朱文振, 唐世軒, 謝 勇

基于CMSR法的電動力魚雷實(shí)航工作可靠度綜合評估

朱文振, 唐世軒, 謝 勇

(中國人民解放軍91388部隊(duì), 廣東 湛江, 524022)

針對電動力魚雷試驗(yàn)數(shù)據(jù)較少的問題, 提出基于修正極大似然與序貫壓縮相結(jié)合(CMSR)的電動力魚雷實(shí)航工作可靠度綜合評估方法。通過分析串聯(lián)系統(tǒng)可靠性評估方法優(yōu)缺點(diǎn), 結(jié)合改進(jìn)型電動力魚雷一次電池?cái)?shù)量偏少、各分系統(tǒng)試驗(yàn)樣本量不同的特點(diǎn), 運(yùn)用CMSR評估模型, 提出三串聯(lián)系統(tǒng)可靠性試驗(yàn)方案和評估方法, 可得到較高置信水平的全雷實(shí)航工作可靠度評估結(jié)果, 具有較好的實(shí)用性。

電動力魚雷; CMRS法; 可靠度評估

0 引言

實(shí)航工作可靠度是影響魚雷作戰(zhàn)能力因素的關(guān)鍵指標(biāo), 也是可靠性鑒定試驗(yàn)的重要內(nèi)容。由于魚雷可打撈回收重復(fù)使用, 實(shí)航工作可靠度通常以實(shí)航試驗(yàn)方式進(jìn)行考核, 先期已開展二項(xiàng)分布、威布爾分布參數(shù)估計(jì)研究, 工程上普遍采用將魚雷視為一個(gè)整體的成敗型評定方法以及2個(gè)串聯(lián)與并聯(lián)分系統(tǒng)組成的評估方法[1-4]。

電動力魚雷具有全雷試驗(yàn)數(shù)據(jù)不足、分系統(tǒng)試驗(yàn)信息不對稱的特點(diǎn), 若采用經(jīng)典可靠性方法進(jìn)行綜合評估, 會導(dǎo)致全雷實(shí)航工作可靠度置信下限結(jié)果較低, 置信度也不高, 不能很好地反映電動力魚雷固有可靠性水平。

文中提出基于修正極大似然和序貫壓縮相結(jié)合(combined MML(modified maximum likelihood) & SR(sequential reduction) method, CMSR)的電動力魚雷實(shí)航工作可靠度綜合評估方法, 在已知可靠性置信下限的情況下, 結(jié)合改進(jìn)型電動力魚雷可靠性結(jié)構(gòu)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)特點(diǎn), 運(yùn)用CMSR法模型, 進(jìn)行工作可靠性試驗(yàn)設(shè)計(jì)和綜合評估, 以滿足實(shí)航工作可靠度試驗(yàn)鑒定需求。

1 常用可靠性評估方法

在魚雷試驗(yàn)鑒定中, 因研制經(jīng)費(fèi)和試驗(yàn)周期等因素, 通常試驗(yàn)樣本較少, 運(yùn)用金字塔模型進(jìn)行可靠性綜合評估, 其中成敗型串聯(lián)系統(tǒng)的可靠型評估較為常見, 相應(yīng)的綜合評估方法包括L-M (Lindstrom-Madden)法、MML法和SR法[5-9]。

1.1 L-M法

L-M法是一種近似限方法, 取系統(tǒng)試驗(yàn)次數(shù)等于分系統(tǒng)最小試驗(yàn)次數(shù), 系統(tǒng)可靠度點(diǎn)估計(jì)等效其極大似然估計(jì), 折合關(guān)系為

用不完全Beta函數(shù)表示為

1.2 MML法

MML法是取極大似然理論下被估子樣的方差等于二項(xiàng)分布的方差, 因?yàn)槠鋪碜猿蓴⌒偷淖訕訑?shù)據(jù), 然后求出系統(tǒng)等效試驗(yàn)數(shù)據(jù), 計(jì)算系統(tǒng)可靠度置信下限[8-9]。折合關(guān)系為

該方法計(jì)算簡單且比較準(zhǔn)確, 但不適用于零失效單元的系統(tǒng)可靠度評估。

1.3 SR法

SR法是將個(gè)分系統(tǒng)的試驗(yàn)樣本從小到大排列, 逐次將2個(gè)分系統(tǒng)數(shù)據(jù)壓縮為1個(gè)等效分系統(tǒng)數(shù)據(jù), 直至所有分系統(tǒng)被壓縮為系統(tǒng)等效試驗(yàn)數(shù)據(jù), 計(jì)算系統(tǒng)可靠度置信下限[2,7]。具體步驟為:

