龐 多, 程文鑫, 陳 歡, 張共愿, 張岳青

魚雷可靠性信息的收集與應用

龐 多1, 程文鑫2, 陳 歡1, 張共愿1, 張岳青1

(1. 中國船舶集團有限公司 第705研究所, 陜西 西安, 710077; 2. 海裝裝備項目管理中心, 北京, 100071)

可靠性信息對于優(yōu)化產品設計、評估定量指標具有十分重要的意義, 而魚雷可靠性信息的收集尚處于起步階段, 信息收集的方法及應用還未進行系統研究。針對此現狀, 文中分析了魚雷可靠性信息收集的必要性, 給出了信息收集的內容、用途及方法, 結合信息收集的工程經驗, 提供了部分信息收集表格以供參考, 結合計算公式給出了應用示例, 旨在為魚雷可靠性信息收集工作提供思路。

魚雷; 可靠性信息; 信息收集

0 引言

可靠性信息是指產品壽命周期各階段的可靠性工作及活動中所產生的描述產品可靠性水平及狀況的各種信息和數據等[1], 主要包括裝備論證、研制、生產和使用期間產生的可靠性相關數據、報告和文件等[2]。

目前, 航海、航天和航空領域均已對產品可靠性信息收集進行了研究, 例如文獻[3]對艦船在使用階段如何開展信息收集工作進行了闡述; 文獻[4]結合航天產品的可靠性工作要求, 給出了可靠性信息數據庫的整體設計方案; 文獻[5]通過利用直-11外場信息, 減少了飛行試驗時間, 加快了試驗進度。這些已有的研究成果雖然具有先導性, 但并不適用于魚雷的可靠性信息收集, 魚雷行業(yè)雖已陸續(xù)開展相關信息收集工作, 但還未進行系統的研究。

文章基于魚雷可靠性信息收集現狀, 就研制階段可靠性信息收集的內容、方法和形式等進行了總結, 為魚雷可靠性信息收集工作提供參考。

1 可靠性信息收集必要性

魚雷可靠性信息收集的必要性主要體現在以下幾點。

1) 可靠性信息是優(yōu)化魚雷設計、實現可靠性增長的重要依據, 掌握充足的可靠性信息, 能夠了解現有魚雷型號的可靠性水平, 并為改型及新型號魚雷裝備的方案論證、指標制定提供參考。

2) 魚雷研制階段的可靠性評估主要依賴于可靠性信息, 但由于可靠性信息產生的時間和地點不同, 因而較為分散, 有必要將這些信息整合起來, 便于查閱及使用。

3) 可靠性信息是可靠性研究的基礎, 通過積累可靠性信息, 掌握魚雷研制的薄弱環(huán)節(jié), 降低設計成本, 縮短研制時間, 提高研制單位效益。

4) 目前, 魚雷行業(yè)對于可靠性信息還未有系統收集的先例, 積累的素材過少, 不利于專業(yè)及行業(yè)發(fā)展, 應逐步形成信息收集的意識及系統收集信息的方法。

2 可靠性信息收集內容及用途

結合目前魚雷可靠性信息涉及的內容及信息收集的工程經驗, 魚雷可靠性信息收集的內容主要可歸納為以下幾個方面。

1) 文檔信息。主要包括魚雷可靠性要求, 可靠性工作計劃及設計準則, 故障模式、影響及危害性分析(failure mode effects and criticality analysis, FMECA)報告, 關重件清單以及可靠性試驗報告和評估報告等。文檔信息的收集可為工作總結及新型號魚雷指標論證提供充足的參考素材。

2) 試驗信息。主要包括在實航試驗及各類陸上試驗等過程中產生的可靠性信息。實航試驗信息指魚雷在湖、海實航試驗中產生的信息, 主要包括試驗有效條次數、成功條次數等, 用于評估魚雷實航工作可靠度水平。陸上試驗主要關注異常問題的解決途徑、為提升魚雷可靠性水平而采取的措施等信息, 這類試驗信息可為提升可靠性設計水平積累經驗。

