軍工產(chǎn)品設(shè)計(jì)定型“六性”評估工作分析

余瓊，任志乾，孫映竹

（湖南蘇試廣博檢測技術(shù)有限公司，湖南 長沙 410000）

0 引言

隨著科技的不斷進(jìn)步和部隊(duì)需求的持續(xù)提高，可靠性、維修性、保障性、測試性、安全性與環(huán)境適應(yīng)性（簡稱“六性”）近年來得到了部隊(duì)的高度關(guān)注，對“六性”指標(biāo)的正確評估已逐漸地成為現(xiàn)代軍工產(chǎn)品設(shè)計(jì)定型的依據(jù)之一。

“六性”是裝置重要的固有質(zhì)量特性，直接影響裝備的戰(zhàn)備完好性、任務(wù)成功性、生存性、持續(xù)性和壽命周期費(fèi)用，決定了部隊(duì)的戰(zhàn)斗力[1]。目前“六性”的研究主要圍繞“六性”策劃、管理、監(jiān)督和審核，關(guān)于如何系統(tǒng)地開展軍工產(chǎn)品設(shè)計(jì)定型“六性”評估工作，暫未發(fā)現(xiàn)有詳細(xì)的描述。

本文就“六性”評估問題展開分析，簡要地介紹“六性”的來源、相關(guān)概念、評估現(xiàn)狀及必要性，并根據(jù)實(shí)際的工作經(jīng)驗(yàn)與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定來分析“六性”評估工作的基本框架和定量評估計(jì)算方法，為軍工產(chǎn)品設(shè)計(jì)定型“六性”評估提供指導(dǎo)。

1 “六性”的來源及相關(guān)概念

1.1 “六性”的來源

根據(jù)GJB 9001B—2009《質(zhì)量管理體系要求》，“適用時，組織應(yīng)建立、實(shí)施和保持產(chǎn)品的可靠性、維修性、保障性、測試性、安全性和環(huán)境適應(yīng)性等工作過程[2]”，有“六性”一說。根據(jù)2011年頒布實(shí)施的《武器裝備質(zhì)量管理?xiàng)l例》第十一條，有“五性”一說，含可靠性、維修性、保障性、測試性和安全性，GJB/Z 170—2013《軍工產(chǎn)品設(shè)計(jì)定型文件編制指南》對“五性”評估報(bào)告的內(nèi)容與框架進(jìn)行了規(guī)定。2014年頒布實(shí)施的《裝備通用質(zhì)量特性管理工作規(guī)定》明確地指出了“六性”的范疇，與GJB 9001B—2009是一致的。因而，這里軍工產(chǎn)品“六性”是指可靠性、維修性、保障性、測試性、安全性和環(huán)境適應(yīng)性。

1.2 相關(guān)概念

a）“六性”的定義

GJB 1405A—2006《裝備質(zhì)量管理術(shù)語》、GJB 2547A—2012《裝備測試性工作通用要求》和GJB 4239—2001《裝備環(huán)境工程通用要求》分別對“六性”進(jìn)行了定義，具體的內(nèi)容如表1所示。

表1 “六性”的定義

b）設(shè)計(jì)定型

設(shè)計(jì)定型是指國家軍工產(chǎn)品定型機(jī)構(gòu)按照規(guī)定的權(quán)限和程序，對完成設(shè)計(jì)的軍工產(chǎn)品的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)和作戰(zhàn)使用性能進(jìn)行全面的考核，以確認(rèn)其達(dá)到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)和要求的活動[3]。

c）“六性”的要求

“六性”的要求包括定量要求和定性要求，定量要求表現(xiàn)為一系列量化的指標(biāo)（如任務(wù)可靠度），定性要求為對產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝等方面提出的非量化要求（如冗余設(shè)計(jì)）?！傲浴钡囊笈e例如表2所示。

表2 “六性”的要求舉例

d）“六性”的評估

軍工產(chǎn)品設(shè)計(jì)定型“六性”評估即以產(chǎn)品的“六性”要求為依據(jù)，針對不同的研制階段來確定相應(yīng)的評估細(xì)則，選取合適的方法對“六性”的定量要求和定性要求進(jìn)行評估。

