魚雷裝備可靠性工作探討

鄧新文

（中國人民解放軍91388 部隊，廣東 湛江 524022）

0 引言

魚雷作為水面艦艇、潛艇和反潛直升機的主要攻擊武器，因其殺傷力大、隱蔽性好等優點而備受各國海軍重視。隨著科學技術的發展和國防建設的需要，魚雷裝備技術要求變得更高、系統變得更加復雜、使用環境也變得更加嚴酷。與此同時，魚雷裝備的可靠性也面臨新的需求和挑戰。

傳統的研制過程中往往重點考慮裝備本身的功能特性，對裝備的可靠性關注不夠，未把可靠性工作全面落實到裝備研制的全系統、全特性和全過程中，造成裝備交付部隊后出現可靠性低、故障多和維修保障費用高等問題。為此，急需結合魚雷裝備研制，綜合權衡可靠性指標與技術性能指標，從系統工程角度進行可靠性工作規劃，系統引入一系列仿真、強化和加速等先進的設計和試驗技術，全面提高魚雷裝備可靠性工程實施效率，保障裝備的可靠性有計劃地穩步提高，最終保證交付裝備的高質量和高可靠。

本文按照裝備的全系統、全特性和全過程的質量管理內涵，根據魚雷裝備的使用要求、研制的不同階段和不同層次產品的特點等研究適應于魚雷裝備的可靠性工作方案，以期指導魚雷裝備可靠性工作的具體工程實現，為后續高新魚雷裝備的可靠性工作提供技術服務和方法支撐，提升魚雷裝備可靠性能力，促使裝備更快形成戰斗力，充分發揮裝備的效能。

1 可靠性工作總體思路

可靠性工作的目標是確保產品達到規定的可靠性要求，滿足戰備完好性和任務成功性要求、降低對保障資源的要求和減少壽命周期費用。

可靠性工程是貫穿魚雷型號全壽命周期的一項工作，涉及產品壽命周期各階段和產品各層次，必須與其研制工作緊密結合，應充分考慮研制進度，分析影響可靠性工作實現的關鍵因素，合理安排各項可靠性工作，確定可靠性設計分析和驗證試驗的工作重點，通過重點開展可靠性設計分析工作項目，提高型號總體設計質量；通過將型號的性能試驗、功能試驗、環境試驗和專項可靠性試驗等納入到可靠性增長管理范圍，利用設計—試驗—分析—評估—改進的技術過程管理，實現裝備可靠性持續評估（評價）和過程控制，以確保裝備其能夠有計劃、按步驟地穩步提高，滿足使用方鑒定要求。

可靠性工作的總體思路是沿著裝備壽命周期“1 條主線”（論證、方案、研制、鑒定和使用等），采取定性（對工作開展情況及效果）評估和定量（對產品進行分析及試驗）評價“2 種手段”，針對產品的 “3 個維度”（研制類型：沿用/新研/改進；產品層次：全雷/分系統/設備/組件；任務環境：庫房/艦艇/水中等），通過管理創新和技術創新，實現持續評估（評價）和過程控制。

2 可靠性工作詳細流程

根據GJB 450A 《裝備可靠性工作通用要求》，結合魚雷裝備研制特點，各階段可靠性工作流程如圖1 所示，以下分階段詳細闡述各階段可靠性工作主要內容。

圖1 各階段可靠性工作流程

2.1 論證階段

論證階段關于可靠性最重要的工作是確定裝備的可靠性和壽命各指標和要求，將其納入裝備立項論證報告。畢竟無論是使用方還是承制方均是圍繞“如何提出可靠性要求” “如何實現可靠性要求”開展工作的，所以科學且合理地確定裝備的可靠性要求是開展型號可靠性工作的前提，也直接影響著裝備的作戰效能、使用適用性和全壽命周期費用。