3) 故障信息。指魚雷在研制階段各類試驗過程中產生的故障信息, 如故障件信息、故障改進措施等。該部分信息有助于了解魚雷薄弱環(huán)節(jié), 優(yōu)化魚雷設計, 同時可為提煉設計準則提供參考。

4) 維修性/保障性信息。維修性與保障性信息往往同時產生, 通常一起收集。主要包括魚雷在技術準備過程中的安裝、分解操作信息, 該過程中的維修作業(yè)工序、所需人數和時間, 以及工具、備件、消耗品和壽命件等保障資源的使用情況等。收集維修性/保障性信息主要是為優(yōu)化維修性設計及制定綜合保障方案提供參考, 同時還可為維修性和保障性定量指標評估提供數據支撐。

5) 測試性信息。主要包括全雷、艙段或組件對故障的檢測、定位情況, 以及魚雷或檢測設備的虛警情況等, 還需將這些自然發(fā)生的故障與FMECA報告比對, 對其進行及時補充完善。測試性信息的收集主要是為了完善魚雷測試性設計、提高檢測設備檢測能力及回答測試性指標要求。

6) 保障設備信息。在收集魚雷信息的同時, 為評估保障設備指標, 還要同步收集與設備有關的信息, 主要包括保障設備的任務時間、故障情況和使用情況等。與魚雷產品不同, 保障設備的信息常常易被忽略, 很可能導致定型時沒有充足的數據而無法回答指標, 因此, 保障設備的可靠性信息同等重要, 應同步收集。

文中暫不涉及魚雷安全性及環(huán)境適應性方面的信息。

3 收集方法

以上可靠性信息除文檔信息外, 其他幾類信息都屬于試驗現場信息。根據各類信息產生的時間和地點不同, 分別由不同負責人開展收集工作, 最終匯集到可靠性負責人, 進行統一整理與分析。

3.1 文檔信息收集方法

文檔類信息經各方認可并簽署完整后, 即可由各文件負責人提交給可靠性負責人。為了查閱方便, 一般的收集形式為電子文件。由可靠性負責人建立型號專用的信息文件夾, 分類存檔, 方便傳遞及查詢。隨著研制階段的推進, 文檔信息要隨之更新。

3.2 試驗現場信息收集方法

實航試驗信息一般由魚雷總體人員記錄, 但在用于可靠性評估時, 對于成功/失敗條次的判定還需根據可靠性故障判據等確定。陸上試驗信息通常由各參試產品負責人收集。一般試驗信息以研制階段為單位, 提交給可靠性負責人。

魚雷故障信息通常由質量師系統負責收集, 并隨著故障的分析解決情況不斷更新, 由于這部分信息更新頻繁, 不適合收集后立刻匯總到可靠性負責人處, 需按照階段提交。

維修性/保障性信息中的操作類信息, 由各產品負責人隨試驗條次收集, 按照研制階段提交給可靠性負責人, 收集的有效信息越多, 維修性指標的評估值就越精確。工具、備件和消耗品等可一次性統計完畢, 由可靠性負責人或指派人員負責收集; 壽命件等使用信息, 產品負責人根據具體使用及更換情況, 及時收集。

測試性信息與故障信息密切相關, 因此常伴隨故障信息統計。原則上只統計與測試性相關的故障, 如魚雷殼體的裂痕就不屬于測試性關注的范疇。這部分信息一般要待故障原因明確后才能判斷是否屬于測試性信息, 由各故障技術負責人整理, 按照研制階段提交至可靠性負責人。

保障設備有關信息應在保障設備使用過程中, 由使用人或保障設備負責人進行統計并記錄, 按照研制階段提交。

試驗現場信息通常選擇在魚雷及保障設備狀態(tài)穩(wěn)定、操作人員基本熟練時開始收集, 早期偶發(fā)故障階段及操作不夠熟練時收集的數據缺乏參考價值。提交的形式主要為經過各方簽字確認后的有效信息表格。

