裝備可靠性裝載試驗方法研究*

卞大鵬 王勝兵

(1.海軍駐武漢701所軍事代表室 武漢 430064)(2.海軍工程大學(xué)理學(xué)院 武漢 430033)

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裝備可靠性裝載試驗方法研究*

卞大鵬1王勝兵2

(1.海軍駐武漢701所軍事代表室 武漢 430064)(2.海軍工程大學(xué)理學(xué)院 武漢 430033)

論文針對裝備的試驗時間長,樣機數(shù)量多等研制特點,提出了采用加速試驗和艦上試驗相結(jié)合方法,利用加速試驗,使裝備可靠性增長,大幅增加裝備可靠性信息,為開展裝備裝載可靠度驗證奠定基礎(chǔ)。最后通過仿真算例說明了利用該方法確定裝載可靠度驗證方案的合理性。

加速試驗; 可靠性增長; 裝載可靠度; 可靠性信息

Class Number TP302

1 引言

在裝備研制要求中,往往會提出裝備裝載可靠度指標(biāo)。裝備可靠性驗證往往受到研制時間,研制經(jīng)費的限制,需要根據(jù)裝備的研制特點,合理設(shè)計可靠性試驗方案,以便充分利用試驗信息,科學(xué)評價裝備的可靠性水平。文獻[1～2]中研究了使用HALT&HASS用于改進產(chǎn)品的可靠性試驗,能夠快速篩選產(chǎn)品缺陷,降低產(chǎn)品的故障率等。文獻[3～5]針對電子產(chǎn)品等提出了可靠性增長試驗的方法與管理。當(dāng)裝備的試驗時間長,樣機數(shù)量多時,如何根據(jù)裝備的這些研制特點,開展相應(yīng)的可靠性試驗,本文提出了裝載可靠度驗證采用加速試驗和艦上試驗相結(jié)合方法,利用加速試驗,使裝備可靠性增長,大幅增加裝備可靠性信息,為可靠度驗證奠定基礎(chǔ)。

2 裝載可靠性試驗方案Bayes確定方法

裝備裝載可靠性鑒定試驗是指在艦上實際裝載試驗,通過艦上實際裝載驗證裝備裝載可靠性是否達到規(guī)定的指標(biāo)要求。Bayes方法是一種利用先驗信息對裝備的可靠性進行評估的方法,廣泛用于機械與電子產(chǎn)品的評估[6～10]。為了利用Bayes方法制定裝備裝載可靠性鑒定試驗方案,必須充分利用陸上裝載試驗信息,以便有效減少艦上實際裝載試驗時間。

2.1 先驗信息和先驗分布

在制定裝備裝載可靠性鑒定試驗方案時,相對于裝載可靠性鑒定試驗(即艦上實際裝載試驗)而言,陸上裝載試驗信息實際上是裝載可靠性的先驗信息,因此,在制定裝備裝載可靠性鑒定試驗方案時將充分利用這些先驗信息。

根據(jù)裝備工程經(jīng)驗,可以選擇倒Gamma分布作為裝備裝載平均無故障間隔時間θ的先驗分布:

(1)

其中a、b為待定超參數(shù)。

假設(shè)裝備陸上裝載試驗信息為(T0,r0),則利用陸上裝載試驗信息就可以對裝備裝載可靠性進行評估,如給定置信度為1-α,利用加速裝載等效數(shù)據(jù)可以得到裝備裝載平均無故障間隔時間θ的置信下限為

(2)

在制定裝備裝載可靠性鑒定試驗方案時,陸上裝載試驗信息就是一種裝載可靠性先驗信息。利用上述先驗信息就可以確定先驗分布(4.1)中的超參數(shù)a、b。如選擇置信水平為0.8、0.9的裝載平均無故障間隔時間θ的置信下限θL0.2,θL0.1,就可以由方程組:

確定超參數(shù)a,b為

a=r0+1,b=T0

因此,裝備裝載平均無故障間隔時間θ的先驗分布為

(3)

