李維林 范 敏 吳岳松

(中國(guó)艦船研究設(shè)計(jì)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(duì)其進(jìn)行評(píng)估也是裝備研制的重要程序和工作[1],在工程實(shí)際中,一般對(duì)任務(wù)可靠性進(jìn)行評(píng)估,對(duì)于艦船這樣一個(gè)規(guī)模龐大的裝備系統(tǒng),由于可靠性試驗(yàn),特別是壽命驗(yàn)證類試驗(yàn)所具有的破壞性,在經(jīng)過(guò)此類試驗(yàn)后,受試系統(tǒng)或者報(bào)廢或者要予以恢復(fù),代價(jià)昂貴。顯然,這樣的驗(yàn)證方法不適合艦船裝備,包括艦載作戰(zhàn)系統(tǒng)這樣沒(méi)有樣機(jī)研制階段的大系統(tǒng),該類系統(tǒng)由于其研制的特殊性使可靠性數(shù)據(jù)收集存在一定難度,同時(shí)為盡可能真實(shí)的評(píng)價(jià)作戰(zhàn)系統(tǒng)的實(shí)際可靠性,故可在系統(tǒng)交付部隊(duì)后,結(jié)合各種試驗(yàn)及部隊(duì)使用進(jìn)行可靠性數(shù)據(jù)收集,并據(jù)此進(jìn)行分析評(píng)估,驗(yàn)證艦船裝備交付部隊(duì)后在實(shí)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(kāi)展后續(xù)型號(hào)工作奠定基礎(chǔ)。按照本文所描述的流程及方法,已對(duì)多型艦載作戰(zhàn)系統(tǒng)進(jìn)行了可靠性評(píng)估,并取得良好效果。

2 艦船可靠性評(píng)估程序及實(shí)施方法

2.1 確定評(píng)估項(xiàng)目

根據(jù)艦船裝備的研制任務(wù)書(shū)或研制總要求,確定可靠性評(píng)價(jià)參數(shù),一般包括使用可用度A0、任務(wù)可靠度Rm、固有可用度 Ai[4]。

2.2 制定數(shù)據(jù)采集計(jì)劃及內(nèi)容

在分析評(píng)估工作準(zhǔn)備階段,研究制訂開(kāi)展可靠性分析評(píng)估工作計(jì)劃,設(shè)計(jì)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集電子表格,預(yù)先確定分析評(píng)價(jià)方法和工具,根據(jù)裝備組成及特點(diǎn),確定分析評(píng)估范圍,明確數(shù)據(jù)采集設(shè)備及相應(yīng)戰(zhàn)位清單。

2.3 現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集

對(duì)艦船裝備進(jìn)行可靠性數(shù)據(jù)采集,使用統(tǒng)一設(shè)計(jì)的電子數(shù)據(jù)表格在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行錄入?，F(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集來(lái)源包括艦上各系統(tǒng)、設(shè)備的履歷簿等原始記錄數(shù)據(jù)、各戰(zhàn)位人員的筆記本。在完成數(shù)據(jù)的初步錄入后,分別與各戰(zhàn)位的技術(shù)骨干進(jìn)行交流,將書(shū)面記錄中不詳細(xì)、遺漏的故障信息、質(zhì)量意見(jiàn)等補(bǔ)充完善。

2.4 數(shù)據(jù)處理與分析

對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析主要按如下步驟進(jìn)行:

1)對(duì)采集到的可靠性原始信息進(jìn)行處理

可靠性原始信息的處理內(nèi)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(tǒng)計(jì)。

對(duì)于無(wú)序的原始現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù),遵照數(shù)據(jù)處理原則,分別將多條艦船裝備各分系統(tǒng)及設(shè)備的可靠性數(shù)據(jù)作統(tǒng)一的規(guī)范化處理,整理出兩類表格:工作時(shí)間表和故障信息表。

2)確定任務(wù)剖面及可靠性評(píng)估模型

根據(jù)上級(jí)下達(dá)的任務(wù)書(shū)或相關(guān)研制文件,明確任務(wù)剖面,并確定故障判據(jù)。

在筆者進(jìn)行艦載作戰(zhàn)系統(tǒng)可靠性評(píng)估時(shí),按照對(duì)海作戰(zhàn)、對(duì)空作戰(zhàn)、反潛作戰(zhàn)、編隊(duì)指揮作戰(zhàn)任務(wù)確定可靠性模型,并使該模型與方案及技術(shù)設(shè)計(jì)階段的模型一致,以驗(yàn)證設(shè)計(jì)階段模型的準(zhǔn)確性,在各任務(wù)模型中,各功能模塊最小粒度一般為分系統(tǒng)(設(shè)備),如某型艦作戰(zhàn)系統(tǒng)的對(duì)空作戰(zhàn)任務(wù)可靠性評(píng)估模型為圖1所示。

