鱼雷多状态可靠性增长分析方法

廖富魁1, 周春明2, 赵 敏2



鱼雷多状态可靠性增长分析方法

廖富魁, 周春明, 赵 敏

(1. 海军驻昆明750试验场 军事代表室, 云南昆明, 650051; 2. 昆明船舶设备研究试验中心, 云南昆明, 650053)

为了更加有效地开展鱼雷可靠性增长分析, 发现和解决研制过程中存在的问题, 提出了鱼雷多状态可靠性增长分析方法。该方法在成败型AMSAA-BISE可靠性增长分析模型的基础上, 将故障次数用累计失败程度代替, 并通过试验验证了该方法的正确性。该方法简单易行, 能够推进可靠性增长分析方法的发展。

鱼雷; 多状态; 可靠性增长

0 引言

在鱼雷的可靠性工程实际中, 由于鱼雷的结构复杂, 功能多, 为了解决试验过程中的“性能判为不合格, 而可靠性判为成功”的悖论, 许多学者基于可靠性的定义, 从识别鱼雷完成规定功能出发, 对完成规定功能和未完成规定功能的2种状态外进行了拓展, 提出了鱼雷从最佳工作状态到完全失效状态之间还存在多种中间状态, 使用不同方法开展了试验结果的多状态判定研究。其中, 文献[1]应用模糊数学的基础知识和方法, 在分析鱼雷试验结果的现有评定方法¾—传统评定方法和超差点法的基础上, 提出了鱼雷试验结果的综合模糊评定方法, 将试验结果从成功(合格)与失败(不合格) 2种状态向多种状态进行了拓展。本文基于鱼雷试验结果的综合模糊评定结果, 提出了多状态下的鱼雷可靠性增长分析方法。

1 鱼雷试验结果多状态概述

文献[2]在总结文献[1]的基础上认为, 鱼雷的结构复杂、功能多, 其试验结果受到零部件和元器件的性能差异、装配、调试以及试验场环境等诸多因素的影响, 从试验结果看是随机的, 从使用要求看是模糊的。鱼雷各测试项目和指标参数从完全合格到不合格之间有一个中间过渡区, 这个中间过渡区用项目的合格度来描述。当完全合格时, 合格度为1, 完全不合格时, 合格度为０, 其余部分用介于[０, 1]之间的一个数来描述, 确定项目合格度后, 根据各项目的重要性, 利用综合评判方法, 再确定全雷的合格度, 因此, 鱼雷试验结果可用合格度来描述, 具体评定方法分为以下几个步骤。

1) 鱼雷的测试项目分为性能指标和功能指标两大类, 对于有效试验性能指标, 根据其沿数轴的不同分布情况, 用不同的模糊分布描述。当指标性项目沿数轴呈双向分布, 则由双向模糊梯形分布描述; 当指标性项目沿坐标系轴呈大于某值的增大方向分布, 则由双向模糊升半梯形分布描述; 当指标性项目沿坐标系轴呈减小方向分布, 则由双向模糊降半梯形分布描述。由于功能性项目难于用连续分布描述, 因此, 将其用离散型多状态描述, 从而得到测试项目的合格度。

2) 对各测试项目, 依据各项目的合格度和项目的重要程度, 用模糊综合评判的Ｍ(×, ＋)模型进行综合评判计算, 并进行归一化处理, 得到全鱼雷试验条次的合格度。

3) 给定综合评定阈值, 如果同时满足试验条次为有效试验条次、所有项目合格度大于0、试验条次的合格度大于等于给定综合评定阈值, 则接受此条次试验, 反之不接受此条次试验。

其于上述方法, 鱼雷的试验结果不再是成功或失败2种状态, 而是一个介于[0, 1]之间的数值, 称为成功程度或失败程度。

2 多状态可靠性增长分析方法

鱼雷试验的可靠性增长分析方法一般使用AMSAA模型, 但通用的AMSAA模型是连续故障时间下的可靠性增长模型。许多文献针对我国武器研制的特点, 进行了AMSAA可靠性增长模型的应用研究, 提出了专项可靠性增长试验与其他试验相结合的方法, 充分运用试验数据, 通过增长分析, 在武器研制过程中有计划地预测和提高可靠性水平。文献[5]和[6]将连续故障时间用故障累积试验次数代替, 建立了AMSAA-BISE模型, 用于成败型试验数据的可靠性增长分析, 取得了较好效果, 在火箭的可靠性增长分析中得到了广泛运用。为了解决多状态可靠性增长分析问题, 需要在成败型可靠性增长分析模型的基础上, 结合鱼雷试验的多状态结果, 进一步拓展AMSAA-BISE可靠性增长模型, 将故障次数用失败程度代替, 累计故障次数用累计失败程度代替, 同时, 为了便于模型计算式中的描述, 增加与累积失败程度及截尾方式有关的量对应的累计故障试验数变量。

