生產(chǎn)定型可靠性鑒定試驗(yàn)檢驗(yàn)下限研究

摘要： ? ? ?對(duì)應(yīng)于設(shè)計(jì)定型可靠性鑒定試驗(yàn)中的檢驗(yàn)下限取最低可接受值， 生產(chǎn)定型可靠性鑒定試驗(yàn)的檢驗(yàn)下限是否取規(guī)定值。 針對(duì)這一疑問， 首先闡述了產(chǎn)品生產(chǎn)定型的時(shí)機(jī)是在設(shè)計(jì)定型試生產(chǎn)后批量生產(chǎn)前。 結(jié)合產(chǎn)品可靠性在壽命期內(nèi)不斷增長(zhǎng)這一理論， 說明了產(chǎn)品可靠性在生產(chǎn)定型時(shí)尚達(dá)不到規(guī)定值。 對(duì)不同可靠性水平的產(chǎn)品通過可靠性鑒定試驗(yàn)的概率分析， 指出檢驗(yàn)下限取規(guī)定值時(shí)好產(chǎn)品通過可靠性鑒定試驗(yàn)的概率很低。 分析認(rèn)為， 生產(chǎn)定型可靠性鑒定試驗(yàn)的檢驗(yàn)下限應(yīng)取最低可接受值。

關(guān)鍵詞： ? ? 生產(chǎn)定型; 可靠性鑒定試驗(yàn); 檢驗(yàn)下限; 目標(biāo)值; 規(guī)定值; 最低可接受值

中圖分類號(hào)： ? ?TJ760.6+23文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： ? ?A文章編號(hào)： ? ? 1673-5048（2019）02-0081-05

0引言

GJB1362A《軍工產(chǎn)品定型程序和要求》中明確， 生產(chǎn)定型是“國(guó)家軍工產(chǎn)品定型機(jī)構(gòu)對(duì)軍工產(chǎn)品批量生產(chǎn)的質(zhì)量穩(wěn)定性和成套、 批量生產(chǎn)條件進(jìn)行全面考核， 確認(rèn)其達(dá)到批量生產(chǎn)要求的活動(dòng)”， 與之對(duì)應(yīng)， 設(shè)計(jì)定型是“國(guó)家軍工產(chǎn)品定型機(jī)構(gòu)對(duì)軍工產(chǎn)品的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)和作戰(zhàn)使用性能進(jìn)行全面考核， 確認(rèn)其達(dá)到批準(zhǔn)的研制總要求和規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的活動(dòng)”[1]。 由此看出， 設(shè)計(jì)定型主要是考核指標(biāo)的達(dá)成情況， 而生產(chǎn)定型主要是檢驗(yàn)生產(chǎn)條件是否滿足批量生產(chǎn)要求。 類似描述在國(guó)務(wù)院中央軍委頒發(fā)的《軍工產(chǎn)品定型工作規(guī)定》等資料中也有體現(xiàn)。[2]

設(shè)計(jì)定型可靠性鑒定試驗(yàn)中檢驗(yàn)下限取最低可接受值， 這在GJB899A《可靠性鑒定和驗(yàn)收試驗(yàn)》中有明確規(guī)定[3]， 且為型號(hào)廣泛采用。 而業(yè)內(nèi)對(duì)生產(chǎn)定型可靠性鑒定試驗(yàn)中檢驗(yàn)下限的選取意見不一致。 本文在介紹生產(chǎn)定型試驗(yàn)、 可靠性指標(biāo)階段性的基礎(chǔ)上， 對(duì)生產(chǎn)定型可靠性鑒定試驗(yàn)中檢驗(yàn)下限的選取進(jìn)行分析。

1生產(chǎn)定型試驗(yàn)

生產(chǎn)定型主要檢驗(yàn)生產(chǎn)工藝是否滿足穩(wěn)定批量生產(chǎn)的要求， 通過生產(chǎn)定型確認(rèn)已設(shè)計(jì)定型的產(chǎn)品是否具備批量生產(chǎn)條件， 產(chǎn)品在研制轉(zhuǎn)入生產(chǎn)的過程中是否能夠保持設(shè)計(jì)定型階段的質(zhì)量， 避免由于工藝和生產(chǎn)條件不完善導(dǎo)致批量生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量下降。