2.2 可靠性鑒定試驗方案

在確定先驗分布(3)后,就可以制定裝備艦上裝載可靠性試驗的Bayes試驗方案。若裝備艦上裝載可靠性試驗方案為(T3,c)(其中T3為艦上裝載總試驗時間,c為最大允許故障數(shù)),則表示當(dāng)裝備進行艦上裝載試驗到T3時,若正好出現(xiàn)r3次故障,且r3≤c,說明裝備裝載可靠性達到了規(guī)定要求,否則說明裝備裝載可靠性沒有達到規(guī)定要求。

(4)

若規(guī)定了生產(chǎn)方和使用方各自所承受的風(fēng)險α=β=0.2,裝備裝載平均無故障間隔時間的最低可接受值為θ1,在給定最大允許故障數(shù)為c時,通過式后驗分布(C.4),可以確定裝備艦上裝載可靠性試驗時間T3:

(5)

當(dāng)給定c=0,1,2…時,就可以分別得到相應(yīng)需要在艦上裝載試驗時間。顯然,隨著c的增大,裝備艦上裝載試驗試驗時間也將增加。

3 Bayes方案的實施程序

基于Bayes方法制定的裝備裝載可靠性鑒定試驗方案實際上依賴于其陸上裝載可靠性信息。在陸上裝載試驗信息不同(如進行的加速裝載試驗信息不同)時,所得到的裝備艦上裝載試驗方案也不相同。因此,在利用Bayes方法制定裝備艦上裝載可靠性試驗方案時,不僅需要考慮在給定其陸上裝載可靠性信息情況下,確定裝備艦上裝載試驗方案,而且還需要考慮在各種可能的艦上裝載試驗情況下,提出對裝備陸上裝載試驗要求,尤其是應(yīng)考慮各種可能的艦上裝載試驗方案對裝備加速裝載試驗信息的要求,以便能夠事先明確所需要的加速裝載試驗時間,更好地進行裝備加速裝載試驗設(shè)計。

3.1 在已知陸上裝載信息情況下的裝載可靠性鑒定試驗方案

在已知裝備陸上裝載試驗信息的情況下,其艦上裝載可靠性鑒定試驗方案的制定程序為:

1) 將裝備陸上裝載試驗信息折算為實際裝載等效數(shù)據(jù),記為(T0,r0)。

2) 選擇使用方風(fēng)險β,在給定最大允許故障次數(shù)c=0,1,2…時,利用式(5)得到裝備艦上裝載試驗時間T3。在實際艦上裝載試驗不長的情況下,一般最大允許故障次數(shù)c=0,1。

假設(shè)裝備裝載平均故障間隔時間(MTBF)為T,在有不同裝備加速裝載等效試驗數(shù)據(jù)的情況下,對于給定的使用方風(fēng)險為β=0.2,就可以利用式(5)得到裝備艦上裝載試驗時間。

3.2 在已知艦上裝載試驗情況下陸上裝載試驗方案

由于受實際裝載試驗條件的限制,裝備艦上裝載試驗時間不可能很長,因此,根據(jù)裝備可能的艦上裝載試驗情況,事前提出裝備陸上裝載試驗信息需求,對在裝備初樣、正樣機研制階段陸上裝載試驗信息的收集具有重要意義。為此,針對裝備可能的艦上裝載試驗情況,分析其陸上裝載試驗時間。其具體步驟如下:

1) 選擇裝備可能的艦上裝載試驗時間T3,并規(guī)定其最大允許出現(xiàn)的故障次數(shù)c,即裝備的艦上裝載可靠性鑒定試驗方案為(T3,c);

2) 在給定的使用方風(fēng)險下,給出裝備陸上裝載試驗時可能出現(xiàn)的故障次數(shù)r0,由下式確定陸上裝載試驗時間T0。

(6)