對(duì)對(duì)空作戰(zhàn)任務(wù)可靠性評(píng)估模型中各分系統(tǒng)進(jìn)行分解細(xì)化,即建立各分系統(tǒng)(設(shè)備)的可靠性評(píng)估模型,如指控系統(tǒng)、綜合導(dǎo)航系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等,某型艦指控系統(tǒng)可靠性評(píng)估模型為圖2所示。

2.5 進(jìn)行定性分析、定量評(píng)估計(jì)算

定性分析工作的內(nèi)容包括對(duì)故障信息統(tǒng)計(jì)結(jié)果的分類及分析。定量分析主要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)故障信息的統(tǒng)計(jì),采用評(píng)估軟件進(jìn)行定量評(píng)估。

對(duì)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(chǎn)生的原因、硬件或軟件故障等進(jìn)行分類與統(tǒng)計(jì)。

一般來(lái)說(shuō),工程實(shí)施中,可采用權(quán)威部門(mén)開(kāi)發(fā)的評(píng)估軟件,在筆者進(jìn)行的作戰(zhàn)系統(tǒng)評(píng)估工作中,采用了某武器裝備可靠性研究中心開(kāi)發(fā)的可靠性評(píng)定軟件Relvax V1.1,該評(píng)定軟件針對(duì)艦船裝備這類多任務(wù)、小子樣復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)備單元和系統(tǒng)可靠性定量評(píng)估所開(kāi)發(fā)的軟件工具,在模型建立、數(shù)據(jù)處理、評(píng)估方法等方面達(dá)到了國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。

Relvax V1.1適用于指數(shù)、正態(tài)、威布爾、對(duì)數(shù)正態(tài)、結(jié)構(gòu)正態(tài)等多種壽命分布的產(chǎn)品進(jìn)行可靠性評(píng)估和轉(zhuǎn)換;支持串聯(lián)、并聯(lián)、n中取k、旁聯(lián)、和聯(lián)等多種可靠性結(jié)構(gòu)模型;支持產(chǎn)品的單元可靠性評(píng)定和以CMSR方法、貝葉斯方法、L-M 方法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行綜合評(píng)估。

根據(jù)分類處理后的數(shù)據(jù),利用可靠性評(píng)估軟件進(jìn)行裝備任務(wù)可靠性評(píng)估,得出評(píng)估結(jié)果。

2.6 可靠性評(píng)估結(jié)果分析

根據(jù)可靠性評(píng)估結(jié)果,分析裝備可靠性指標(biāo)滿足情況,并進(jìn)行可靠性薄弱環(huán)節(jié)分析[3]。在進(jìn)行艦載作戰(zhàn)系統(tǒng)可靠性薄弱環(huán)節(jié)分析時(shí),用直方圖形式對(duì)作戰(zhàn)系統(tǒng)各任務(wù)的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行分析,找出對(duì)海作戰(zhàn)、對(duì)空作戰(zhàn)、反潛作戰(zhàn)、編隊(duì)指揮作戰(zhàn)任務(wù)中可靠性薄弱的功能模塊,再據(jù)此分析各分系統(tǒng)中組成設(shè)備的相對(duì)薄弱環(huán)節(jié),以指導(dǎo)設(shè)備改進(jìn)及后續(xù)相關(guān)系統(tǒng)、設(shè)備研制。

圖3 對(duì)空戰(zhàn)任務(wù)的各構(gòu)成單元的可靠性評(píng)估直方圖

圖3為某型艦作戰(zhàn)系統(tǒng)對(duì)空戰(zhàn)任務(wù)的各構(gòu)成單元的可靠性評(píng)估直方圖,由圖3可看出,對(duì)整個(gè)作戰(zhàn)系統(tǒng)而言,對(duì)空探測(cè)設(shè)備和軟硬武器是對(duì)空作戰(zhàn)任務(wù)的薄弱環(huán)節(jié)。通過(guò)對(duì)作戰(zhàn)執(zhí)行單元可靠性評(píng)估數(shù)據(jù)的分析,可確定作戰(zhàn)執(zhí)行單元(即具體的系統(tǒng)(設(shè)備))的可靠性薄弱環(huán)節(jié)。