《軍工產(chǎn)品定型工作規(guī)定》第二十八條規(guī)定， “需要進(jìn)行生產(chǎn)定型的軍工產(chǎn)品， 應(yīng)當(dāng)在小批量試生產(chǎn)后組織部隊(duì)試用， 必要時(shí)進(jìn)行生產(chǎn)定型試驗(yàn)” [2]。 GJB1362A第6.1節(jié)規(guī)定， “需要生產(chǎn)定型的軍工產(chǎn)品， 在完成設(shè)計(jì)定型并經(jīng)小批量試生產(chǎn)后、 正式批量生產(chǎn)前， 應(yīng)進(jìn)行生產(chǎn)定型”[1]。 因此需進(jìn)行生產(chǎn)定型的產(chǎn)品應(yīng)在小批試生產(chǎn)后、 批量生產(chǎn)前再進(jìn)行生產(chǎn)定型。

不一定進(jìn)行生產(chǎn)定型試驗(yàn)， 這在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和專業(yè)書籍中有明確說明。 如GJB1362A第6.8節(jié)規(guī)定， “對(duì)于批量生產(chǎn)工藝與設(shè)計(jì)定型試驗(yàn)樣品工藝有較大變化， 并可能影響產(chǎn)品主要戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)的， 應(yīng)進(jìn)行生產(chǎn)定型試驗(yàn); 對(duì)于產(chǎn)品在部隊(duì)試用中暴露出影響使用的技術(shù)、 質(zhì)量問題的， 經(jīng)改進(jìn)后應(yīng)進(jìn)行生產(chǎn)定型試驗(yàn)”[1]。

生產(chǎn)定型試驗(yàn)一般依據(jù)考核工藝穩(wěn)定性這一目的， 從設(shè)計(jì)定型試驗(yàn)中剪裁掉主要受設(shè)計(jì)質(zhì)量影響的試驗(yàn)項(xiàng)目。 如經(jīng)分析某型空空導(dǎo)彈的生產(chǎn)定型試驗(yàn)包括功能試驗(yàn)、 性能試驗(yàn)、 環(huán)境試驗(yàn)、 可靠性試驗(yàn)等， 其中前三項(xiàng)試驗(yàn)可結(jié)合生產(chǎn)中的軍檢驗(yàn)收試驗(yàn)和環(huán)境例行試驗(yàn)進(jìn)行， 而可靠性試驗(yàn)需單獨(dú)進(jìn)行。

2可靠性指標(biāo)的階段性

與射程、 制導(dǎo)精度等專用質(zhì)量特性不同的是， 裝備的可靠性在其壽命期內(nèi)會(huì)不斷增長(zhǎng)。 在產(chǎn)品研制、 生產(chǎn)與使用過程中， 通過分析產(chǎn)品故障和問題， 采取改進(jìn)措施完善設(shè)計(jì)、 工藝、 制造及使用維修， 從而使產(chǎn)品可靠性不斷提高[4]， 因此產(chǎn)品可靠性在不同階段并不一樣， 圖1為可靠性定量要求的階段性[5]。 如美國(guó)空軍某彈道導(dǎo)彈對(duì)成功率這一可靠性指標(biāo)的要求是： 形成初步作戰(zhàn)能力時(shí)的門限值為0.6， 形成初步作戰(zhàn)能力1年后的門限值為0.75， 形成初步作戰(zhàn)能力4年后的門限值為0.86， 目標(biāo)值為0.9[6]。 以上提到的門限值、 目標(biāo)值是使用可靠性指標(biāo)， 與之對(duì)應(yīng)合同的可靠性指標(biāo)是最低可接受值、 規(guī)定值。

目標(biāo)值是期望戰(zhàn)備達(dá)到的使用指標(biāo)， 其既能滿足裝備使用需求， 又可使裝備達(dá)到最佳效費(fèi)比， 是確定規(guī)定值的依據(jù)[7-8]。 目標(biāo)值是期望裝備在成熟期可達(dá)到的值， 而不是考核指標(biāo)， 按美國(guó)對(duì)裝備采購(gòu)激勵(lì)的經(jīng)驗(yàn)， 裝備在成熟期達(dá)到目標(biāo)值/規(guī)定值時(shí)可獲得獎(jiǎng)金[9]。 裝備從設(shè)計(jì)定型到成熟期需一定的時(shí)間， 這段時(shí)間因不同裝備而長(zhǎng)短不一。 如文獻(xiàn)[10]指出， 過高的指標(biāo)看來是不現(xiàn)實(shí)的， 從最低可接受值提高到規(guī)定值， 看來要有十年或更多的時(shí)間， 試驗(yàn)并積累經(jīng)驗(yàn)予以改進(jìn)才行。 從國(guó)內(nèi)軍隊(duì)裝備壽命階段看， 裝備在設(shè)計(jì)定型后開始小批量裝備部隊(duì)進(jìn)行試用， 針對(duì)部隊(duì)使用情況等進(jìn)行改進(jìn)， 使產(chǎn)品可靠性不斷提高， 必要時(shí)生產(chǎn)定型， 之后大批量列裝。 成熟期是指裝備投入部署使用一定時(shí)間后， 裝備設(shè)計(jì)、 工藝缺陷得以充分暴露與改進(jìn)， 裝備質(zhì)量已穩(wěn)定， 保障系統(tǒng)基本完善。 所以裝備的目標(biāo)值需到成熟期后進(jìn)行統(tǒng)計(jì)評(píng)估， 而不是通過試驗(yàn)來考核。[5]