2 CMSR評估方法

2.1 基本思路

CMSR法是將MML法與SR法結(jié)合起來, 首先采用SR 法對數(shù)據(jù)進(jìn)行一次壓縮, 然后用MML折合為系統(tǒng)等效試驗(yàn)數(shù)據(jù), 計(jì)算系統(tǒng)可靠度置信下限[10-11]。具體步驟為:

該方法利用SR法的保守來克服MML法不考慮零失效試驗(yàn)數(shù)據(jù)所帶來的冒進(jìn)因素, 適用于系統(tǒng)中存在零失效分系統(tǒng), 且最小試驗(yàn)數(shù)為零的失效分系統(tǒng)情況。

2.2 評估方法選擇

實(shí)航工作可靠度指標(biāo)要求是針對全雷提出的, 可通過魚雷各分系統(tǒng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合評估, 可靠性評估數(shù)據(jù)來自實(shí)航試驗(yàn)。電動力魚雷試驗(yàn)樣本量分配具有操雷比重較大、模擬戰(zhàn)雷比重較小、戰(zhàn)雷比重甚小的特點(diǎn), 選擇電動力魚雷實(shí)航工作可靠度評估方法主要考慮以下幾個(gè)因素: 1) 一次電池試驗(yàn)樣本偏少, 不允許出現(xiàn)故障, 不適于用MML法評估; 2) 一次電池試驗(yàn)數(shù)據(jù)較少, 其余分系統(tǒng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)較多, 若采用L-M法試驗(yàn)信息損失過大, 若采用SR法逐次壓縮各分系統(tǒng)試驗(yàn)信息過多丟失, 評估結(jié)果過于保守; 3) 一次電池零故障, 且試驗(yàn)樣本量最小, 適于采用GMSR法。

3 實(shí)航工作可靠度綜合評估

3.1 基本思路

魚雷實(shí)航試驗(yàn)分為操雷、模擬戰(zhàn)雷和戰(zhàn)雷試驗(yàn), 電動力魚雷主要由自導(dǎo)系統(tǒng)、戰(zhàn)斗部系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、線導(dǎo)系統(tǒng)、一次電池系統(tǒng)、引信系統(tǒng)和電機(jī)系統(tǒng)等組成[4]。操雷配置操雷段和二次動力電池, 除一次電池系統(tǒng)和戰(zhàn)斗部系統(tǒng)中炸藥威力外, 其他分系統(tǒng)功能性能均能考核; 模擬戰(zhàn)雷配置模擬戰(zhàn)雷段和一次動力電池, 除戰(zhàn)斗部系統(tǒng)中炸藥威力外, 其他分系統(tǒng)功能性能均能考核; 戰(zhàn)雷配置戰(zhàn)斗部和一次動力電池, 全雷功能性能均能考核。同時(shí), 自導(dǎo)系統(tǒng)需繼承原型號實(shí)航數(shù)據(jù)并剔除功能性能考核不充分的實(shí)航數(shù)據(jù), 戰(zhàn)斗部系統(tǒng)炸藥可靠性非常高并已開展專項(xiàng)試驗(yàn)。為此, 可將全雷視為由一次電池系統(tǒng)、自導(dǎo)系統(tǒng)以及非電池自導(dǎo)系統(tǒng)組成的3個(gè)串聯(lián)系統(tǒng), 其可靠性結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 電動力魚雷可靠性結(jié)構(gòu)圖

3.2 方案設(shè)計(jì)

1) 數(shù)據(jù)來源

魚雷實(shí)航工作可靠度評估數(shù)據(jù)來源于實(shí)航試驗(yàn), 一次電池系統(tǒng)主要來自性能驗(yàn)證階段、性能試驗(yàn)階段等實(shí)航數(shù)據(jù), 自導(dǎo)系統(tǒng)主要來自性能試驗(yàn)階段、繼承型號試驗(yàn)等實(shí)航數(shù)據(jù), 非電池自導(dǎo)系統(tǒng)主要來自性能試驗(yàn)階段數(shù)據(jù)。

2) 方案設(shè)計(jì)

