陳凱諾 張福光 杜光傳 尹延濤

（1.海軍航空大學(xué) 煙臺 264001）（2.91331部隊 葫蘆島 125100）

1 引言

導(dǎo)彈貯存延壽工程是指以延長導(dǎo)彈服役期（貯存壽命）為目標(biāo)，在規(guī)定的保障條件下，由軍方為主導(dǎo)、承制方為主體，通過軍民融合開展的有組織的導(dǎo)彈貯存延壽技術(shù)活動和技術(shù)過程。導(dǎo)彈貯存延壽工程對于最大限度地發(fā)揮已有導(dǎo)彈裝備效能、保持導(dǎo)彈系統(tǒng)戰(zhàn)備完好性、節(jié)省國防經(jīng)費具有重大軍事意義和經(jīng)濟(jì)效益。因此，世界各國都并十分重視導(dǎo)彈的貯存延壽技術(shù)和方法研究［1～2］。

我國已經(jīng)為多型戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈開展過貯存延壽工作，但是在我國多年戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈貯存延壽工程實踐中，也發(fā)現(xiàn)了一些問題，諸如技術(shù)勘驗之前都是根據(jù)以往的延壽實踐經(jīng)驗來進(jìn)行樣彈選取，并沒有統(tǒng)一的準(zhǔn)則；試驗過程中試驗項目的選取與剪裁、試驗項目的先后順序沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，加速貯存試驗的應(yīng)力類型簡單，延壽措施落實的組織協(xié)調(diào)過程中存在資源分配不合理，任務(wù)之間擁堵等問題。這些問題一直困擾著我國各型號的導(dǎo)彈貯存延壽工作，同時也制約著我國導(dǎo)彈貯存延壽技術(shù)的發(fā)展，如果不得以解決，會嚴(yán)重影響貯存延壽結(jié)論的可信性，因此本文把貯存延壽工程中小子樣抽樣、加速試驗、環(huán)境試驗的相關(guān)理論和工程實踐研究現(xiàn)狀加以總結(jié)概述。

2 導(dǎo)彈貯存延壽工程實踐中小子樣抽樣問題研究現(xiàn)狀

部隊裝備機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)導(dǎo)彈貯存延壽試驗方案后，需要開展導(dǎo)彈延壽子樣的選取工作。延壽樣彈及備件抽樣過程需要考慮以下四個要素：

1）子樣的數(shù)量

2）子樣的地域環(huán)境來源分布

3）子樣的任務(wù)剖面

4）子樣的環(huán)境剖面

2.1 子樣選取理論研究現(xiàn)狀

試驗樣本如果較充足，就能保證較高的可靠性評估精度。但是由于導(dǎo)彈其經(jīng)濟(jì)成本高，而且受到人力、物力、財力、試驗時間以及戰(zhàn)備完好率等方面的限制，并不可以盡可能多地抽取樣彈。這就說明導(dǎo)彈子樣選取是一個小子樣條件下的抽樣問題。文獻(xiàn)［3～7］中研究了服從特定分布的可靠性試驗的最小樣本容量。文獻(xiàn)［8］中先是針對“倒掛”數(shù)據(jù)進(jìn)行了預(yù)處理，再根據(jù)不同的分布類型確定了各自的最小樣本量，同時認(rèn)為給出的最小樣本量是理論值，實際工程實踐中還要綜合考慮可靠性評估精度、試驗時間、試驗所需要的人力、物力、財力等要素。

