李維林 范 敏 吳岳松

(中國艦船研究設計中心 武漢 430064)

1 引言

艦船裝備可靠性是其適用性的重要方面,對其進行評估也是裝備研制的重要程序和工作[1],在工程實際中,一般對任務可靠性進行評估,對于艦船這樣一個規(guī)模龐大的裝備系統,由于可靠性試驗,特別是壽命驗證類試驗所具有的破壞性,在經過此類試驗后,受試系統或者報廢或者要予以恢復,代價昂貴。顯然,這樣的驗證方法不適合艦船裝備,包括艦載作戰(zhàn)系統這樣沒有樣機研制階段的大系統,該類系統由于其研制的特殊性使可靠性數據收集存在一定難度,同時為盡可能真實的評價作戰(zhàn)系統的實際可靠性,故可在系統交付部隊后,結合各種試驗及部隊使用進行可靠性數據收集,并據此進行分析評估,驗證艦船裝備交付部隊后在實際使用情況下裝備的可靠性水平,確定薄弱環(huán)節(jié)以便采取糾正措施,并為開展后續(xù)型號工作奠定基礎。按照本文所描述的流程及方法,已對多型艦載作戰(zhàn)系統進行了可靠性評估,并取得良好效果。

2 艦船可靠性評估程序及實施方法

2.1 確定評估項目

根據艦船裝備的研制任務書或研制總要求,確定可靠性評價參數,一般包括使用可用度A0、任務可靠度Rm、固有可用度 Ai[4]。

2.2 制定數據采集計劃及內容

在分析評估工作準備階段,研究制訂開展可靠性分析評估工作計劃,設計統一的數據采集電子表格,預先確定分析評價方法和工具,根據裝備組成及特點,確定分析評估范圍,明確數據采集設備及相應戰(zhàn)位清單。

2.3 現場數據采集

對艦船裝備進行可靠性數據采集,使用統一設計的電子數據表格在現場進行錄入?，F場數據的采集來源包括艦上各系統、設備的履歷簿等原始記錄數據、各戰(zhàn)位人員的筆記本。在完成數據的初步錄入后,分別與各戰(zhàn)位的技術骨干進行交流,將書面記錄中不詳細、遺漏的故障信息、質量意見等補充完善。

2.4 數據處理與分析

對現場采集的原始數據進行處理分析主要按如下步驟進行:

1)對采集到的可靠性原始信息進行處理

可靠性原始信息的處理內容包括故障信息的逐條甄別、故障信息的融合、故障信息的統計。

對于無序的原始現場采集數據,遵照數據處理原則,分別將多條艦船裝備各分系統及設備的可靠性數據作統一的規(guī)范化處理,整理出兩類表格:工作時間表和故障信息表。

2)確定任務剖面及可靠性評估模型

根據上級下達的任務書或相關研制文件,明確任務剖面,并確定故障判據。

在筆者進行艦載作戰(zhàn)系統可靠性評估時,按照對海作戰(zhàn)、對空作戰(zhàn)、反潛作戰(zhàn)、編隊指揮作戰(zhàn)任務確定可靠性模型,并使該模型與方案及技術設計階段的模型一致,以驗證設計階段模型的準確性,在各任務模型中,各功能模塊最小粒度一般為分系統(設備),如某型艦作戰(zhàn)系統的對空作戰(zhàn)任務可靠性評估模型為圖1所示。

對對空作戰(zhàn)任務可靠性評估模型中各分系統進行分解細化,即建立各分系統(設備)的可靠性評估模型,如指控系統、綜合導航系統、通信系統等,某型艦指控系統可靠性評估模型為圖2所示。

2.5 進行定性分析、定量評估計算

定性分析工作的內容包括對故障信息統計結果的分類及分析。定量分析主要根據現場故障信息的統計,采用評估軟件進行定量評估。

對于裝備使用中所發(fā)生的故障,按照故障發(fā)生后的影響程度、故障產生的原因、硬件或軟件故障等進行分類與統計。

一般來說,工程實施中,可采用權威部門開發(fā)的評估軟件,在筆者進行的作戰(zhàn)系統評估工作中,采用了某武器裝備可靠性研究中心開發(fā)的可靠性評定軟件Relvax V1.1,該評定軟件針對艦船裝備這類多任務、小子樣復雜系統進行設備單元和系統可靠性定量評估所開發(fā)的軟件工具,在模型建立、數據處理、評估方法等方面達到了國內先進水平。

Relvax V1.1適用于指數、正態(tài)、威布爾、對數正態(tài)、結構正態(tài)等多種壽命分布的產品進行可靠性評估和轉換;支持串聯、并聯、n中取k、旁聯、和聯等多種可靠性結構模型;支持產品的單元可靠性評定和以CMSR方法、貝葉斯方法、L-M 方法對系統進行綜合評估。