論證階段，可靠性要求論證的基本程序和應確定的內容主要包括以下幾個方面。

a）明確論證依據和收集分析信息

在開展可靠性和壽命定量要求論證之前，必須獲得和明確論證依據和信息，主要包括：裝備的任務需求和作戰使用方案、裝備的壽命剖面和任務剖面、初步的總體研制方案設想和初始保障方案設想、國內外相似裝備的可靠性現狀等。

b）確定裝備可靠性與壽命參數集和指標初步要求

結合裝備任務需求、初步技術方案、使用方案和初始保障方案等，根據GJB 1909A 和通用規范，從裝備可靠性基本參數中選擇適用于魚雷裝備的可靠性與壽命參數，同時根據裝備戰備完好、任務成功準則和典型任務剖面，初步確定裝備可靠性、壽命參數和相應指標要求。

c）權衡并確定可靠性與壽命指標要求

可靠性與壽命指標要求目標值初步確定后，應進行綜合權衡分析，分析可靠性指標與其他戰術技術指標、可用性指標、作戰效能和全壽命周期費用之間的綜合權衡，最終確定出裝備可靠性和壽命的定性和定量指標。

d）確定擬采取的可靠性方案、工作項目和工作計劃

全面規劃魚雷全壽命周期的可靠性工作，制訂可靠性計劃；根據合同要求制定可靠性工作計劃，明確可靠性要求和可靠性工作項目的要求，以保證可靠性工作順利進行。

2.2 方案階段

方案階段是整個型號研制過程的起點，制定的型號可靠性工作計劃是各分系統開展可靠性工作的輸入，直接影響著整個型號可靠性工程的成敗，也決定著裝備的可靠性指標是否能夠順利達標，故做好型號研制全過程可靠性工作頂層規劃是方案階段可靠性工作的重中之重。

方案階段應完成的可靠性工作主要如下所述。

a）制定可靠性工作計劃

可靠性工作計劃是承制方執行可靠性管理的基本文件，更是各分系統開展裝備可靠性工程研制的重要依據。針對具體可靠性工作項目，必要時由承制方總體編制相關工作項目的指導性文件、工作指南、模版和工程案例，包括可靠性指標分配方法與要求、可靠性預計方法與要求和可靠性設計準則等，下發給各分系統設計師，以供參考使用。

b）開展魚雷裝備環境應力實測

開展魚雷裝備環境應力實測，為確定環境技術條件、開展耐環境設計和制定陸上可靠性試驗條件提供依據。

c）開展可靠性設計分析工作

開展可靠性建模、分配和預計，制定可靠性設計準則，明確各分系統可靠性與壽命定性和定量要求，作為分系統開展研制的基本輸入和要求。

d）制定可靠性試驗與評估總體策劃

可靠性試驗作為發現裝備研制潛在缺陷和考核裝備可靠性水平的重要手段，貫穿于裝備研制全壽命周期，涉及產品研制過程中各階段和產品各層次。因此，應在方案階段對裝備研制周期內的可靠性試驗進行總體策劃，明確研制全過程可靠性試驗工作思路，確定全雷/分系統/設備/組件各級產品在各研制階段應開展的可靠性試驗項目、內容、方法、實施程序、完成形式和檢查評價方式，對可靠性試驗、評估和評價進行系統規劃，以便在不同研制階段對不同層次產品規劃相應的可靠性試驗內容，最終實現并科學驗證產品滿足使用方提出的可靠性要求。魚雷可靠性試驗工作策劃如圖2 所示，各階段的可靠性試驗項目和目的如表1 所示。

表1 各類試驗項目對比及適用階段

圖2 魚雷裝備可靠性試驗工作策劃示意圖

e）制定可靠性監督管理辦法和可靠性評審計劃

應制定可靠性監督管理辦法，明確可靠性管理工作項目，監督管理內容、程序、時機和方法；同時制定轉承制方和供應方監督管理辦法，并在研制過程中全面實施。

應根據魚雷研制實際和使用方要求，制定可靠性評審計劃，明確各研制階段可靠性評審節點設置、評審類型、評審內容、評審方式、評審管理、組織程序和評審要求。

f）制定元器件、零部件和原材料優選目錄及選用指南

根據產品特點制定元器件、零部件和原材料的選擇和使用控制要求，編制元器件、零部件和原材料優選目錄及選用指南，進行配套元器件的可靠性管理，加強元器件選用控制，建立和實施超目錄元器件審批制度，保證元器件質量和技術水平、可獲得性和國產化要求。