由式(6)確定的陸上裝載試驗時間實際上表示:在只允許按照鑒定方案(T3,c)進行艦上裝載可靠性鑒定試驗時,為了保證有充足的裝載可靠性信息對裝備裝載可靠性進行驗證和評估,必須要求進行陸上裝載試驗的時間不小于T0,允許故障次數(shù)為r0,否則,將因沒有充足的裝載可靠性信息,造成裝備裝載可靠性無法進行驗證。

4 仿真典型試驗方案分析比較

考慮各種不同的數(shù)據(jù)情況下,三個階段采用不同的試驗方案的比較見表1。其中表的第二列表示裝備在研制階段所累積到的等效裝載可靠性數(shù)據(jù)。表的第三列表示利用加速裝載試驗所能夠得到的等效試驗時間,以及對應(yīng)的實際加速裝載試驗時間(其中加速系數(shù)選擇為115)。在獲得第一階段等效裝載數(shù)據(jù)和等效的加速裝載數(shù)據(jù)后,對應(yīng)的艦上裝載實際時間列在了表的第三列。

表1 不同試驗方案的比較

5 結(jié)語

從仿真結(jié)果可以得到,本文所采用的可靠性試驗方法可以很好地應(yīng)用到裝備的可靠性試驗之中,根據(jù)不同試驗階段,分別確定試驗方案以及加速試驗實施方法,保證裝備的可靠性穩(wěn)定增長。

[1] [美]Gregg K. Hobbs.高加速壽命試驗與應(yīng)力篩選[M].丁其伯,譯.北京:航空工業(yè)出版社,2002.

[2] 李一鵬.高加速壽命試驗(HALT)與高加速應(yīng)力篩選(HASS)設(shè)備設(shè)計分析[J].環(huán)境技術(shù),2013,32(6):52-55.

[3] 彌銳.電子產(chǎn)品的可靠性試驗及生產(chǎn)與使用過程的可靠性管理[J].新技術(shù)新工藝,2013(8):111-113.

[4] 梅文華.可靠性增長試驗[M].北京:國防工業(yè)出版社,2003.

[5] 張國龍,梁玉英,巴寧.可靠性試驗數(shù)據(jù)處理方法與工程實現(xiàn)[J].通信技術(shù),2011,44(2):138-140.

[6] 丁貝.基于Bayes方法的雷達系統(tǒng)可靠性評估[J].機械管理開發(fā),2013(6):77-78.

[7] 冷述振.評定艦炮武器系統(tǒng)可靠性指標(biāo)MTBF的Bayes方法[J].指揮控制與仿真,2011,33(6):109-115.

[8] 魯力,黃淼,南驊.基于Bayes方法的火箭彈存儲可靠性分析[J].四川兵工學(xué)報,2013,34(1):69-75.

[9] 樂明.某型艦載導(dǎo)彈發(fā)射裝置可靠性分析[J].艦船電子工程,2013,33(5):134-136.

[10] 周忠寶,厲海濤,劉學(xué)敏,等.航天長壽命產(chǎn)品可靠性建模與評估的Bayes信息融合方法[J].系統(tǒng)工程理論與實踐,2012,32(11):2517-2522.

Loading Test Methods for Military Material Reliability

BIAN Dapeng1WANG Shengbing2

(1. Naval Representative Office in 701 Institute, Wuhan 430064) (2. College of Science, Naval University of Engineering, Wuhan 430033)

For military material manufacture feature about long test time and more muster machine, the method combining accelerating test and testing on warship method is proposed. Accelerating test is used to achieve military material reliability growth and reliability information is ensured. Thus the basis is established for loading reliability validating. At last the paper gives an example which demonstrates the validity of method.

accelerating test, reliability growth, loading reliability, reliability information

2015年4月7日,

2015年5月23日

卞大鵬,男,碩士,工程師,研究方向:艦船航空保障、裝備可靠性。王勝兵,男,碩士,副教授,研究方向:可靠性數(shù)據(jù)分析與處理。

TP302

10.3969/j.issn.1672-9730.2015.10.032