4 收集形式

除文檔信息外, 魚雷可靠性信息收集的形式主要為信息表格, 表格格式統一, 便于匯總。結合以往信息收集的經驗, 文中給出部分信息收集表格以供參考(見表1~表6), 使用時可根據實際情況作相應修改。

表1 故障信息統計表

Table 1 Statistics of failure information

為確保信息的有效性, 每一份信息需經產品技術負責人及質檢人確認后再提交可靠性負責人, 必要時還需得到使用方的認可。

表2 操作類信息統計表

Table 2 Statistics of operation information

表2中: 作業(yè)內容是指操作的具體內容, 如將頭段與操雷段分解、安裝電子組件等, 為了統計方便, 事前可根據操作檢查表將作業(yè)內容填寫完整; 人數通常指較為固定、熟練操作的工人數量, 時間指針對某作業(yè)內容所用的時長; 備注用來注明特殊或異常情況等。

表3 備品/備件/消耗品/壽命件信息統計表

Table 3 Statistics of spare article/spare part/expenda- bility products/life products information

表3中: 所屬裝配是指更換備品/備件等產品的名稱, 如頭段在裝配過程中更換了一次件密封圈, 表3中名稱填寫密封圈, 其所屬裝配記錄為頭段殼體; 更換時機可以為維護、維修、試驗前裝配或試驗后分解等; 工位是指發(fā)生更換時產生的物理位置, 如頭段裝配工位, 可為該維修級別保障資源的策劃提供參考。

表4 標準/專用工具統計表

Table 4 Statistics of criterion tool/specialism tool information

表5 測試性信息統計表

Table 5 Statistics of testability information

表5中: 檢測設備是指定位該故障所用的檢測設備; 檢測時間是指定位該故障所用的時間, 用于評估更換故障件時的平均修復時間; 虛警描述是指魚雷或檢測設備發(fā)生虛警的具體情況。

表6 保障設備信息統計表

Table 6 Statistics of guarantee equipment information

表6 中: 工作時間是指保障設備按照其任務剖面工作的時間; 虛警次數一般指電子或機電保障設備在對魚雷產品檢測時發(fā)生虛警的次數, 機械類保障設備不必填寫該項內容; 故障修復時間是指修復該保障設備某故障單元所用的時間。

為避免理解上的分歧而導致的統計偏差, 應提前對信息收集表格統計的內容進行規(guī)定與說明。

5 應用示例

以下給出部分可靠性信息在優(yōu)化魚雷設計、定量評估方面的應用示例。

1) 實航試驗信息應用示例

研制階段, 共收集到某魚雷型號湖、海實航試驗61個有效條次, 根據事先確定的故障判據, 判定失敗14條次, 置信度為0.8。根據式(1)[6]計算得到該階段魚雷的實航工作可靠度單側置信下限為0.713。

此外, 通過分析失敗條次的原因, 追蹤故障分析及改進措施落實情況, 將產品改進措施落實到設計準則中, 避免了同類故障再次發(fā)生。

2) 維修性/保障性信息應用示例

按照表2的形式, 共收集到某魚雷電子艙段裝配信息表格11份, 除1份表格備注“更換艙段電纜, 重新安裝”的情況外, 其余均為有效數據, 剔除重復安裝信息, 將各作業(yè)內容所需的人數及時間求取平均值, 整理如表7。

表7 電子艙段裝配信息統計表

裝配電子艙段的時間可由下式計算

式中:為總操作時間;為各作業(yè)內容時間的平均值;為作業(yè)內容個數。

根據表7數據及式(2), 得到裝配電子艙段的時間約為33.7 min, 至多需要2個裝配工人。如果不滿足分配給電子艙段的平均修復時間(mean time to repair, MTTR)或保障資源規(guī)劃給該艙段的維修人數時, 應及時更改維修性設計, 保證滿足指標要求。

需要注意的是, 魚雷在裝配或分解的過程中存在很多工序并行開展的情況, 這時在利用式(2)計算整體操作所需的時間時, 不能同時將并行工序所用時間累積到總體時間中, 而應選取并行工序用時較長的參與計算。