2.7 撰寫(xiě)裝備可靠性分析評(píng)估報(bào)告

根據(jù)可靠性分析評(píng)估的實(shí)際情況,撰寫(xiě)可靠性評(píng)估報(bào)告,報(bào)告內(nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面:

1)被評(píng)估裝備的使用與維修原始數(shù)據(jù)的收集情況,以及數(shù)據(jù)的整理、分類結(jié)果;

2)所建立并使用的任務(wù)可靠性評(píng)估模型,包括各下級(jí)系統(tǒng)(設(shè)備)可靠性模型和任務(wù)可靠性模型,以及評(píng)估的特殊說(shuō)明及約定;

3)介紹裝備的任務(wù)可靠性評(píng)估情況,并給出評(píng)估結(jié)論;

4)說(shuō)明可靠性薄弱環(huán)節(jié)分析情況,最終給出可靠性評(píng)估的建議,比如,針對(duì)具體的可靠性薄弱環(huán)節(jié),可建議承研單位對(duì)可靠性薄弱設(shè)備加強(qiáng)可靠性設(shè)計(jì)、分析等工作,加大可靠性試驗(yàn)力度,從技術(shù)和管理兩個(gè)方面提高設(shè)備可靠性水平。

3 艦船裝備可靠性評(píng)估遵守的原則[2]

1)為了保證對(duì)裝備可靠性評(píng)估分析的質(zhì)量,可靠性評(píng)估分析所依據(jù)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息必須充分、客觀、真實(shí)、評(píng)估分析方法科學(xué)合理、數(shù)據(jù)分析處理專業(yè)、客觀,定性分析嚴(yán)謹(jǐn)。

2)為保證用于可靠性評(píng)估的數(shù)據(jù)有足夠的樣本數(shù),根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)收集情況看,一般要求被評(píng)估的艦艇需要服役2年以上。

3)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行人工審查,糾正筆誤、錯(cuò)記,統(tǒng)一計(jì)量單位,規(guī)范數(shù)據(jù)和采集格式。

4)為保證對(duì)故障判定的準(zhǔn)確性,對(duì)所收集故障的判定工作由可靠性評(píng)估工作小組成員3人以上協(xié)商完成,判定工作一般包括故障的類別(關(guān)聯(lián)或非關(guān)聯(lián))分類以及故障對(duì)裝備功能性能的影響程度分析。

5)非責(zé)任故障不計(jì)入可靠性評(píng)估計(jì)算。

6)對(duì)于已消除了機(jī)理的責(zé)任故障不計(jì)入可靠性評(píng)估計(jì)算(如:軟件缺陷引起的故障,修改后并驗(yàn)證無(wú)誤的)。

4 艦船裝備可靠性評(píng)估的工程實(shí)施約定

1)非模型單元約定

對(duì)于經(jīng)可靠性工程分析得到可靠性指標(biāo)很高的產(chǎn)品,可作為非模型單元處理,系統(tǒng)間、設(shè)備間連接管路、導(dǎo)線可靠度視為可靠性指標(biāo)等于1。

2)成熟產(chǎn)品處理約定

對(duì)繼承性較強(qiáng)的成熟產(chǎn)品,參照以往同類產(chǎn)品可靠性信息,對(duì)變化部分進(jìn)行分析評(píng)估或?qū)Y(jié)果進(jìn)行修正,以修正后的結(jié)果作為評(píng)估基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

3)模型簡(jiǎn)化處理約定

可靠性模型按典型任務(wù)剖面(在軌運(yùn)行)進(jìn)行建模,可靠性模型單元可只考慮完成規(guī)定任務(wù)剖面的最少單元,可靠性模型中最低約定層次為設(shè)備級(jí)。

5 結(jié)語(yǔ)

艦船裝備可靠性評(píng)估是一個(gè)工程項(xiàng)目,其結(jié)果將有利于部隊(duì)對(duì)裝備的性能更加全面的掌握,同時(shí)對(duì)于裝備的技術(shù)發(fā)展具有指導(dǎo)意義,其關(guān)鍵是可靠性數(shù)據(jù)收集、處理及利用,本文所提出的評(píng)估程序及實(shí)施方法可以用于其他沒(méi)有樣機(jī)研制過(guò)程的系統(tǒng),一些具體的評(píng)估方法及實(shí)施過(guò)程仍需根據(jù)具體情況進(jìn)行分析研究。

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

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