艦船裝備可靠性驗證試驗中的問題與對策

黃健

【摘要】隨著艦船裝備可靠性工作的深入開展，可靠性驗證試驗開展的范圍越來越大、涉及到的裝備越來越多，相關問題也隨之凸顯。從整體的、全過程的視角來看待可靠性驗證試驗，提出了可靠性驗證試驗的總體流程，明確了可靠性驗證試驗各階段在工程中存在的主要問題，給出了對上述問題的解決對策。

【關鍵詞】艦船 可靠性驗證試驗 問題 對策

1引言

隨著艦船裝備可靠性工作的深入開展，可靠性驗證試驗工作越來越受到重視，可靠性驗證試驗開展的范圍越來越大、涉及到的裝備越來越多。大量的可靠性驗證試驗使得承制方更加重視可靠性工作，使得交付到部隊手中的裝備是具有較高可靠性。

在顯著促進艦船裝備可靠性工作的同時，艦船裝備可靠性驗證試驗難免存在一些問題。已有相關文獻對設備（含軟件）的可靠性問題及對策進行了研究，但研究僅限于設備級，對于艦船這樣的大系統可靠性試驗問題研究較少；也有針對可靠性試驗方案的相關研究，但從源頭開始對可靠性試驗問題展開的研究較少。

本文跳出可靠性驗證試驗本身，從整體的、全過程的視角來看待可靠性驗證試驗，從源頭查找引發問題的原因。首先，明確了可靠性驗證試驗的相關概念，提出了可靠性驗證試驗的總體流程；然后，明確了可靠性驗證試驗各階段在工程中存在的主要問題；最后，給出了對上述問題的解決對策。

2裝備可靠性驗證試驗的概念

可靠性試驗主要包括：環境應力篩選、可靠性研制試驗、可靠性增長試驗、可靠性鑒定試驗、可靠性驗收試驗。其中，環境應力篩選、可靠性研制試驗、可靠性增長試驗屬于工程試驗，其目的是改進裝備可靠性：可靠性鑒定試驗、可靠性驗收試驗屬于統計試驗或驗證試驗，其目的是驗證產品可靠性是否達到要求。

可靠性鑒定試驗的目的是驗證產品的設計是否達到了規定的可靠性要求；可靠性驗收試驗目的是驗證批生產產品的可靠性是否保持在規定水平。可靠性鑒定試驗一般用于對新設計的產品或經過重大修改的產品進行設計定型，是研制階段的試驗；產品在生產過程可靠性的穩定性則往往通過抽樣的可靠性驗收試驗進行判斷，所有可靠性驗收試驗是生產階段的試驗。

3艦船裝備可靠性驗證試驗的流程

要落實好艦船裝備可靠性驗證試驗，不能只孤立地看試驗本身，試驗之前關于可靠性試驗指標的確定也十分重要。實際上，裝備可靠性試驗的相關工作從裝備立項論證階段就已經開始，一直持續到裝備建造和交付階段。依據工程經驗，提出了艦船裝備可靠性驗證試驗的流程，如圖1所示。

圖1艦船裝備可靠性驗證試驗的流程圖

（1）立項論證階段，訂購方確定艦船總體可靠性指標：固有可用度Ai，任務可靠度Rm。

（2）方案設計和深化方案設計階段，承制方總體單位通過可靠性分配、預計方法，將總體可靠性指標分配到系統、設備，明確系統、設備的可靠性指標Ai、平均故障間隔時間MTBF、平均修復時間MTTR、Rm，平均嚴重故障間隔時間MTBCF；通過總體單位與系統、設備單位的多次溝通，使系統、設備單位認可總體單位給出的可靠性指標；訂購方組織專家對可靠性分配、預計方法和結果進行評審。

（3）技術設計階段，系統、設備單位制定可靠性試驗方案和評價方法。可靠性驗證試驗包括可靠性鑒定試驗和可靠性驗收試驗。訂購方組織專家對上述試驗方案和評價方法進行評審。

（4）施工設計、建造階段和交船階段，依據試驗方案和評價方法開展可靠性試驗與評價。訂購方組織專家對試驗過程和評價結果進行評審。

4艦船裝備可靠性驗證試驗的問題

在工程實踐中，艦船裝備可靠性驗證試驗中主要存在以下問題：

（1）裝備可靠性分配、預計中通常假設裝備可靠度函數都服從指數分布，可能與實際情況存在一定偏差。

由于可靠度函數服從指數分布時，裝備故障率為常數，符合大部分裝備的故障發生規律，而且在理論上有與MTBF互為倒數關系的結論，大大方便了工程計算，因此工程上通常假設裝備可靠度函數都服從指數分布。然而，理論上只有電子產品是較好地服從指數分布，裝備中的機械類、機電類產品可能不完全服從指數分布，而一律假設為指數分布就會導致計算結果出現偏差。

（2）基本可靠性分配、預計采用全串聯模型，導致考慮的裝備越多，艦船總體可靠性越低，對各級裝備可靠性要求越高。

基本可靠性分配、預計是針對艦船總體可靠性指標Ai開展的，通過分配、預計確定各級裝備的Ai、MTBF和MTTR。工程上在分配、預計中較多采用可靠性框圖法，該方法對于基本可靠性分配、預計采用全串聯模型，導致考慮的裝備越多，艦船總體可靠性越低，而在艦船總體頂層要求的約束下，必然導致對各級裝備可靠性要求越高。因此，工程實際中只能盡量減少對不重要裝備的考慮，從而減少分配、預計的壓力。