2 “六性”評估現(xiàn)狀及必要性

2.1 “六性”評估現(xiàn)狀

由于“六性”的概念出現(xiàn)得較晚，國內(nèi)關(guān)于“六性”評估的研究相對較少。

從發(fā)表的數(shù)量來看，隨著國家對于產(chǎn)品“六性”設(shè)計(jì)及評估的重視程度加深，近年間有關(guān)“六性”的文獻(xiàn)逐年增多。從發(fā)表年份來看，受國家政策與相關(guān)法規(guī)的影響，所有的論文均發(fā)表在2010年以后，2014年《裝備通用質(zhì)量特性管理工作規(guī)定》頒布實(shí)施后相關(guān)研究也越來越受到關(guān)注。從發(fā)表單位來看，將近90%的論文來自軍工企業(yè)，主要單位為軍代所、各個相關(guān)研究所及類似于中國電子科技集團(tuán)的國有企業(yè)，極少量來源于民營企業(yè)。因此目前“六性”分析的主要對象仍為軍工產(chǎn)品[1,6-23]。

從論文主題來看，大部分論文圍繞著“六性”管理、監(jiān)督、審核或策劃展開敘述，有少量涉及“六性”評估的內(nèi)容，但缺乏詳盡、系統(tǒng)的描述。針對于某一特定產(chǎn)品“六性”評估的相關(guān)研究也有一些，但軍工產(chǎn)品通用且相對完善的“六性”評估工作分析幾乎沒有，本論文就此進(jìn)行介紹。

2.2 “六性”評估的必要性

軍工產(chǎn)品“六性”是保障裝備戰(zhàn)技術(shù)性能有效發(fā)揮的通用質(zhì)量特性，與軍工產(chǎn)品性能指標(biāo)同等重要。開展軍工產(chǎn)品設(shè)計(jì)定型“六性”評估工作已成為新型裝備設(shè)計(jì)定型必不可少的內(nèi)容之一。

多項(xiàng)國家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定對開展軍工產(chǎn)品設(shè)計(jì)定型“六性”評估工作提出了明確的要求。目前“六性”相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)已達(dá)50多項(xiàng)，劉強(qiáng)等[6]對部分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了歸納整理，“六性”有關(guān)規(guī)定包括上述《質(zhì)量管理體系要求》和《裝備通用質(zhì)量特性管理工作規(guī)定》等。

研制總要求、設(shè)計(jì)任務(wù)書和合同要求等對軍工產(chǎn)品“六性”指標(biāo)要求進(jìn)行了明確的規(guī)定。依據(jù)實(shí)際開展的工作，目前已承擔(dān)軍工產(chǎn)品、綜合平臺管理系統(tǒng)等多種裝備的“六性”評估工作，可見軍工產(chǎn)品“六性”評估已逐漸地成為裝備能否順利驗(yàn)收的依據(jù)。

開展“六性”評估能夠有效地評判產(chǎn)品的“六性”水平，定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)的薄弱環(huán)節(jié)，為軍工產(chǎn)品設(shè)計(jì)定型提供基礎(chǔ)。通過采取措施來排除隱患，能夠有效地改進(jìn)系統(tǒng)、提高軍工產(chǎn)品的“六性”設(shè)計(jì)水平。

總而言之，開展軍工產(chǎn)品設(shè)計(jì)定型“六性”評估既是研制總要求和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，也是由于軍工產(chǎn)品技術(shù)需求所決定的。

3 “六性”評估工作的基本框架

“六性”評估工作貫穿于軍工產(chǎn)品設(shè)計(jì)定型的每個階段中，與設(shè)計(jì)定型同步進(jìn)行。根據(jù)實(shí)際的工作經(jīng)驗(yàn)與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，擬定軍工產(chǎn)品設(shè)計(jì)定型“六性”評估工作的基本框架如圖1所示。

圖1 軍工產(chǎn)品設(shè)計(jì)定型“六性”評估工作的基本框架

具體的工作內(nèi)容包括以下4個方面。

3.1 確定軍工產(chǎn)品及其組成設(shè)備的“六性”要求

軍工產(chǎn)品“六性”要求通過對下述內(nèi)容進(jìn)行反復(fù)論證來確定：

1）部隊(duì)的要求（研制總要求、設(shè)計(jì)任務(wù)書和合同要求）；

2）標(biāo)準(zhǔn)的要求（即各類國軍標(biāo)、行軍標(biāo)）；

3）產(chǎn)品用途（裝備系統(tǒng)要求）；

4）其他法律法規(guī)要求。

各個組成設(shè)備的可靠性定量要求根據(jù)系統(tǒng)可靠性指標(biāo)通過可靠性分配與預(yù)計(jì)得到，具體的步驟如下所 述 ：

1）開展調(diào)研，了解系統(tǒng)的使命任務(wù)和設(shè)備組成；

2）根據(jù)系統(tǒng)的使命任務(wù)，繪制系統(tǒng)任務(wù)剖面；

3）梳理完成相應(yīng)任務(wù)所需的設(shè)備， 厘清設(shè)備之間的邏輯關(guān)系，繪制不同任務(wù)階段的系統(tǒng)任務(wù)可靠性框圖；