根據(jù)魚雷實(shí)航可靠度最低可接受值和雙方風(fēng)險(xiǎn)等指標(biāo)規(guī)定要求, 按照電動力魚雷一次電池系統(tǒng)、自導(dǎo)系統(tǒng)和非電池自導(dǎo)系統(tǒng)的3個(gè)串聯(lián)系統(tǒng)結(jié)構(gòu), 采用CMSR 法模型設(shè)計(jì)一系列實(shí)航工作可靠度檢驗(yàn)方案。同時(shí), 綜合魚雷性能特點(diǎn)、保障條件和試驗(yàn)周期等因素, 選用一種適合型號魚雷的可靠性鑒定試驗(yàn)方案。

3.3 數(shù)據(jù)采信要求

針對性能驗(yàn)證階段、繼承原型號魚雷等分系統(tǒng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù), 若符合以下相關(guān)規(guī)定要求, 則可以采信其試驗(yàn)數(shù)據(jù)或試驗(yàn)結(jié)論, 納入性能試驗(yàn)階段進(jìn)行綜合評估: 1) 技術(shù)狀態(tài)一致, 如有差異, 應(yīng)經(jīng)過評估不受影響; 2) 試驗(yàn)方法等效; 3) 試驗(yàn)環(huán)境條件相同; 4) 試驗(yàn)過程受控; 5) 試驗(yàn)結(jié)論符合要求。

3.4 評估流程

綜合利用一次電池系統(tǒng)、自導(dǎo)系統(tǒng)和非電池自導(dǎo)系統(tǒng)各階段實(shí)航試驗(yàn)數(shù)據(jù), 將分系統(tǒng)數(shù)據(jù)由大到小排序, 采用SR 法進(jìn)行一次壓縮, 采用MML 法折合成系統(tǒng)試驗(yàn)數(shù)據(jù), 計(jì)算全雷實(shí)航可靠度, 基于CMSR法的實(shí)航工作可靠度評估流程如圖2所示。

圖2 實(shí)航工作可靠度評估流程圖

4 算例

4.1 試驗(yàn)方案算例

由表1的計(jì)算結(jié)果可知, 若要達(dá)到實(shí)航可靠度指標(biāo)要求, 試驗(yàn)方案應(yīng)滿足以下要求:

4.2 綜合評估算例

表1 基于CMSR法的3單元串聯(lián)試驗(yàn)方案

算例結(jié)果表明: SR法評估結(jié)果趨于保守, CMSR 法能夠得到較高置信水平的全雷實(shí)航工作可靠度評估結(jié)果。

5 結(jié)束語

通過分析電動力魚雷可靠性串聯(lián)結(jié)構(gòu)關(guān)系, 結(jié)合不同階段魚雷實(shí)航試驗(yàn)數(shù)據(jù)特點(diǎn), 采用基于CMSR法的可靠性評估模型, 將3個(gè)分系統(tǒng)試驗(yàn)信息折合成等效全雷數(shù)據(jù), 能夠準(zhǔn)確得到較高置信水平的電動力魚雷實(shí)航可靠度評估結(jié)果。但在如何有效利用分系統(tǒng)各階段陸上試驗(yàn)數(shù)據(jù)方面, 有待進(jìn)一步研究。

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Synthesis Assessment of Working Reliability for Electric Power Torpedo in Sea Trial Based on CMSR Method

ZHU Wen-zhen, TANG Shi-xuan, XIE Yong

(91388thUnit, the People’s Liberation Army of China, Zhanjiang 524022, China)

Aiming at the problem of less test data for electric power torpedoes, this paper proposes an assessment method of electric power torpedoes working reliability in a sea trial based on the combined modified maximum likelihood(CMML) and sequential reduction(SR) method(CMSR). By analyzing the advantages and disadvantages of the reliability assessment method of the series system, combined with the improved electric power torpedo’s characteristics of less actual sailing data of primary batteries and different test samples of each subsystem, this paper proposes a three-series reliability test scheme and assessment method using the CMSR assessment model. This method can obtain a higher confidence level of assessment results for torpedo working reliability in sea trials and has better practicability.

electric power torpedo; CMSR method; reliability assessment

朱文振, 唐世軒, 謝勇. 基于CMSR法的電動力魚雷實(shí)航工作可靠度綜合評估[J]. 水下無人系統(tǒng)學(xué)報(bào), 2022, 30(2): 260-264.

TJ631.2; U674.7

A

2096-3920(2022)02-0260-05

10.11993/j.issn.2096-3920.2022.02.018

2021-12-12;

2022-01-27.

朱文振(1975-), 男, 高級工程師, 主要研究方向?yàn)轸~雷試驗(yàn)技術(shù).

(責(zé)任編輯: 許 妍)