2.3 研制階段

該階段是可靠性研制的重要階段，絕大部分可靠性設計分析、試驗驗證和改進都是在該階段完成的，必須采取有效措施，加強監督管理，使可靠性設計和分析試驗工作落到實處。本階段重點應抓好以下工作。

a）開展可靠性試驗及評估技術研究

鑒于魚雷可靠性試驗技術尚無軍標可依，為了適應型號可靠性驗證試驗的需要，需要承試方開展可靠性驗證試驗方法的研究工作，制定魚雷產品可靠性實航工作可靠性、裝載可靠性、貯存可靠性試驗和壽命試驗方法與評估方法，研究并提出適用于產品的陸上可靠性試驗剖面、試驗方案、判別標準和評估方法等。

b）制定貯存壽命綜合評估方案和壽命試驗策劃

根據魚雷組成、各組件的結構特點、失效機理和承受的環境應力等，規劃各類組件的貯存壽命試驗方法、實施要求和評估要求等，包括新研非金屬材料的加速老化試驗、元器件、零部件的檢測分析、電子組件的加速壽命試驗、關鍵部件加速退化試驗和全雷的加速壽命試驗等。

c）制定環境條件和可靠性試驗剖面

根據方案階段獲得的環境實測數據和魚雷任務剖面，制定環境條件和可靠性試驗剖面，同時針對方案階段測試樣本量少、部分工況未測到等情況，在研制階段進一步開展環境應力實測和實測數據分析，完善環境條件和可靠性試驗剖面。

d）系統開展可靠性設計分析工作

系統開展可靠性建模、可靠性預計、故障樹（FTA）、故障模式影響/危害度分析（FMECA）、可靠性設計準則和關重件確定等可靠性設計分析工作。通過有限元分析、概率設計、耐久性分析、熱設計、降額設計和各種仿真設計分析方法，發現產品設計薄弱環節，及時采取糾正措施，確保在產品設計早期階段消除故障源、提高健壯性、減少試驗量和縮短研制周期。

e）關鍵、重要的新研電子組件可靠性仿真試驗

針對關鍵、薄弱和大功率電子組件實施基于故障物理的可靠性仿真試驗技術，分析其在熱和振動環境下的環境效應，模擬其在各類失效物理模式下的可靠性水平，確保在產品設計早期階段消除故障源、提高健壯性、減少試驗量且縮短開發周期。

f）主要結構件和關鍵運動機構耐久性仿真試驗

針對主要結構件和關鍵運動機構開展耐久性仿真試驗，分析其在疲勞、腐蝕和磨損等環境下耐久性水平，采取必要的優化改進措施。耐久性仿真試驗所發現的耐久性薄弱環節應及時分析，以指導耐久性設計改進。承制方在更改設計后應更新數字樣機，并再次進行耐久性仿真試驗，以此循環迭代直至達到規定的要求。

g）關鍵組件可靠性強化試驗

針對關鍵、重要組件和設備實施可靠性強化試驗，幫助承制方了解產品的設計水平及失效模式，快速激發產品設計及工藝缺陷，提出改進優化措施，以盡快提高產品設計健壯性，降低產品使用過程中發生故障的概率，從而加快研制進度，降低研制成本和外場試驗風險，有助于承制方建立產品設計能力資料庫，使其作為研發依據并縮短設計制造的進程。

h）新研和改進產品（組件、設備或分系統）可靠性摸底試驗

選取復雜的、重要度較高的和無繼承性的新研或改型產品進行可靠性摸底試驗，一方面評估產品在模擬實際環境下的可靠性水平，另一方面是通過綜合應力試驗暴露產品缺陷，提高產品的固有可靠性。

i）機械產品使用壽命摸底試驗

對有使用壽命要求的機械組件或設備開展使用壽命摸底試驗。

j）非金屬材料加速老化摸底試驗及新研結構件、元器件等天然暴露試驗

為評估新研非金屬材料、金屬材料、結構件和元器件等的貯存壽命，選取非金屬材料進行加速老化摸底試驗，選取典型結構件、元器件和新工藝材料在貼近裝備的實際工況環境的海島天然暴露試驗場，開展自然環境下天然暴露試驗。