根據分類處理后的數據,利用可靠性評估軟件進行裝備任務可靠性評估,得出評估結果。

2.6 可靠性評估結果分析

根據可靠性評估結果,分析裝備可靠性指標滿足情況,并進行可靠性薄弱環(huán)節(jié)分析[3]。在進行艦載作戰(zhàn)系統可靠性薄弱環(huán)節(jié)分析時,用直方圖形式對作戰(zhàn)系統各任務的薄弱環(huán)節(jié)進行分析,找出對海作戰(zhàn)、對空作戰(zhàn)、反潛作戰(zhàn)、編隊指揮作戰(zhàn)任務中可靠性薄弱的功能模塊,再據此分析各分系統中組成設備的相對薄弱環(huán)節(jié),以指導設備改進及后續(xù)相關系統、設備研制。

圖3 對空戰(zhàn)任務的各構成單元的可靠性評估直方圖

圖3為某型艦作戰(zhàn)系統對空戰(zhàn)任務的各構成單元的可靠性評估直方圖,由圖3可看出,對整個作戰(zhàn)系統而言,對空探測設備和軟硬武器是對空作戰(zhàn)任務的薄弱環(huán)節(jié)。通過對作戰(zhàn)執(zhí)行單元可靠性評估數據的分析,可確定作戰(zhàn)執(zhí)行單元(即具體的系統(設備))的可靠性薄弱環(huán)節(jié)。

2.7 撰寫裝備可靠性分析評估報告

根據可靠性分析評估的實際情況,撰寫可靠性評估報告,報告內容主要包括以下幾個方面:

1)被評估裝備的使用與維修原始數據的收集情況,以及數據的整理、分類結果;

2)所建立并使用的任務可靠性評估模型,包括各下級系統(設備)可靠性模型和任務可靠性模型,以及評估的特殊說明及約定;

3)介紹裝備的任務可靠性評估情況,并給出評估結論;

4)說明可靠性薄弱環(huán)節(jié)分析情況,最終給出可靠性評估的建議,比如,針對具體的可靠性薄弱環(huán)節(jié),可建議承研單位對可靠性薄弱設備加強可靠性設計、分析等工作,加大可靠性試驗力度,從技術和管理兩個方面提高設備可靠性水平。

3 艦船裝備可靠性評估遵守的原則[2]

1)為了保證對裝備可靠性評估分析的質量,可靠性評估分析所依據的基礎數據信息必須充分、客觀、真實、評估分析方法科學合理、數據分析處理專業(yè)、客觀,定性分析嚴謹。

2)為保證用于可靠性評估的數據有足夠的樣本數,根據實際數據收集情況看,一般要求被評估的艦艇需要服役2年以上。

3)對采集的數據進行人工審查,糾正筆誤、錯記,統一計量單位,規(guī)范數據和采集格式。

4)為保證對故障判定的準確性,對所收集故障的判定工作由可靠性評估工作小組成員3人以上協商完成,判定工作一般包括故障的類別(關聯或非關聯)分類以及故障對裝備功能性能的影響程度分析。

5)非責任故障不計入可靠性評估計算。

6)對于已消除了機理的責任故障不計入可靠性評估計算(如:軟件缺陷引起的故障,修改后并驗證無誤的)。

4 艦船裝備可靠性評估的工程實施約定

1)非模型單元約定

對于經可靠性工程分析得到可靠性指標很高的產品,可作為非模型單元處理,系統間、設備間連接管路、導線可靠度視為可靠性指標等于1。

2)成熟產品處理約定

對繼承性較強的成熟產品,參照以往同類產品可靠性信息,對變化部分進行分析評估或對結果進行修正,以修正后的結果作為評估基礎數據。

3)模型簡化處理約定

可靠性模型按典型任務剖面(在軌運行)進行建模,可靠性模型單元可只考慮完成規(guī)定任務剖面的最少單元,可靠性模型中最低約定層次為設備級。

5 結語

艦船裝備可靠性評估是一個工程項目,其結果將有利于部隊對裝備的性能更加全面的掌握,同時對于裝備的技術發(fā)展具有指導意義,其關鍵是可靠性數據收集、處理及利用,本文所提出的評估程序及實施方法可以用于其他沒有樣機研制過程的系統,一些具體的評估方法及實施過程仍需根據具體情況進行分析研究。

[1]謝德光,李洪斌,孫曉風.艦艇作戰(zhàn)系統可靠性鑒定分析[J].艦船電子工程,2003,23(1)

[2]Relex Software Co.&Intellect.可靠性實用指南[M].陳曉彤,等譯.北京:北京航空航天大學出版社,2005,7

[3]龔慶祥.型號可靠性工程手冊[M].北京:國防工業(yè)出版社,2007,4

[4]徐宗昌.保障性工程[M].北京:兵器工業(yè)出版社,2002

[5]朱英富.水面艦船設計新技術[M].哈爾濱:哈爾濱工程大學出版社,2004