小樣本問題在科學(xué)文獻(xiàn)中被廣泛研究。這個問題的主要目的是在缺乏數(shù)據(jù)的情況下獲得最大限度的信息。在文獻(xiàn)［9］中，作者提出了在小樣本量情況下確定經(jīng)驗概率密度函數(shù)和經(jīng)驗累積分布函數(shù)的技術(shù)。針對隨機(jī)變量范圍的先驗信息，對每一階統(tǒng)計量進(jìn)行概率密度函數(shù)的估計。文獻(xiàn)［10］中用Weibull分布作為小樣本失效分布。根據(jù)回歸分析估計了該分布的參數(shù)，結(jié)合先驗信息和蒙特卡羅模擬結(jié)果，計算了參數(shù)的概率分布，并用貝葉斯定理進(jìn)行了修正。文獻(xiàn)［11］認(rèn)為另一種分析小樣本數(shù)據(jù)的方法是數(shù)據(jù)擴(kuò)展，考慮了分段隨機(jī)抽樣法用于評估極小試樣加速退化試驗的失效時間分布。文獻(xiàn)［12］考慮了基于Sison-Glaz 的同時置信區(qū)間的小樣本數(shù)據(jù)的概率-可能性轉(zhuǎn)換方法。文獻(xiàn)［13］利用最大熵原理來擬合小樣本下的概率分布，避免了最小二乘逼近法固有的缺點。文獻(xiàn)［14］考慮了基于經(jīng)典方法、q-q 圖構(gòu)造和分段線性逼近的小樣本風(fēng)電機(jī)組運行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計處理方法。文獻(xiàn)［15］指出小樣本統(tǒng)計數(shù)據(jù)的概率分布擬合方法包括三個步驟：1）異常點檢測與校正；2）轉(zhuǎn)換基計算；3）基函數(shù)優(yōu)化。針對非對稱分布逼近的可能性，采用分段線性基函數(shù)。在基函數(shù)優(yōu)化的過程中，計算了偏差平方和與切換點橫坐標(biāo)的關(guān)系。根據(jù)最小二乘法，用二次逼近的方法得到了該依賴關(guān)系的數(shù)學(xué)公式。切換點橫坐標(biāo)的最優(yōu)值與所得到的拋物線的最小值重合。

根據(jù)服役地域、任務(wù)剖面、環(huán)境剖面等指標(biāo)選取的樣彈，需要驗證抽取樣彈的壽命分布是否可以代表整體分布情況。選取樣彈之前需要對導(dǎo)彈進(jìn)行現(xiàn)場技術(shù)勘驗工作，包含狀態(tài)檢查和鑒定兩方面內(nèi)容，是在分析導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)及工作機(jī)理基礎(chǔ)上，研究導(dǎo)彈壽命薄弱環(huán)節(jié)及影響因素，制定技術(shù)勘驗大綱；按照技術(shù)勘驗大綱，采用分解、外觀查看、測量與測試等手段，對導(dǎo)彈技術(shù)狀態(tài)進(jìn)行全面檢查，并對導(dǎo)彈總體可靠性進(jìn)行初步評估。根據(jù)現(xiàn)場技術(shù)勘驗結(jié)果選取的樣彈參與深度分解、加速試驗或者靶試驗證飛行試驗等，所以說抽樣問題是開展導(dǎo)彈貯存延壽工程的基礎(chǔ)工作，也是關(guān)鍵的問題。

2.2 子樣選取工程實踐現(xiàn)狀

按照工程實施大綱，一是選取導(dǎo)彈子樣（有時子樣數(shù)量為導(dǎo)彈數(shù)量的10%，有時是全部抽?。?，在導(dǎo)彈技術(shù)陣地開展現(xiàn)場技術(shù)勘驗，獲取自然貯存試驗數(shù)據(jù)，并利用自然貯存試驗數(shù)據(jù)預(yù)測導(dǎo)彈貯存壽命，評估并確認(rèn)導(dǎo)彈是否具有貯存延壽的潛力，初步驗證導(dǎo)彈貯存延壽工程目標(biāo)；二是選取并分解部分導(dǎo)彈子樣（一般3 枚～5 枚），并將分解后的彈上分系統(tǒng)/整機(jī)運送至各相關(guān)承制方（廠）進(jìn)行加速退化試驗和貯存壽命評估。

工程上普遍選取延壽子樣的原則如下：選取履歷完整、清楚的導(dǎo)彈作為延壽子樣、延壽子樣應(yīng)具有服役地域代表性、選取執(zhí)行過戰(zhàn)備值班任務(wù)的導(dǎo)彈、優(yōu)先選取累積戰(zhàn)備時間長的導(dǎo)彈。

