舰船装备可靠性分析评估程序及实施方法研究*

李维林 范 敏 吴岳松

(中国舰船研究设计中心 武汉 430064)

1 引言

舰船装备可靠性是其适用性的重要方面,对其进行评估也是装备研制的重要程序和工作[1],在工程实际中,一般对任务可靠性进行评估,对于舰船这样一个规模庞大的装备系统,由于可靠性试验,特别是寿命验证类试验所具有的破坏性,在经过此类试验后,受试系统或者报废或者要予以恢复,代价昂贵。显然,这样的验证方法不适合舰船装备,包括舰载作战系统这样没有样机研制阶段的大系统,该类系统由于其研制的特殊性使可靠性数据收集存在一定难度,同时为尽可能真实的评价作战系统的实际可靠性,故可在系统交付部队后,结合各种试验及部队使用进行可靠性数据收集,并据此进行分析评估,验证舰船装备交付部队后在实际使用情况下装备的可靠性水平,确定薄弱环节以便采取纠正措施,并为开展后续型号工作奠定基础。按照本文所描述的流程及方法,已对多型舰载作战系统进行了可靠性评估,并取得良好效果。

2 舰船可靠性评估程序及实施方法

2.1 确定评估项目

根据舰船装备的研制任务书或研制总要求,确定可靠性评价参数,一般包括使用可用度A0、任务可靠度Rm、固有可用度 Ai[4]。

2.2 制定数据采集计划及内容

在分析评估工作准备阶段,研究制订开展可靠性分析评估工作计划,设计统一的数据采集电子表格,预先确定分析评价方法和工具,根据装备组成及特点,确定分析评估范围,明确数据采集设备及相应战位清单。

2.3 现场数据采集

对舰船装备进行可靠性数据采集,使用统一设计的电子数据表格在现场进行录入。现场数据的采集来源包括舰上各系统、设备的履历簿等原始记录数据、各战位人员的笔记本。在完成数据的初步录入后,分别与各战位的技术骨干进行交流,将书面记录中不详细、遗漏的故障信息、质量意见等补充完善。

2.4 数据处理与分析

对现场采集的原始数据进行处理分析主要按如下步骤进行:

1)对采集到的可靠性原始信息进行处理

可靠性原始信息的处理内容包括故障信息的逐条甄别、故障信息的融合、故障信息的统计。

对于无序的原始现场采集数据,遵照数据处理原则,分别将多条舰船装备各分系统及设备的可靠性数据作统一的规范化处理,整理出两类表格:工作时间表和故障信息表。

2)确定任务剖面及可靠性评估模型

根据上级下达的任务书或相关研制文件,明确任务剖面,并确定故障判据。

在笔者进行舰载作战系统可靠性评估时,按照对海作战、对空作战、反潜作战、编队指挥作战任务确定可靠性模型,并使该模型与方案及技术设计阶段的模型一致,以验证设计阶段模型的准确性,在各任务模型中,各功能模块最小粒度一般为分系统(设备),如某型舰作战系统的对空作战任务可靠性评估模型为图1所示。

对对空作战任务可靠性评估模型中各分系统进行分解细化,即建立各分系统(设备)的可靠性评估模型,如指控系统、综合导航系统、通信系统等,某型舰指控系统可靠性评估模型为图2所示。

2.5 进行定性分析、定量评估计算

定性分析工作的内容包括对故障信息统计结果的分类及分析。定量分析主要根据现场故障信息的统计,采用评估软件进行定量评估。

对于装备使用中所发生的故障,按照故障发生后的影响程度、故障产生的原因、硬件或软件故障等进行分类与统计。

一般来说,工程实施中,可采用权威部门开发的评估软件,在笔者进行的作战系统评估工作中,采用了某武器装备可靠性研究中心开发的可靠性评定软件Relvax V1.1,该评定软件针对舰船装备这类多任务、小子样复杂系统进行设备单元和系统可靠性定量评估所开发的软件工具,在模型建立、数据处理、评估方法等方面达到了国内先进水平。

Relvax V1.1适用于指数、正态、威布尔、对数正态、结构正态等多种寿命分布的产品进行可靠性评估和转换;支持串联、并联、n中取k、旁联、和联等多种可靠性结构模型;支持产品的单元可靠性评定和以CMSR方法、贝叶斯方法、L-M 方法对系统进行综合评估。