4）開展可靠性分配與預(yù)計(jì)，確定組成設(shè)備的可靠性定量要求。

可靠性分配與預(yù)計(jì)是一個動態(tài)的過程，需要通過多輪的分配與預(yù)計(jì)過程以確保所組成設(shè)備的指標(biāo)分配更加合理。

各個組成設(shè)備的“六性”定性要求根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和功能特性來設(shè)計(jì)。

3.2 確定軍工產(chǎn)品“六性”評估方法與數(shù)據(jù)收集細(xì)則

a）確定軍工產(chǎn)品“六性”定量評估方法

軍工產(chǎn)品“六性”定量評估以定量數(shù)據(jù)為依托，通過數(shù)據(jù)評估的方式進(jìn)行考核。針對不同的“六性”定量指標(biāo)，選取合適的方法與計(jì)算公式進(jìn)行評估，如對于任務(wù)可靠性指標(biāo)，可考慮選取修正極大似然法和序貫壓縮綜合法（CMSR）。

b）確定軍工產(chǎn)品“六性”定性評估方法

軍工產(chǎn)品“六性”定性評估一般采用專家評分法，通過打分評價的方式進(jìn)行考核。根據(jù)“六性”定性要求，確定具體的打分條款及其權(quán)重，組建“六性”定性評估專家組進(jìn)行評價，如是否開展故障模式、影響及危害性分析（FMECA）。

c）設(shè)計(jì)軍工產(chǎn)品“六性”定量數(shù)據(jù)收集表格

軍工產(chǎn)品“六性”定量數(shù)據(jù)收集表格的設(shè)計(jì)需綜合地考慮實(shí)際情況與數(shù)據(jù)需求，必不可少的信息包括累計(jì)工作時間、故障發(fā)生時間、故障部位和維修時間等，可結(jié)合設(shè)備履歷表、依據(jù)簡單清晰的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，陶冠時等[7]關(guān)于艦船“六性”數(shù)據(jù)收集方法的研究提供了一個較好的模板。

d）設(shè)計(jì)軍工產(chǎn)品“六性”定性打分表

軍工產(chǎn)品“六性”定性打分表的設(shè)計(jì)需考慮的關(guān)鍵內(nèi)容包括打分條款、條款權(quán)重和結(jié)果綜合量化方法等等。

必要時，針對特定的質(zhì)量特性單獨(dú)地出具分析報(bào)告，如針對安全性的《軍工產(chǎn)品危害性分析報(bào)告》。

3.3 進(jìn)行軍工產(chǎn)品“六性”數(shù)據(jù)收集與確認(rèn)

a）明確數(shù)據(jù)收集范圍，進(jìn)行數(shù)據(jù)收集

軍工產(chǎn)品“六性”定量數(shù)據(jù)的收集范圍包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)定型期間的所有試驗(yàn)（聯(lián)調(diào)、系泊和航行等）與使用數(shù)據(jù)?！傲浴倍ㄐ詳?shù)據(jù)的收集范圍包括艦員、設(shè)計(jì)人員和“六性”專家等關(guān)于條款權(quán)重和定性評價的意見。具體的數(shù)據(jù)收集應(yīng)該由“六性”評估組配合研制單位進(jìn)行。

b）設(shè)計(jì)試驗(yàn)，通過試驗(yàn)獲取必要的信息

針對數(shù)據(jù)不充分的情況，可根據(jù)需求設(shè)計(jì)試驗(yàn)，如維修性試驗(yàn)、可靠性鑒定試驗(yàn)，通過試驗(yàn)來獲取有用的信息，主要的工作包括：試驗(yàn)大綱與細(xì)則的確定、進(jìn)行試驗(yàn)和試驗(yàn)結(jié)果評估等。

“六性”數(shù)據(jù)收集為產(chǎn)品“六性”評估提供有效的信息，數(shù)據(jù)的可靠與否直接決定了“六性”評估結(jié)論的準(zhǔn)確性，評估時需反復(fù)確認(rèn)以保證其真實(shí)性。