3 導(dǎo)彈貯存延壽工程加速試驗研究現(xiàn)狀

導(dǎo)彈貯存延壽工程的關(guān)鍵是通過試驗評估得出導(dǎo)彈的剩余壽命，其中加速壽命試驗是快速評估并得出導(dǎo)彈剩余壽命的一種有效途徑。

3.1 加速試驗理論研究現(xiàn)狀

國外對加速試驗的研究較早，已經(jīng)有了比較成熟的理論，也獲得了諸多研究成果［16］。加速檢測已經(jīng)被廣泛應(yīng)用了幾十年。從恒定應(yīng)力載荷下的加速壽命試驗開始，人們對加速退化試驗和時變應(yīng)力載荷更感興趣。由于加速測試對產(chǎn)品可靠性評估和保修政策設(shè)計至關(guān)重要，因此制定有效的測試計劃非常重要，該計劃包括并解決重要問題，如應(yīng)力分布、樣本分配、試驗持續(xù)時間、試驗頻率和試驗預(yù)算約束的設(shè)計。近年來，對加速試驗方案的優(yōu)化設(shè)計進(jìn)行了廣泛的研究，考慮相互作用的多重應(yīng)力已成為此類試驗設(shè)計的一大挑戰(zhàn)［17］。

在加速試驗中，產(chǎn)品的樣品在比正常應(yīng)力條件更苛刻的條件下進(jìn)行測試，以誘導(dǎo)在現(xiàn)場觀察到的相同的失效模式。然后，利用有關(guān)失效過程、失效原因和壽命概率分布的知識，評估產(chǎn)品在正常工作條件下的可靠性，并在必要時表明進(jìn)一步提高產(chǎn)品可靠性的設(shè)計更改。在此過程中，需要根據(jù)加速試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行外推，以評估產(chǎn)品在正常工作條件下的可靠性。一般來說，需要確定壽命-應(yīng)力關(guān)系來進(jìn)行外推。

在過去的幾十年里，研究人員一直致力于設(shè)計有效的加速試驗方法。他們從簡單的恒定應(yīng)力加載加速壽命試驗開始，發(fā)展到更復(fù)雜的試驗方法，包括可變應(yīng)力加載和退化試驗。目前有大量的研究集中在加速試驗設(shè)計、數(shù)據(jù)分析和可靠性評估的各種應(yīng)用。例如，Meeker 和Escobar［18］介紹了加速試驗和分析方法的基本概況。在另一項工作中，Meeker［19］等強(qiáng)調(diào)了高可靠性產(chǎn)品的加速退化試驗優(yōu)于加速壽命試驗，并概述了加速退化試驗建模和分析方法。Escobar和Meeker［20］綜述了加速試驗?zāi)Ｐ?，包括不同的加速方法、統(tǒng)計模型、應(yīng)力-壽命關(guān)系、退化路徑和多個應(yīng)力變量，并給出了一些使用加速模型的基本指南。Ye 和Xie［21］簡要介紹了加速退化模型的分類和試驗方案。Nelson［22］和El?sayed［23］用不同的例子介紹了加速試驗的數(shù)據(jù)分析和試驗規(guī)劃方法。