航空兵器2019年第26卷第2期李根成： 生產(chǎn)定型可靠性鑒定試驗(yàn)檢驗(yàn)下限研究門限值是裝備滿足作戰(zhàn)使用任務(wù)所必須達(dá)到的最低使用指標(biāo)， 其能滿足裝備使用需求， 是確定最低可接受值的依據(jù)， 也是現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證的依據(jù)。 首先該值能滿足裝備的作戰(zhàn)使用; 另外， 裝備若達(dá)不到這一要求， 將影響使用或很難進(jìn)行技術(shù)保障。[7， 11]

規(guī)定值是合同和研制任務(wù)書中規(guī)定的期望裝備達(dá)到的合同指標(biāo)， 是生產(chǎn)方進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)的依據(jù)。 如經(jīng)常以裝備可靠性預(yù)計(jì)值是否不小于規(guī)定值作為評(píng)價(jià)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案是否合理的重要依據(jù)， 可靠性預(yù)計(jì)值是根據(jù)產(chǎn)品組成， 用應(yīng)力分析法、 相似產(chǎn)品法等得出的理論值， 產(chǎn)品固有可靠性一般會(huì)小于預(yù)計(jì)值[6]。 GJB899A第4.7節(jié)明確“在進(jìn)行可靠性鑒定試驗(yàn)之前， 承制方應(yīng)提供符合產(chǎn)品當(dāng)前技術(shù)狀態(tài)的可靠性預(yù)計(jì)報(bào)告。 通常只有在可靠性預(yù)計(jì)值不小于檢驗(yàn)上限時(shí)， 產(chǎn)品才具有進(jìn)行可靠性鑒定試驗(yàn)的條件”[3]， 之所以這樣要求是因?yàn)槭茉嚠a(chǎn)品可靠性接近檢驗(yàn)上限時(shí)才能高概率通過試驗(yàn)（并不是100%）[12]， 而產(chǎn)品實(shí)際的可靠性一般小于可靠性預(yù)計(jì)值， 若預(yù)計(jì)值小于檢驗(yàn)上限， 則產(chǎn)品實(shí)際的可靠性水平會(huì)更低， 產(chǎn)品通過鑒定試驗(yàn)的概率會(huì)很小。 這也可從標(biāo)準(zhǔn)中得到印證， GJB899A的A.3.3.4節(jié)明確“必須慎重選擇鑒別比， 以防止鑒別比過大而導(dǎo)致檢驗(yàn)上限過大， 使設(shè)計(jì)難以實(shí)現(xiàn)”[3]， 因?yàn)殍b定試驗(yàn)中檢驗(yàn)上限為最低可接受值與鑒別比的積。

最低可接受值是合同和研制任務(wù)書中規(guī)定的裝備必須達(dá)到的合同指標(biāo)， 是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室鑒定試驗(yàn)的依據(jù)。 GJB899A第3.3節(jié)規(guī)定， “產(chǎn)品的MTBF檢驗(yàn)下限取值等于產(chǎn)品MTBF的最低可接受值”[3]。

3可靠性鑒定試驗(yàn)中的接收概率[3， 11]

可靠性鑒定試驗(yàn)是抽樣試驗(yàn)， 因此會(huì)犯兩類錯(cuò)誤： （1）將合格產(chǎn)品誤判為不合格產(chǎn)品而加以拒收， 致使生產(chǎn)方受損失， 犯這類錯(cuò)誤的概率為生產(chǎn)方風(fēng)險(xiǎn)， 一般用α表示; （2）將不合格產(chǎn)品誤判為合格產(chǎn)品而予以接收， 致使使用方受損失， 犯這類錯(cuò)誤的概率為使用方風(fēng)險(xiǎn)， 一般用β表示。 產(chǎn)品的可靠性鑒定試驗(yàn)經(jīng)常選用定時(shí)方案， 故本文以定時(shí)方案為例計(jì)算不同可靠性水平的產(chǎn)品在可靠性鑒定試驗(yàn)中的接收概率。