3.4 進(jìn)行軍工產(chǎn)品“六性”評估

整理、匯總所收集的數(shù)據(jù)，依據(jù)前面選取的“六性”評估方法，進(jìn)行軍工產(chǎn)品“六性”定量和定性評估，與產(chǎn)品及其組成設(shè)備的“六性”要求進(jìn)行對比，給出評估結(jié)論，并通過評審對最終結(jié)論加以確認(rèn)。

在整個軍工產(chǎn)品設(shè)計(jì)定型“六性”評估過程中，出具的材料至少包括：

1）軍工產(chǎn)品“六性”評估要求；

2）軍工產(chǎn)品“六性”評估方法；

3）軍工產(chǎn)品“六性”數(shù)據(jù)收集表格；

4）軍工產(chǎn)品“六性”評估大綱；

5）軍工產(chǎn)品“六性”評估報(bào)告。

必要時還應(yīng)包括：《軍工產(chǎn)品及其組成設(shè)備環(huán)境與可靠性試驗(yàn)方案》《軍工產(chǎn)品危險(xiǎn)性分析報(bào)告》等。

4 “六性”定量評估計(jì)算方法

“六性”定量指標(biāo)的計(jì)算主要依據(jù)各類標(biāo)準(zhǔn)和經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，對常見的定量指?biāo)的計(jì)算方法進(jìn)行歸納總結(jié)。

4.1 任務(wù)可靠度

統(tǒng)計(jì)設(shè)備的累計(jì)運(yùn)行時間T及嚴(yán)重故障次數(shù)r（影響任務(wù)完成的故障），設(shè)備的任務(wù)可靠度Rm計(jì)算方法包括以下3種。

a）依據(jù)GJB 899A—2009中的定時截尾計(jì)算公式（置信度 1γ? ）：

b）依據(jù)指數(shù)分布模型（點(diǎn)估計(jì)）：

根據(jù)任務(wù)可靠度評估需求，設(shè)備累計(jì)（或等效折合累計(jì)）運(yùn)行時間大于等于t，設(shè)備任務(wù)可靠度要求為 ，其中：

c）系統(tǒng)的任務(wù)可靠度根據(jù)建立的任務(wù)可靠性模型逐級地向上評估。在實(shí)際的分析中，對于系統(tǒng)存在0失效數(shù)據(jù)較多，且基于上述方法導(dǎo)致評估結(jié)果過于保守時，可采用CMSR方法。

4.2 MTBF

統(tǒng)計(jì)設(shè)備發(fā)生的所有故障次數(shù)（含嚴(yán)重故障和一般故障），設(shè)備 的點(diǎn)估計(jì)為：

對于在運(yùn)行過程中未發(fā)現(xiàn)故障的情況，按保守處理為1個故障進(jìn)行計(jì)算。

對于指數(shù)分布，系統(tǒng)的故障率為各個組成設(shè)備故障率之和，系統(tǒng)故障率的倒數(shù)即系統(tǒng)的 為：

式（5）中：n ——組成系統(tǒng)的設(shè)備個數(shù)。

4.3 MT T R

根據(jù)GJB 2072—1994，選定維修作業(yè)的樣本量為m，記每次維修作業(yè)的時間為X1，X2，……。MTTR評估時，維修時間Xi為故障診斷時間和維修時間的總和。

設(shè)備的MTTRi由公式（6）計(jì)算（點(diǎn)估計(jì)）：

系統(tǒng)MTTRs采用GJB/Z 145—2006中推薦的“全概率公式”，即：

h ——納入評估的設(shè)備數(shù)。

4.4 固有可用度

固有可用度Ai一般采用公式（8）進(jìn)行計(jì)算：

固有可用度Ai置信度為κ的置信下限為[24]：

5 結(jié)束語

“六性”是裝備研制生產(chǎn)中賦予裝備的質(zhì)量特性，裝備“六性”指標(biāo)是否滿足需求是關(guān)系到裝備能否形成和保持其戰(zhàn)力的重要因素。本文介紹了“六性”的來源與相關(guān)概念，分析了“六性”評估現(xiàn)狀與必要性，并依據(jù)實(shí)際的工作經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定給出了一個軍工產(chǎn)品設(shè)計(jì)定型“六性”評估工作基本框架，歸納總結(jié)了常見定量指標(biāo)的計(jì)算方法，為恰當(dāng)?shù)亻_展“六性”評估工作、準(zhǔn)確地評估軍工產(chǎn)品“六性”水平提供了一定的指導(dǎo)。