3.2 加速試驗工程實踐現(xiàn)狀

當(dāng)前貯存延壽工程實踐加速退化試驗的主體單位是相關(guān)彈上分系統(tǒng)/整機(jī)等高層級產(chǎn)品的承制方；試驗對象是部組件/元器件/材料等彈上低層級產(chǎn)品；試驗?zāi)康氖窃诩铀賾?yīng)力下高效獲取彈上低層級產(chǎn)品的性能退化數(shù)據(jù)；在完成了加速退化試驗后，按照導(dǎo)彈貯存延壽工程總目標(biāo)和實施大綱，由導(dǎo)彈設(shè)計總體部組織開展彈上分系統(tǒng)/整機(jī)等高層級產(chǎn)品加速貯存試驗，驗證彈上分系統(tǒng)延壽后的貯存性能。因此，導(dǎo)彈加速貯存試驗（AST）是導(dǎo)彈設(shè)計總體部為了獲取彈上高層級產(chǎn)品在加速應(yīng)力下等效若干年（N 年）的自然貯存的過程而開展的加速試驗。加速貯存試驗（AST）主體單位是導(dǎo)彈設(shè)計總體部；試驗對象是彈上分系統(tǒng)/整機(jī)；試驗?zāi)康氖嵌虝r間加速等效彈上高層級產(chǎn)品的自然貯存過程；試驗方法采用單應(yīng)力或多應(yīng)力加速試驗方法；試驗總時間采用定時截尾，時間基本確定，一般用N 個循環(huán)的時間；試驗應(yīng)力是溫度/濕度/振動/沖擊等；試驗應(yīng)力等級為非恒定單級加速應(yīng)力；試驗樣本是小樣本，考慮到后續(xù)的“性能驗證試驗”，一般是3個～5個［16］。

在完成了加速退化試驗后，按照導(dǎo)彈貯存延壽工程總目標(biāo)和實施大綱，由導(dǎo)彈設(shè)計總體部組織開展彈上分系統(tǒng)/整機(jī)等高層級產(chǎn)品加速貯存試驗，驗證彈上分系統(tǒng)延壽后的貯存性能。因此，導(dǎo)彈加速貯存試驗（AST）是導(dǎo)彈設(shè)計總體部為了獲取彈上高層級產(chǎn)品在加速應(yīng)力下等效若干年（N 年）的自然貯存的過程而開展的加速試驗。

在工程中進(jìn)行加速試驗方案設(shè)計時，加速應(yīng)力水平一般是等間距選取的，所有試驗樣本被平均分配到各個應(yīng)力水平。通過對加速試驗的工程實踐發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)基于平均理論的加速試驗方案的效率和統(tǒng)計分析結(jié)果并未達(dá)到最佳效果。

4 導(dǎo)彈貯存延壽工程環(huán)境試驗研究現(xiàn)狀

4.1 環(huán)境試驗理論研究現(xiàn)狀

我國現(xiàn)有的有關(guān)環(huán)境適應(yīng)性標(biāo)準(zhǔn)絕大部分是環(huán)境試驗方法標(biāo)準(zhǔn)，環(huán)境條件標(biāo)準(zhǔn)主要是自然環(huán)境條件標(biāo)準(zhǔn)［24］。但是現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)與法規(guī)并沒有明確給出如何科學(xué)地選擇環(huán)境試驗項目、試驗程序、試驗持續(xù)時間、試驗應(yīng)力組合方式、試驗項目順序安排方法等。

文獻(xiàn)［25］認(rèn)為，環(huán)境試驗設(shè)計一般包括試驗項目、試驗條件、試驗方法和程序、試驗順序四個方面。環(huán)境試驗之前需要預(yù)估所要經(jīng)歷的環(huán)境，在試驗項目的確定過程中盡量都要考慮進(jìn)去。GJB150A 中為裝備環(huán)境試驗規(guī)定了20 多個試驗項目［26］，基本能夠涵蓋裝備預(yù)期會經(jīng)歷的使用環(huán)境。但是如何科學(xué)選擇這些試驗項目，試驗條件如何確定，是需要進(jìn)行科學(xué)論證的。環(huán)境試驗通常不止一個試驗項目，這就涉及到試驗項目的順序安排問題，這些項目安排的先后順序?qū)τ谠囼灲Y(jié)果，試驗所需試驗件數(shù)量和試驗成本有很大影響。根據(jù)設(shè)備特點和各種試驗階段的試驗?zāi)康模瑏泶_定設(shè)備特有的試驗順序，通?？梢园匆韵滤念惽闆r來確定試驗順序：1）按試驗?zāi)康拇_定試驗順序；2）按所遇環(huán)境因素的先后；3）按對設(shè)備生產(chǎn)最大的影響來確定；4）根據(jù)試驗的經(jīng)費和時間來確定。除了上述應(yīng)遵循的原則以外，在合理安排試驗順序時，我們還應(yīng)注意試驗項目間的相互影響［29］。