（3）任務可靠性分配、預計時，設備在任務中的具體運行時間不明確，導致可靠性計算不準確。

艦船裝備在立項論證階段，訂購方就會給出其總體任務可靠性框圖，給出各主要任務的大致估算時間。但對于任務可靠性分配、預計來說，上述估算時間難以滿足需求。例如，某型補給船的總體任務可靠性框圖中，只給出了該船在典型任務剖面中的補給次數，沒有給出補給時間。因此，訂購方應向承制方提供歷史數據，給出經驗指導，共同確定每次的補給時間。此外，對于具體的補給設備，如船上的垂直補給設備，其在整個補給過程中有多次時間運行、多長時間不工作也十分重要，這也需要訂購方協助承制方來確定。在缺乏相關數據和經驗時，承制方傾向于按照最大工作時間來計算可靠性要求，例如認為補給船的直補給設備在整個補給過程中一直工作，這樣可能會大大提高對系統、設備的可靠性要求。

（4）設備廠家在依據合同可靠性指標制定可靠性試驗方案時，會遇到指標轉換、試驗時間較長、實際環境難以模擬等問題。

依據GJB899A-2009《可靠性鑒定和驗收試驗》中給出的可選試驗方案，設備需要進行的試驗時間通常較長。例如，即使是在高風險定時試驗統計方案中，選擇最高決策風險，使用方風險和生產方風險均為30%、鑒別比為3.0的情況下，試驗時間依然為MTBF檢驗下限的1.1倍：而當使用方風險和生產方風險均為10%、鑒別比為1.5時，試驗時間為MTBF檢驗下限的45倍。為了縮短時間，設備廠家傾向于選擇高風險，高鑒別比方案，但這樣會增加訂購方接收不合格產品的風險。

5艦船裝備可靠性驗證試驗問題的對策針對上一節中的可靠性驗證試驗主要問題，提出以下解決對策：

（1）通過收集設備及其部件的可靠性數據，采用統計學方法可以準備確定設備的壽命分布。這項工作需要涉及設備、部件種類繁多，需要頂層規劃以協調大量人力、物力、財力、時間，還需要建立分布式數據庫實現數據共享。雖然十分困難，但這是一項極其重要的基礎性工作。在具體工程計算方面，由于除指數分布外，其他的壽命分布計算相對復雜，因此工程上需要開發艦船裝備可靠性建模、分配與預計軟件，支持各種類型壽命分布的相關計算。

（2）相比于不考慮任務剖面、任務時間、始終全串聯的基本可靠性模型，依據任務剖面、任務時間建立的任務可靠性模型更有價值。在艦船裝備建模、分配和預計中，應更多關注任務可靠性。而分配和預計工作相比，預計更加重要。分配通常采用評分分配法，由于評分帶有主觀性，加之方法固有的一些問題，導致結果有偏差，只作為沒有數據時的一種參考。最終船總體可靠性是否滿足訂購方要求，還要看可靠性預計，預計中用到的設備可靠性數據是得到設備廠家認可的。可靠性預計涉及到艦船的各個任務階段，通常航渡時間較長、設備可修，而任務階段較短、設備不可修，根據工程經驗，重要的是任務階段的可靠性預計。因此，艦船可靠性建模、分配與預計的諸多工作中，重點工作是艦船任務階段的任務可靠性建模和預計。

（3）任務可靠性分配、預計時，需要訂購方提供設備實際使用的數據，如設備在各種典型任務中的開機頻率、每次連續開機時間、任務量等，便于承制方準確估算設備工作時間。在提出可靠性指標過程中，對于重要設備，可嘗試采用面向任務的方法，使得指標為滿足各種任務的運行時間或者任務量。這樣方法相對建模、分配與預計更加直接，在現有方法還不完美的情況下，在工程上可能更為準確，依據這樣的指標更容易制定可靠性試驗方案。例如，訂購方提供歷史數據和現在的任務需求，承制方估算出某船起吊設備在典型任務中需吊起的總重量，即作為其可靠性指標，并據此制定試驗方案。

（4）在確定可靠性試驗方案時，對于重要設備要求可靠性較高，可要求生產方降低使用方風險，采用標準型試驗方案。降低風險會導致試驗時間增加，應考慮增加經費和時間。若試驗方案的鑒別比較高，如鑒別比為3.0，意味著生產方最高可接受值為3倍的MTBF檢驗下限，這個在技術上能否實現需要論證研究。對于重要設備可靠性試驗中難以模擬出的實際環境條件，在工程上可采用一些變通方法。例如某補給船的液貨補給裝置，其整體無法進行振動、搖擺，可對重要部件開展。

6結論

梳理、提出了艦船裝備可靠性驗證試驗的總體流程。從全流程的角度，依據工程經驗明確了艦船裝備各階段相關工作中存在的可靠性試驗問題，提出了上述問題的解決對策。這些對策難以一蹴而就，需要在工程上加強頂層設計、管理，充分利用信息化技術，打破行業、專業壁壘，不斷探索有效的方法。