GJB899A中A.5.2節(jié)給出了MTBF真值為θ的產(chǎn)品在定時(shí)試驗(yàn)中的接收概率[3]：

P（θ）=P（k≤r|θ）=∑rk=0（T/θ）kk！e-Tθ（1）

式中： r為接收時(shí)的判決故障數(shù); T為接收時(shí)的判決總試驗(yàn)時(shí)間。 抽樣特性的OC曲線應(yīng)滿足：

P（θ0）=1-α

P（θ1）=β（2）

由圖2可見， 當(dāng)以最低可接受值作為檢驗(yàn)下限θ1時(shí)， 若產(chǎn)品MTBF真值θ為最低可接受值， 則通過試驗(yàn)的概率只有20%， 按照式（1）的計(jì)算值為21.025%， 所以GJB899A的表A.6中取三位有效數(shù)字時(shí)的使用方實(shí)際風(fēng)險(xiǎn)是21.0%。 雖然產(chǎn)品可靠性水平達(dá)到了最低可接受值， 通過可靠性鑒定試驗(yàn)的概率卻很低。

設(shè)計(jì)定型后試生產(chǎn)的產(chǎn)品可靠性有一定提高， 若產(chǎn)品MTBF真值θ=1.2θ1， 由圖2知接收概率約40%， 按式（1）的計(jì)算值為36.904%。 雖然可靠性已高出最低可接受值20%， 產(chǎn)品通過試驗(yàn)的概率尚不足40%。

當(dāng)產(chǎn)品可靠性達(dá)到檢驗(yàn)上限θ0時(shí)， 圖2中接收概率約80%， 按式（1）的計(jì)算值為80.056%。 即產(chǎn)品可靠性是最低可接受值的2倍時(shí)， 通過試驗(yàn)的概率為80.056%。

某型導(dǎo)彈掛飛MTBF的規(guī)定值為120 h， 最低可接受值為60 h。 設(shè)計(jì)定型時(shí)該型導(dǎo)彈無故障通過了GJB899A中定時(shí)方案20-2（β=20%， r=1， T=2.99θ1）的可靠性鑒定試驗(yàn)。 以下用式（1）分析不同可靠性水平的產(chǎn)品通過試驗(yàn)的概率。

當(dāng)可靠性僅達(dá)到60 h時(shí)， 產(chǎn)品通過定時(shí)方案20-2可靠性鑒定試驗(yàn)的概率是20.065%; 當(dāng)可靠性為90 h即1.5倍的最低可接受值時(shí)， 通過概率為40.781%; 當(dāng)可靠性達(dá)到規(guī)定值120 h時(shí)， 應(yīng)該說產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造已近理想， 應(yīng)高概率通過試驗(yàn)， 但實(shí)際上通過概率僅為55.950%。 原因在于定時(shí)方案20-2是基于滿足使用方風(fēng)險(xiǎn)20%的情況下考慮試驗(yàn)時(shí)間盡量短而確定的， 沒有考慮該方案對(duì)應(yīng)的鑒別比大（GJB899A中的圖A.23給出， α=20%時(shí)鑒別比為3.63）[3]， 致使檢驗(yàn)上限高， 設(shè)計(jì)無法實(shí)現(xiàn)[12-13]。

該型產(chǎn)品零故障通過了可靠性鑒定試驗(yàn)， 所以其可靠性應(yīng)遠(yuǎn)大于最低可接受值。 產(chǎn)品可靠性可用定時(shí)截尾評(píng)估公式計(jì)算：

θL ?= 2Tχ2γ （2r+2）（3）

式中： θL為置信下限; χ2γ（2r+2）為自由度為2r+2的χ2分布下側(cè)分位數(shù)。

由式（3）可得， 置信度為70%時(shí)， 產(chǎn)品MTBF置信下限是198.67 h; 置信度為80%和90%時(shí)的MTBF置信下限分別為148.62 h和103.88 h。