3) 測試性信息應用示例

按照表5的形式收集到某魚雷測試性信息表格, 統計出發(fā)生在全雷調試時的故障共25個, 均被準確定位到各現場可更換單元(line replaceable unit, LRU)。已知該階段發(fā)生的與測試性相關的故障總數為32, 無虛警發(fā)生。

由于該魚雷測試性要求是針對全雷狀態(tài)下提出的, 并要求能將故障隔離到各LRU。因此, 在全雷狀態(tài)下, 根據式(5)和式(6)[7]計算得到故障檢測率和故障隔離率分別為78.1%和100%。

式中:N為用規(guī)定的方法正確檢測到的故障數;N為被測單元發(fā)生的故障總數;N為用規(guī)定的方法正確隔離到不大于個可更換單元的故障數。

該魚雷的故障檢測率未能滿足指標要求, 因此需改進測試性設計, 增加測試點或測試芯線, 并落實到設計準則中。

4) 保障設備信息應用示例

根據式(7), 評估該保障設備的平均故障間隔時間(mean time between failure, MTBF)為175.16 h。

式中,為累計虛警次數。

根據式(9)求得MTTR的點估計值為1.63 h。

式中:為設備總數;為實際使用設備數;為使用時合格設備數。

6 補充說明

根據魚雷可靠性信息收集工作中積累的經驗, 有以下幾點需要說明:

1) 在分析可靠性信息時, 應注意剔除無效數據, 如重復操作時間、人員操作失誤等;

2) 試驗信息、故障信息、測試性信息和保障設備使用信息收集的越多越好, 而維修性/保障性信息不會隨著收集的多少而有較大的變化, 當樣本量足以評估指標時, 可停止收集。

3) 評估所用數據必須是產品在同一技術狀態(tài)下統計的數據, 或經分析后認為狀態(tài)的微小變化不會對評估結果產生影響, 否則評估結果不可信。

4) 鑒于試驗現場信息涉及到魚雷裝備的使用, 試驗現場信息收集過程中給出的改進建議應予以充分重視。

7 結束語

文中結合魚雷可靠性信息收集的現狀, 總結了可靠性信息收集的必要性及內容, 闡述了各類信息的用途, 給出了可供參考的信息收集方法及表格形式, 并給出了部分應用示例, 根據信息收集的經驗, 說明了信息收集過程中需要注意的幾點事項, 可為魚雷可靠性信息的系統收集提供思路。

文中內容尚未涉及魚雷的裝載/貯存信息、安全性及環(huán)境適應性信息, 這些信息同樣值得收集與研究, 隨著魚雷可靠性信息收集工作的不斷成熟, 應逐步完善收集的內容。

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Collection and Application of Reliability Information for Torpedo

PANG Duo1, CHENG Wen-xin2, CHEN Huan1, ZHANG Gong-yuan1, ZHANG Yue-qing1

(1. The 705 Research Institute, China State Shipbuilding Corporation Limited, Xi’an 710077, China; 2. Armament Project Management Center of Naval Equipment Department, Beijing 100071, China)

Reliability information is crucial to improve product design and evaluatequantitativeindex.The collection of reliability information for torpedo is in the early phase, and the method and application of reliability information collection have not been systematically studied. Aimed at the actuality, this paper analyses the necessityof the collection of reliability information for torpedo, and gives the content, use, and method of information collection. Combined with engineering experience of information collection, the paper provides information collection forms for reference, and gives application examples combined with the calculation formula. It can supply mentality for information collection of torpedoes and accumulate reliability information of torpedo continually.

torpedo; reliability information;collection of information

TJ630; TB114.37

A

2096-3920(2021)02-0243-06

10.11993/j.issn.2096-3920.2021.02.017

龐多, 程文鑫, 陳歡, 等. 魚雷可靠性信息的收集與應用[J]. 水下無人系統學報, 2021, 29(2): 243-248.

2020-01-05;

2020-02-27.

龐 多(1989-), 女, 碩士, 工程師, 主要研究方向為可靠性系統工程.

(責任編輯: 陳 曦)