舰船机电产品可靠性验收试验方法

黎 南 陈 放

1 海军装备部驻锦州地区军事代表局，辽宁锦州 121000

2 海军装备部驻沈阳地区军事代表局，辽宁沈阳 110031

0 引 言

随着用户对通用机电产品可靠性要求的提高，这些产品的可靠性试验验收必不可少。但由于可靠性试验费用高、周期长、试验标准针对性不强，指导作用发挥不显著，使得这些产品的可靠性验收工作往往难以有效开展。舰船通用机电产品的使用频率很高，现有的产品由于以前多未进行过可靠性试验验收，因此，设备厂家向用户提出的可靠性指标往往很不真实，使得用户获得的可靠性设计数据不准确，给舰船维护及保养带来了较大困难［1-2］。

按照 GJB899A-2009 可靠性通用大纲［3］的要求，可靠性试验内容非常复杂，程序也很严格，但其主要用于研制项目［4-5］。随着各级用户对通用机电产品可靠性要求的提高，需要对各种原先未进行过可靠性试验的通用机电产品开展可靠性试验验证，以确保能够满足用户提出的产品可靠性指标。在经费有限和供货周期紧张的情况下，如何顺利开展这项工作，确保产品能够满足用户要求就成了困扰许多机电产品生产厂家和用户的难题。

针对这一问题，本文通过对相关试验方法进行研究分析，提出了周期较短、便于实施、试验精度可信的可靠性试验验收方法，有助于指导此类产品可靠性试验工作的顺利开展。

1 基本方法及其存在的问题

1.1 基本方法

可靠性验收试验是在规定的条件下对提交的批生产产品进行试验，以验证提交的产品经过生产期间的工艺、工装、工作流程变化后是否满足规定的可靠性要求。其主要方法是按生产条件构成产品检验批，并从检验批中随机抽取试验样品，在与可靠性鉴定试验相同的综合环境试验条件下进行可靠性验收试验。试验内容包括试验要求、环境条件、子样数、试验统计方案、性能测试、过程管理、故障等级判别、数据处理、批接收与批拒收判决等。

根据国军标的基本要求，产品的可靠性验收试验包括试验前准备、综合环境条件检查、验收方案编制、试验中的性能测试及维护、制定失效判据、故障的分析处理以及试验结论判定等内容［6］。由于试验准备周期长、实施难度大，很多产品承制单位均以各种理由推脱开展此项试验，使得产品的故障隐患难以充分暴露，产品质量也因此难以得到保证。

1.2 存在的问题

1）指标要求存在争议

舰船机电产品在签订合同时，产品技术规格书一般都会提出一项可靠性指标，该项指标有的只有一个平均故障间隔时间（MTBF）的均值，有的则确定MTBF的上限值θ0和下限值θ1，有的明确了试验总时间，有的则允许自定试验时间，这使得验收试验的统计方案很难统一，试验结论争议较大，试验工作难以开展。

2）试验统计方案难以明确

按照国军标的要求，可靠性验收试验统计方案一般从标准的概率比序贯试验方案、定时截尾试验方案和全数试验方案中选取，也可以采用其他经订购方认可的方案。其中，序贯试验有8种统计方案（方案1～8），定时截尾试验有12种统计方案（方案9～17，方案19～21），全数试验方案只有1种（方案18）。

按照标准，可靠性验收试验统计方案的选取要考虑参试产品的成熟度及预期寿命、试验经费、产品可供试验的时间、决策风险（生产及使用方）以及类似产品的验证值等因素。通常情况下，若事先未规定明确的试验时间而希望尽快对产品的MTBF值作出接收或拒收判断时，可选用序贯试验统计方案；若合同或规范要求按明确的MTBF值开展可靠性验证试验，并且有固定的试验截止时间时，必须采用定时试验统计方案；若要求在可靠性验收试验中对每台产品都进行试验，则应选用全数试验统计方案。

在决策风险的选择上也存在较大困难。选择决策风险小的统计方案需要较长的试验时间和较高的运行费用；而选择决策风险大的方案，生产方和使用方都面临较大的风险，即生产方认为产品合格，却可能通不过试验，使用方得到的产品虽然通过了试验，却可能是不合格产品。

按照标准要求，确定可靠性验收试验统计方案的方法比较复杂，较难掌握。以序贯统计方案的确定方法为例，首先根据可靠性指标规定值θ0和最低可接受值θ1得出鉴别比d=θ0θ1，然后再根据事先确定的生产方风险值α和使用方风险值β选取r，使得下式成立：

式中，χ2(1- α)，2r和χ2β，2r是自由度为2r 的 χ2分布的上侧分位数，通过查标准中附录表A.1的1-α和β概率可以得到这两个值，直至这两个值的比率不小于θ0θ1为止。当找到这个点时，就可以确定自由度2r0，根据该值，便可计算出最大试验时间T0：

试验总时间T0内的最大允许故障数即为r0。

根据上述事例可以看出，可靠性验收试验统计方案数量多、选择过程变量多、人为确定因素多，不同的选取条件、要求和理解都会得到不同的试验方案，因此，当试验出现问题后必然会产生较大争议，导致试验难以顺利开展。

3）试验故障难以判定

根据标准要求，可靠性试验中出现的产品故障分为关联故障和非关联故障。非关联故障不作为受试设备合格与否的依据，而关联故障则应进一步分为责任故障和非责任故障，只有责任故障才能用于可靠性验收试验结果的统计分析。由于故障需要人为界定，因此在故障的确认上也容易产生分歧。