文獻(xiàn)［27］歸納總結(jié)了空空導(dǎo)彈的環(huán)境試驗順序，但是這個結(jié)論并不適合其他類型的導(dǎo)彈。由此可見，當(dāng)前對于試驗項目的選擇和順序優(yōu)化的研究主要是定性描述為主，缺少科學(xué)方法分析過程。

4.2 環(huán)境試驗工程實踐現(xiàn)狀

當(dāng)前導(dǎo)彈貯存延壽工程中環(huán)境試驗項目的選擇原則遵從GJB150A，一般應(yīng)包括高溫試驗、低溫試驗、振動試驗、沖擊試驗、傾斜和搖擺試驗等，一般為單應(yīng)力序貫試驗。

文獻(xiàn)［28］指出我國現(xiàn)階段的環(huán)境試驗標(biāo)準(zhǔn)體系并不完備、環(huán)境試驗應(yīng)力較單一、試驗結(jié)論置信度不高等問題。常用環(huán)境試驗主要為單因素環(huán)境試驗，綜合環(huán)境試驗也并不能完全涵蓋裝備預(yù)期會經(jīng)歷的使用環(huán)境［29］。環(huán)境試驗綜合化水平低等問題會導(dǎo)致試驗結(jié)論可信度降低［30］。

綜上，當(dāng)前貯存延壽工程中，環(huán)境適應(yīng)性驗證試驗試驗項目的選擇以及試驗項目實施順序還沒有經(jīng)過科學(xué)論證得到一個公認(rèn)的結(jié)論，這就需要在已有研究基礎(chǔ)上根據(jù)相關(guān)工作時序和邏輯關(guān)系梳理出整個試驗工作的流程圖，再運用運籌學(xué)和系統(tǒng)工程管理等方法對試驗工作流程圖中的各環(huán)節(jié)進(jìn)行分析、預(yù)測、決策；明確約束條件及總目標(biāo)，充分利用資源來優(yōu)化方案［31］。

5 結(jié)語

我國已經(jīng)為多型戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈開展過貯存延壽工作，積累了一些經(jīng)驗，但是依然存在一些關(guān)鍵問題亟待解決?，F(xiàn)場技術(shù)勘驗工作之前都是根據(jù)以往實踐經(jīng)驗對導(dǎo)彈和備件進(jìn)行抽樣選取，子樣選取沒有統(tǒng)一、系統(tǒng)的準(zhǔn)則。工業(yè)部門公認(rèn)的子樣選取原則是盡可能涵蓋所有批次、包含不同貯存地點、值班時間長、履歷復(fù)雜的導(dǎo)彈，都是較為定性模糊的描述，對于抽取的樣彈數(shù)目、針對每一枚樣彈開展的工作至今還缺少系統(tǒng)、科學(xué)的論證，這樣會造成子樣的閑置和浪費。而且當(dāng)前導(dǎo)彈延壽試驗至今沒有形成一套完備的標(biāo)準(zhǔn)體系，當(dāng)前貯存延壽工程實踐中，導(dǎo)彈裝備由于其維修工作的復(fù)雜性、維修問題的多樣性、維修任務(wù)的緊迫性，這就使得延壽修理與我們平時的計劃修理、故障修理等修理方式有很大不同，體現(xiàn)在總目標(biāo)的不同、以及如何組織協(xié)調(diào)這些工作、如何調(diào)運分配修理資源等。通過合理地安排維修任務(wù)和維修工序，可以使得延壽措施落實工作有序高效地進(jìn)行。

以上這些問題一直困擾著我國各型號的導(dǎo)彈貯存延壽工作，同時也制約著我國導(dǎo)彈貯存延壽技術(shù)的發(fā)展，如果不得以解決，會嚴(yán)重影響貯存延壽結(jié)論的可信性。因此，這些關(guān)鍵問題是導(dǎo)彈貯存延壽工程研究的趨勢。