艦船裝備可靠性分析評估程序及實(shí)施方法研究*

李維林 范 敏 吳岳松

(中國艦船研究設(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,對其進(jìn)行評估也是裝備研制的重要程序和工作[1],在工程實(shí)際中,一般對任務(wù)可靠性進(jìn)行評估,對于艦船這樣一個(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,并為開展后續(xù)型號工作奠定基礎(chǔ)。按照本文所描述的流程及方法,已對多型艦載作戰(zhàn)系統(tǒng)進(jìn)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(shí)施方法

2.1 確定評估項(xiàng)目

根據(jù)艦船裝備的研制任務(wù)書或研制總要求,確定可靠性評價(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

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

2.3 現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集

對艦船裝備進(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)場進(jìn)行錄入。現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集來源包括艦上各系統(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,將書面記錄中不詳細(xì)、遺漏的故障信息、質(zhì)量意見等補(bǔ)充完善。

2.4 數(shù)據(jù)處理與分析

對現(xiàn)場采集的原始數(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)。

對于無序的原始現(xiàn)場采集數(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)剖面及可靠性評估模型

根據(jù)上級下達(dá)的任務(wù)書或相關(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)可靠性評估時(shí),按照對海作戰(zhàn)、對空作戰(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)的對空作戰(zhàn)任務(wù)可靠性評估模型為圖1所示。

對對空作戰(zhàn)任務(wù)可靠性評估模型中各分系統(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)可靠性評估模型為圖2所示。

2.5 進(jìn)行定性分析、定量評估計(jì)算

定性分析工作的內(nèi)容包括對故障信息統(tǒng)計(jì)結(jié)果的分類及分析。定量分析主要根據(jù)現(xiàn)場故障信息的統(tǒng)計(jì),采用評估軟件進(jìn)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(chǎn)生的原因、硬件或軟件故障等進(jìn)行分類與統(tǒng)計(jì)。

一般來說,工程實(shí)施中,可采用權(quán)威部門開發(fā)的評估軟件,在筆者進(jìn)行的作戰(zhàn)系統(tǒng)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(wù)、小子樣復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)備單元和系統(tǒng)可靠性定量評估所開發(fā)的軟件工具,在模型建立、數(shù)據(jù)處理、評估方法等方面達(dá)到了國內(nèi)先進(jìn)水平。

Relvax V1.1適用于指數(shù)、正態(tài)、威布爾、對數(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)品的單元可靠性評定和以CMSR方法、貝葉斯方法、L-M 方法對系統(tǒng)進(jìn)行綜合評估。

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

2.6 可靠性評估結(jié)果分析

根據(jù)可靠性評估結(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,找出對海作戰(zhàn)、對空作戰(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 對空戰(zhàn)任務(wù)的各構(gòu)成單元的可靠性評估直方圖

圖3為某型艦作戰(zhàn)系統(tǒng)對空戰(zhàn)任務(wù)的各構(gòu)成單元的可靠性評估直方圖,由圖3可看出,對整個(gè)作戰(zhàn)系統(tǒng)而言,對空探測設(shè)備和軟硬武器是對空作戰(zhàn)任務(wù)的薄弱環(huán)節(jié)。通過對作戰(zhàn)執(zhí)行單元可靠性評估數(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 撰寫裝備可靠性分析評估報(bào)告

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

1)被評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)可靠性評估模型,包括各下級系統(tǒng)(設(shè)備)可靠性模型和任務(wù)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(wù)可靠性評估情況,并給出評估結(jié)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(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 艦船裝備可靠性評估遵守的原則[2]

1)為了保證對裝備可靠性評估分析的質(zhì)量,可靠性評估分析所依據(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,一般要求被評估的艦艇需要服役2年以上。

3)對采集的數(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)為保證對故障判定的準(zhǔn)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(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)入可靠性評估計(jì)算。

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

4 艦船裝備可靠性評估的工程實(shí)施約定

1)非模型單元約定

對于經(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,對變化部分進(jìn)行分析評估或?qū)Y(jié)果進(jìn)行修正,以修正后的結(jié)果作為評估基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

3)模型簡化處理約定

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。

5 結(jié)語

艦船裝備可靠性評估是一個(gè)工程項(xiàng)目,其結(jié)果將有利于部隊(duì)對裝備的性能更加全面的掌握,同時(shí)對于裝備的技術(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,本文所提出的評估程序及實(shí)施方法可以用于其他沒有樣機(jī)研制過程的系統(tǒng),一些具體的評估方法及實(shí)施過程仍需根據(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)

[2]Relex Software Co.&Intellect.可靠性實(shí)用指南[M].陳曉彤,等譯.北京:北京航空航天大學(xué)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(shè)計(jì)新技術(shù)[M].哈爾濱:哈爾濱工程大學(xué)出版社,2004