k）元器件優選

制定材料和元器件控制要求，嚴格執行元器件大綱及元器件優選目錄，控制元器件的選擇和使用，杜絕設計源頭可靠性問題。

l）可靠性信息收集

制定可靠性信息收集處理計劃，根據可靠性增長管理要求，確定分系統或組件所需要的可靠性信息量，保證陸上可靠性試驗數據充分且有效，并通過加強對陸上試驗和湖海實航試驗數據的綜合分析，使各研制階段產品的可靠性水平受控且有本質上的增長。

m）依托第三方可靠性技術支撐專家系統開展可靠性設計核查

依托技術支撐專家系統開展魚雷裝備可靠性設計指導、過程控制和節點檢查，確保承制方嚴格按照工作要求開展可靠性工作。核查內容包括可靠性設計準則核查，可靠性預計核查，FME（C）A 核查，元器件、零部件和原材料選擇與控制核查，元器件降額核查，熱設計核查，振動設計核查等。

2.4 鑒定階段

鑒定階段主要工作是開展可靠性鑒定試驗，按照規定的可靠性評估方法，對相關可靠性指標進行評估，具體包括以下幾個方面的工作。

a）分系統、全雷可靠性鑒定試驗

為驗證分系統、全雷是否達到規定的可靠性要求，按選定的抽樣方案在規定的條件下開展可靠性鑒定試驗。

經過使用方同意，成功的可靠性增長試驗可代替可靠性鑒定試驗。

b）裝載/貯存可靠度驗證試驗

針對裝載/貯存可靠性，可采用陸上裝載/貯存可靠性加速試驗和實際裝載/貯存試驗相結合的方式進行。在不改變裝備故障模式和失效機理的條件下，采用加大試驗應力（如溫度應力、振動應力和電應力等）方法，開展裝載/貯存可靠性加速試驗，利用與物理失效規律相關的統計模型對在超出正常應力水平的加速環境下獲得的全雷裝載/貯存可靠性信息進行轉換，快速評估產品在額定應力水平下的可靠性。

c）貯存壽命試驗

壽命試驗的目的為：1）發現產品中可能過早發生損耗的零部件，以確定影響產品壽命的根本原因和可能采取的糾正措施；

2）驗證產品在規定條件下的使用壽命、貯存壽命是否達到規定的要求。

選取全雷、分系統或組件開展加速貯存壽命試驗、關鍵部件加速退化試驗和全雷環境適應性試驗驗證等，對全雷壽命進行驗證和評估。

d）可靠性評估

按照規定的可靠性評估方法，對相關可靠性指標進行評估，確認產品的可靠性水平是否達到規定的指標要求。

2.5 生產和使用階段

該階段的主要工作是開展可靠性驗收試驗，并根據使用階段的可靠性信息對可靠性進行評估，發現薄弱環節并進行改進，促進可靠性的進一步增長。具體包括：

a）開展環境應力篩選；

b）開展可靠性驗收試驗；

c）對裝備使用和維護數據進行數據采集、數據挖掘、統計分析，改進綜合保障方案；

d）建立產品使用可靠性信息收集、反饋系統，有計劃地收集魚雷使用期間的使用、維修、貯存、作戰值班和運輸等有關數據，為魚雷的使用可靠性評估與改進、完善使用與維修工作，以及后續新裝備的論證與研制提供信息；

e）制訂使用可靠性評估計劃，開展魚雷可靠性使用指標的補充驗證；通過部隊大量的實際貯存和裝載使用數據統計，對魚雷貯存可靠性、裝載可靠性指標進行客觀評價；

f）在使用階段，承制方應對魚雷使用中暴露的可靠性問題采取改進措施，重點是對發現的產品可靠性設計和生產中的薄弱環節，采取針對性措施加以改進，使產品質量不斷提高并趨于穩定。

3 結束語

本文針對魚雷產品特點及研制過程，按照裝備的全系統、全特性和全過程的質量管理內涵，研究適應于魚雷裝備的可靠性工作方案，規劃了各階段可靠性工作的詳細流程，全面提高魚雷裝備可靠性工程實施效率，保障裝備的可靠性有計劃地穩步提高，最終保證交付裝備的高質量和高可靠。