根据分类处理后的数据,利用可靠性评估软件进行装备任务可靠性评估,得出评估结果。

2.6 可靠性评估结果分析

根据可靠性评估结果,分析装备可靠性指标满足情况,并进行可靠性薄弱环节分析[3]。在进行舰载作战系统可靠性薄弱环节分析时,用直方图形式对作战系统各任务的薄弱环节进行分析,找出对海作战、对空作战、反潜作战、编队指挥作战任务中可靠性薄弱的功能模块,再据此分析各分系统中组成设备的相对薄弱环节,以指导设备改进及后续相关系统、设备研制。

图3 对空战任务的各构成单元的可靠性评估直方图

图3为某型舰作战系统对空战任务的各构成单元的可靠性评估直方图,由图3可看出,对整个作战系统而言,对空探测设备和软硬武器是对空作战任务的薄弱环节。通过对作战执行单元可靠性评估数据的分析,可确定作战执行单元(即具体的系统(设备))的可靠性薄弱环节。

2.7 撰写装备可靠性分析评估报告

根据可靠性分析评估的实际情况,撰写可靠性评估报告,报告内容主要包括以下几个方面:

1)被评估装备的使用与维修原始数据的收集情况,以及数据的整理、分类结果;

2)所建立并使用的任务可靠性评估模型,包括各下级系统(设备)可靠性模型和任务可靠性模型,以及评估的特殊说明及约定;

3)介绍装备的任务可靠性评估情况,并给出评估结论;

4)说明可靠性薄弱环节分析情况,最终给出可靠性评估的建议,比如,针对具体的可靠性薄弱环节,可建议承研单位对可靠性薄弱设备加强可靠性设计、分析等工作,加大可靠性试验力度,从技术和管理两个方面提高设备可靠性水平。

3 舰船装备可靠性评估遵守的原则[2]

1)为了保证对装备可靠性评估分析的质量,可靠性评估分析所依据的基础数据信息必须充分、客观、真实、评估分析方法科学合理、数据分析处理专业、客观,定性分析严谨。

2)为保证用于可靠性评估的数据有足够的样本数,根据实际数据收集情况看,一般要求被评估的舰艇需要服役2年以上。

3)对采集的数据进行人工审查,纠正笔误、错记,统一计量单位,规范数据和采集格式。

4)为保证对故障判定的准确性,对所收集故障的判定工作由可靠性评估工作小组成员3人以上协商完成,判定工作一般包括故障的类别(关联或非关联)分类以及故障对装备功能性能的影响程度分析。

5)非责任故障不计入可靠性评估计算。

6)对于已消除了机理的责任故障不计入可靠性评估计算(如:软件缺陷引起的故障,修改后并验证无误的)。

4 舰船装备可靠性评估的工程实施约定

1)非模型单元约定

对于经可靠性工程分析得到可靠性指标很高的产品,可作为非模型单元处理,系统间、设备间连接管路、导线可靠度视为可靠性指标等于1。

2)成熟产品处理约定

对继承性较强的成熟产品,参照以往同类产品可靠性信息,对变化部分进行分析评估或对结果进行修正,以修正后的结果作为评估基础数据。

3)模型简化处理约定

可靠性模型按典型任务剖面(在轨运行)进行建模,可靠性模型单元可只考虑完成规定任务剖面的最少单元,可靠性模型中最低约定层次为设备级。

5 结语

舰船装备可靠性评估是一个工程项目,其结果将有利于部队对装备的性能更加全面的掌握,同时对于装备的技术发展具有指导意义,其关键是可靠性数据收集、处理及利用,本文所提出的评估程序及实施方法可以用于其他没有样机研制过程的系统,一些具体的评估方法及实施过程仍需根据具体情况进行分析研究。

[1]谢德光,李洪斌,孙晓风.舰艇作战系统可靠性鉴定分析[J].舰船电子工程,2003,23(1)

[2]Relex Software Co.&Intellect.可靠性实用指南[M].陈晓彤,等译.北京:北京航空航天大学出版社,2005,7

[3]龚庆祥.型号可靠性工程手册[M].北京:国防工业出版社,2007,4

[4]徐宗昌.保障性工程[M].北京:兵器工业出版社,2002

[5]朱英富.水面舰船设计新技术[M].哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社,2004