4生產(chǎn)定型可靠性鑒定試驗(yàn)中的檢驗(yàn)下限

生產(chǎn)定型是在試生產(chǎn)后批量生產(chǎn)前進(jìn)行的， 此時(shí)產(chǎn)品可靠性會(huì)隨著工藝的完善或?qū)Σ筷?duì)試用中暴露出問題的改進(jìn)有適當(dāng)提高， 但遠(yuǎn)未達(dá)到成熟期目標(biāo)值或規(guī)定值的水平， 若將生產(chǎn)定型可靠性鑒定試驗(yàn)中的檢驗(yàn)下限取為成熟期目標(biāo)值或規(guī)定值， 即使是質(zhì)量好的產(chǎn)品（可靠性水平已接近或高出成熟期目標(biāo)值或規(guī)定值）， 通過鑒定試驗(yàn)的概率約為β， 即概率很小， 這顯然與“可靠性水平達(dá)到目標(biāo)值或規(guī)定值可獲得獎(jiǎng)金”背道而馳。 所以生產(chǎn)定型時(shí)若進(jìn)行可靠性鑒定試驗(yàn)， 其檢驗(yàn)下限應(yīng)取最低可接受值， 而不是目標(biāo)值或規(guī)定值。 這種觀點(diǎn)在一些標(biāo)準(zhǔn)中也有相應(yīng)描述， 如GJB4396《微光夜視儀定型試驗(yàn)規(guī)程》適用于設(shè)計(jì)定型和生產(chǎn)定型試驗(yàn)， 其“10.1.3試驗(yàn)方案”中規(guī)定可靠性試驗(yàn)“以戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)規(guī)定的平均無故障工作時(shí)間的最低要求為θ1”[14]。 GJB5414《炮射導(dǎo)彈武器系統(tǒng)定型試驗(yàn)規(guī)程》也適用于設(shè)計(jì)定型和生產(chǎn)定型試驗(yàn)， 其“17.18.3試驗(yàn)方案”中也有完全相同的描述[15]。

之所以有人認(rèn)為生產(chǎn)定型可靠性鑒定試驗(yàn)的檢驗(yàn)下限應(yīng)取目標(biāo)值或規(guī)定值， 主要受以下錯(cuò)誤觀點(diǎn)的影響：

一是生產(chǎn)定型后產(chǎn)品的可靠性不再增長(zhǎng)。 這種觀點(diǎn)主要是基于生產(chǎn)定型后產(chǎn)品的工藝不能再改變， 產(chǎn)品的技術(shù)狀態(tài)也已固化， 所以可靠性不再提高。 實(shí)際上產(chǎn)品的可靠性在其壽命期內(nèi)是不斷增長(zhǎng)的， 生產(chǎn)定型后產(chǎn)品批量交付并部署使用， 隨著對(duì)使用中暴露出問題的持續(xù)改進(jìn)、 制造工藝的不斷完善和成熟等， 產(chǎn)品的可靠性還會(huì)不斷增長(zhǎng)。 這在2016年中央軍委新出臺(tái)的裝備試驗(yàn)鑒定工作要求中有所體現(xiàn)， 即通過性能試驗(yàn)對(duì)裝備狀態(tài)進(jìn)行鑒定， 狀態(tài)鑒定后進(jìn)行小批試生產(chǎn)， 將試生產(chǎn)產(chǎn)品交付試用部隊(duì)使用， 之后進(jìn)行列裝定型， 再批量生產(chǎn)， 進(jìn)入“在役考核——改進(jìn)升級(jí)”環(huán)路， 裝備可靠性是在不斷的使用中得到增長(zhǎng)的。

另一個(gè)錯(cuò)誤的觀點(diǎn)是產(chǎn)品可靠性達(dá)到最低可接受值就能順利通過可靠性鑒定試驗(yàn)， 這種錯(cuò)誤是對(duì)依據(jù)最低可接受值進(jìn)行設(shè)計(jì)定型實(shí)驗(yàn)室鑒定、 設(shè)計(jì)定型時(shí)產(chǎn)品可靠性應(yīng)至少達(dá)到最低可接受值等正確觀點(diǎn)的曲解。 GJB899A規(guī)定可靠性鑒定和驗(yàn)收試驗(yàn)的檢驗(yàn)下限取最低可接受值， 但可靠性真值為檢驗(yàn)下限時(shí)產(chǎn)品被接收的概率僅為β。 只有可靠性真值遠(yuǎn)高于檢驗(yàn)下限， 在檢驗(yàn)上限附近時(shí)產(chǎn)品才能順利通過試驗(yàn)[12-13]。

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