定設(shè)備的壽命分布。這項工作需要涉及設(shè)備、部件種類繁多，需要頂層規(guī)劃以協(xié)調(diào)大量人力、物力、財力、時間，還需要建立分布式數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。雖然十分困難，但這是一項極其重要的基礎(chǔ)性工作。在具體工程計算方面，由于除指數(shù)分布外，其他的壽命分布計算相對復(fù)雜，因此工程上需要開發(fā)艦船裝備可靠性建模、分配與預(yù)計軟件，支持各種類型壽命分布的相關(guān)計算。

（2）相比于不考慮任務(wù)剖面、任務(wù)時間、始終全串聯(lián)的基本可靠性模型，依據(jù)任務(wù)剖面、任務(wù)時間建立的任務(wù)可靠性模型更有價值。在艦船裝備建模、分配和預(yù)計中，應(yīng)更多關(guān)注任務(wù)可靠性。而分配和預(yù)計工作相比，預(yù)計更加重要。分配通常采用評分分配法，由于評分帶有主觀性，加之方法固有的一些問題，導(dǎo)致結(jié)果有偏差，只作為沒有數(shù)據(jù)時的一種參考。最終船總體可靠性是否滿足訂購方要求，還要看可靠性預(yù)計，預(yù)計中用到的設(shè)備可靠性數(shù)據(jù)是得到設(shè)備廠家認可的?？煽啃灶A(yù)計涉及到艦船的各個任務(wù)階段，通常航渡時間較長、設(shè)備可修，而任務(wù)階段較短、設(shè)備不可修，根據(jù)工程經(jīng)驗，重要的是任務(wù)階段的可靠性預(yù)計。因此，艦船可靠性建模、分配與預(yù)計的諸多工作中，重點工作是艦船任務(wù)階段的任務(wù)可靠性建模和預(yù)計。

（3）任務(wù)可靠性分配、預(yù)計時，需要訂購方提供設(shè)備實際使用的數(shù)據(jù)，如設(shè)備在各種典型任務(wù)中的開機頻率、每次連續(xù)開機時間、任務(wù)量等，便于承制方準確估算設(shè)備工作時間。在提出可靠性指標過程中，對于重要設(shè)備，可嘗試采用面向任務(wù)的方法，使得指標為滿足各種任務(wù)的運行時間或者任務(wù)量。這樣方法相對建模、分配與預(yù)計更加直接，在現(xiàn)有方法還不完美的情況下，在工程上可能更為準確，依據(jù)這樣的指標更容易制定可靠性試驗方案。例如，訂購方提供歷史數(shù)據(jù)和現(xiàn)在的任務(wù)需求，承制方估算出某船起吊設(shè)備在典型任務(wù)中需吊起的總重量，即作為其可靠性指標，并據(jù)此制定試驗方案。

（4）在確定可靠性試驗方案時，對于重要設(shè)備要求可靠性較高，可要求生產(chǎn)方降低使用方風(fēng)險，采用標準型試驗方案。降低風(fēng)險會導(dǎo)致試驗時間增加，應(yīng)考慮增加經(jīng)費和時間。若試驗方案的鑒別比較高，如鑒別比為3.0，意味著生產(chǎn)方最高可接受值為3倍的MTBF檢驗下限，這個在技術(shù)上能否實現(xiàn)需要論證研究。對于重要設(shè)備可靠性試驗中難以模擬出的實際環(huán)境條件，在工程上可采用一些變通方法。例如某補給船的液貨補給裝置，其整體無法進行振動、搖擺，可對重要部件開展。

6結(jié)論

梳理、提出了艦船裝備可靠性驗證試驗的總體流程。從全流程的角度，依據(jù)工程經(jīng)驗明確了艦船裝備各階段相關(guān)工作中存在的可靠性試驗問題，提出了上述問題的解決對策。這些對策難以一蹴而就，需要在工程上加強頂層設(shè)計、管理，充分利用信息化技術(shù)，打破行業(yè)、專業(yè)壁壘，不斷探索有效的方法。