4）试验结论难以确定

基于上述原因，在最终试验意见的判定上，各方意见很难统一，从而导致舰船机电产品可靠性验收工作难以顺利开展。

2 提出的舰船机电产品的可靠性试验方法

为了更好地推广舰船机电产品的可靠性验收工作，本文提出了两种较为可行的可靠性验收试验方法。其中，简化方法算法简单，操作容易，但试验结果不够准确，风险相对较大；复杂方法比标准试验方案的适应性更好，可以不受鉴别比的限制而制定出比标准更为合理的试验方案，但操作相对复杂。

2.1 简单方法

本方案采取定时截尾试验方案（可靠性指标必须事先明确为接受值，即试验结果大于此值即可接收）。当被试设备总的试验时间达到试验方案规定的时间时就停止，或者总试验时间虽未达到方案规定的时间，但故障数已大于或等于试验方案规定的拒收判决数时，也应停止试验。试验参数制定方法如下［7-8］：

1）总试验时间T的计算

设备试验的总时间T一般以如下方式计算：将抽取的n个样品在规定条件下进行试验，至规定时间t停止，总时间应为全部的样品试验时间t的n倍。若在试验中有样品发生故障，需立即修复后继续试验，则总试验时间仍按式（3）计算；若不修复而直接取出r个故障样品，其他样品继续试验，至规定的时间t停止，则总时间按式（4）计算。

式中，n为试验的样品总数；t为试验截尾时间；r为发生故障的样品数。

2）加权故障数计算

根据责任故障的严重性将故障类别分级，并确定故障加权数。如在理论上可以推算出加权值，则按理论值加权，在无其他根据时，推荐以下经验加权值：

一级故障w1：r1=1；

二级故障w2：r2=0.4～0.9；

砖子觉得赵仙童不是小酒拿的，就是发神经。于是问，为期多长？赵仙童说，我想多长就多长，实验不下去了，就宣告结束。

三级故障w3：r3=0.01～0.3

加权故障数按下式计算：

式中，rw为加权故障数；ri为不同级别的加权系数（i=1，2，3）；wi为不同级别的故障数量（i=1，2，3）。

3）平均故障间隔时间（MTBF）的估计

如果有故障发生，用最后的试验总时间除以加权故障数便可求出MTBF的观测值θ，按下式计算：

式中，T为试验总时间。

2.2 复杂方法

根据国军标的要求，在设计可靠性验收试验方案时，应首先根据产品技术规格书提出的可靠性指标规定值θ0和最低可接受值θ1得出鉴别比d=θ0/θ1，然后再根据事先确定的生产方风险值α和使用方风险值 β，利用查表的方法得出试验总时间T和最大允许故障数r。但在鉴别比不是1.5，2，3等数目时，查表计算就很困难。在这种情况下，可以通过以下算法得到总的试验时间T及最大允许故障数r。

式中，f(x，2c+2)是自由度为2c+2的 x2分布密度函数。对于给定的生产方风险值α和使用方风险值 β，以及规定可接收的MTBF值θ0和最低可接受的MTBF值 θ1，可建立如下方程组［9］：

进而可推出如下公式：

确定试验方案后，若在有效试验时间T内产品出现的责任故障次数不大于c次，则认为产品达到了可靠性指标要求，可以通过可靠性验收。

3 结 语

根据国军标可靠性验收试验的有关要求，结合工作实际，提出的舰船机电产品的可靠性验收试验方法已在近期的可靠性验收试验中进行试用。试验结果表明，通过这两种可靠性验收试验方法所确定的试验方案均能达到预定的试验目的，可以初步认为这两种验收试验方法有望为类似产品的可靠性验收工作提供一定的指导。

［1］吕明春，田宏.电子产品可靠性试验方法研究［J］.光电技术应用，2007，22（5）：85-88.LV M C，TIAN H.Study of general test method for electro-optic warfare product reliability［J］.Electro-Optic Technology Application，2007，22（5）：85-88.

［2］李根成，姜同敏.寿命型产品可靠性统计试验方案设计与分析［J］.航天控制，2006，24（4）：73-76.LI G C，JIANG T M.Design and analysis of reliability statistic test scheme for life type product［J］.Aerospace Control，2006，24（4）：73-76.

［3］中国人民解放军总装备部.GJB899A-2009 可靠性鉴定和验收试验［S］.2009.

［4］何国伟.可靠性试验技术［M］.北京：国防工业出版社，1995.

［5］国防系统管理学院.系统工程管理指南［M］.北京：国防工业出版社，1991.

［6］中国人民解放军总装备部.GJB4239-2001 装备环境工程通用要求［S］.2001.

［7］刘智洋，黄敏，赵宇.利用设备变母体变环境数据的系统可靠性综合评估［J］.航空学报，2004，25（3）：254-257.LIU Z Y，HUANG M，ZHAO Y.Integrated evaluation of systen reliability using component's varied population-environment data［J］.Acta Aeronautica ET Astronautica Sinica，2004，25（3）：254-257.

［8］鲁宗相，刘文华，王仲鸿.基于k/n（G）模型的STATCOM装置可靠性分析［J］.中国电机工程学报，2007，27（13）：12-17.LU Z X，LIU W H，WANG Z H.Reliability evaluation of STATCOM based on the k-out-of-n：G model［J］.Proceedings of the CSEE，2007，27（13）：12-17.

［9］李生虎，丁明.电力市场中基于电价弹性的电力系统运行可靠性的协调控制［J］.中国电机工程学报，2005，25（24）：34-40.LI S H，DING M.Coordination to power system operational reliability in power market based on price elasticity［J］.Proceedings of the CSEE，2005，25（24）：34-40.