2.1 AMSAA模型

AMSAA模型故障强度为

2.2 拟合优度检验

Cramer-Von Mises检验的统计量为

2.3 可靠性增长检验

可靠性增长检验即为增长趋势检验, 增长检验可用图示法和统计分析法进行, 图示法较直观, 但当失败次数较小时, 可能导致错误或模棱两可的结论, 统计分析法克服了这种不足。统计分析法有Laplace检验法、U检验法和检验法, 本文选用检验法。

(3)

(4)

3 算例

取鱼雷试验样本40条次, 使用综合模糊评定方法进行评定。按试验顺序进行排序, 分别在累计试验次数2, 3, 6, 10, 25, 39时出现失败, 失败程度分别为1, 0.8, 1, 0.9, 1, 1, 1。运用上述公式进行可靠性增长分析, 试验数据和分析计算结果如表1所示。通过分析可知, 此试验数据可用AMSAA模型进行可靠性增长分析, 且可靠性具有显著性正增长。用图示法进行直观分析, 横轴代表累计试验次数, 纵轴代表累计失败程度, 并进行曲线拟合, 见图1所示。从进行拟合的曲线可知, 曲线明显向上凸, 表明试验数据具有显著的可靠性增长。

用AMSAA-BISE可靠性增长模型和图示法分别进行了可靠性增长分析, 分析结果是一致的, 由此证明, 在成败型AMSAA-BISE可靠性增长模型的基础上, 将故障次数用累计失败程度代替, 进行多状态可靠性增长分析的方法是正确的。

4 结束语

可靠性增长分析是鱼雷研制中重要的可靠性工作项目之一, 通过可靠性增长分析, 发现和解决研制过程中存在的问题, 达到可靠性增长的目的, 从而实现要求的可靠性指标。鱼雷试验结果的评定技术从合格与不合格两状态评定向多状态评定的拓展, 为鱼雷的可靠性增长分析提出了挑战。作者结合鱼雷试验结果的多状态结果, 在成败型AMSAA-BISE可靠性增长分析模型的基础上, 将故障次数用累计失败程度代替, 进行多状态可靠性增长分析, 此方法简单、易行, 便于实际运用, 此分析方法的运用和实践有利于推进鱼雷可靠性增长分析技术的发展。

表1 模糊综合评价方法试验数据

表2 可靠性增长分析计算结果

[1] 周春明. 鱼雷试验评定模型研究[J]. 鱼雷技术, 2008, 16(4): 3-9.Zhou Chun-ming. Novel Evaluation Model of Torpedo Test[J]. Torpedo Technology, 2008, 16(4): 3-9.

[2] 周春明. 多状态鱼雷可靠性的评定方法[J]. 鱼雷技术, 2010, 18(6): 419-421.

Zhou Chun-ming. Reliability Estimation Method of Torpedo in Multimode Condition Test[J]. Torpedo Technolo- gy, 2010, 18(6): 419-421.

[3] 武小悦, 刘琦. 装备试验与评介[M]. 北京: 国防工业出版社, 2008: 24-26.

[4] 梅文华. 可靠性增长试验[M]. 北京: 国防工业出版社, 2003: 2-9.

[5] 周源泉, 翁朝曦. AMSAA模型对一次性使用产品的应用[J]. 质量与可靠性, 1995(6): 30-34.Zhou Yuan-quan, Weng Chao-xi. AMSAA Model Application in Expendable Productions[J]. Quality and Reliability, 1995(6): 30-34.

[6] 周源泉. 质量与可靠性增长与评定方法[M]. 北京: 北京航空航天大学出版社, 1997: 216-223.

(责任编辑: 陈 曦)

Multistate Reliability Growth Analysis Method for Torpedo

LIAO Fu-kui, ZHOU Chun-ming, ZHAO Min

(1. Navy Representative Office Stationed in Kunming 750 Test Range, Kunming 650051, China; 2. Kunming Shipborne Equipment Research & Test Center, Kunming 650053, China)

This paper proposed a multistate reliability growth analysis method for a torpedo to identify and resolve problems existing in the development process of a torpedo. In this method, the failure number is replaced by accumulation failure degree, and the method is presented based on the 0-1 type AMSAA-BISE reliability growth analysis model. The correctness of the approach is verified by experiment. This method is simple and easy to practice, and it can be used in the torpedo′s reliability growth.

torpedo; multistate; reliability growth

TJ630; TB114.3

A

1673-1948(2013)06-0410-04

2013-05-30;

2013-08-08.

廖富魁(1963-), 男, 硕士, 高级工程师, 主要研究方向为项目质量管理与可靠性管理.