基于成败型数据的导弹贮存可靠性试验方法研究❋

2014-11-28 09:40刘天放王义冬张伟锋张丁雄

舰船电子工程 2014年8期

刘天放王义冬张伟锋张丁雄

（1.海军航空工程学院研究生管理大队烟台 264000）（2.91872部队北京 102442）（3.91115部队舟山 316000）

1 引言

导弹是长期贮存、一次使用的武器，贮存期（亦称为贮存寿命）是导弹的一个重要战术技术指标。导弹贮存期指的是导弹在规定的环境条件下能够贮存的期限，在此期限内导弹性能和可靠性仍满足规定的要求。因不同的贮存环境导弹的贮存期相差很大，即使是同一型号的导弹，在战备状态和非战备状态下贮存条件的变化也很大。研究导弹的贮存可靠性不仅有重要的军事意义，而且有重大的经济意义。贮存期短，就需要提前更换有关的元件和零部件，甚至过早地导致该批导弹退役，造成巨大的人力、物力上的浪费。如果盲目地把贮存期定长了，轻则会影响作战使用效果，重则可能造成重大事故。可见正确评定导弹的贮存期是十分重要的［1］。

从导弹全寿命周期的角度来看，导弹的全寿命周期包括研制阶段、生产阶段、使用与保障阶段和退役处理阶段。在其全寿命周期内大部分时间处于使用阶段的非工作状态，这样在非工作期间由于装卸、运输、贮存、检测所引起长时间的应力，将严重影响产品的可靠性，因此，需要把产品寿命剖面中的非工作期间的特殊状况转换为设计要求；并且在使用阶段进行可靠性贮存试验来进行评价［2］。导弹贮存可靠性是导弹在装备部队后长期贮存的条件下（即指经历过运输、装卸、库房贮存、舰上战备值班等各种贮存状态下的环境条件）的可靠性。导弹作为一类贮存期长、任务时间很短的特殊产品，见表1，其一次使用的飞行可靠性是以长期贮存可靠性作为基础的［3］。大量的事实证明，导弹贮存环境条件优良，五年、十年甚至十几年以后，产品性能仍然良好，几乎与新的差别不大；而贮存环境条件恶劣，几十天、几个月以后，产品的性能就明显变差，长霉、生锈、出故障、甚至报废。高温、高湿、高盐雾、霉菌等会导致热老化、氧化、物理膨胀、粘度下降、结构变化、冷凝、电化反应、锈蚀、腐蚀、电解等一系列影响。因此，导弹贮存期内的可靠性试验也就显得尤为重要。

表1 非任务时间在寿命期内所占比例

2 贮存试验目的

2.1 贮存试验的定义

贮存可靠度定义为“在规定的贮存条件下，在规定的贮存时间内，产品保持固定功能的概率［4］”。导弹达到贮存可靠度的标志是贮存寿命薄弱环节数量明显增加。因此，导弹的贮存可靠度就转化为零部件或元器件的贮存可靠度，选取贮存可靠度最短的薄弱环节的寿命为导弹的贮存寿命［5］。贮存试验是验证系统设计和制造所满足规定的性能、质量和可靠性要求并能在寿命周期内保持其工作能力的重要方式，是研究导弹在规定的贮存环境及维护、保管条件下能满足贮存可靠度要求的技术状态和工作性能的试验。

2.2 贮存试验方案的种类

目前的贮存试验类型主要有现场贮存试验、实验室模拟贮存试验和加速贮存寿命试验。

· 现场贮存试验：产品在实际贮存使用环境条件下进行的贮存试验。如库房贮存、发射箱内贮存和待机阵地贮存等。其特点为：贮存环境条件真实，导弹经受多种环境应力的综合影响。试验结果可信；不受试验件体积大小的限制，战术导弹全弹、设备、元件、材料均可贮存。但试验周期长，一般要几年到十几年，适用于贮存期要求较短的产品。正在服役的导弹及其延寿试验也是在现场贮存条件下进行贮存［6］。本文所描述的试验方案采取现场贮存试验的方法进行。

· 实验室模拟贮存试验：导弹在实验室模拟现场贮存环境和状态的试验。其特点为：试验条件控制较为准确；能模拟的环境因素较少；试验时间长，成本较高，而且试验条件还不成熟。

· 加速贮存寿命试验：模拟现场贮存试验的单个或几个环境因素，适当提高应力等级。不改变导弹失效机理，可在短期内得出与现场长期贮存试验相似结果的试验。试验周期短，一般是几个月的时间。适用于有长寿命、高可靠性指标要求的元件和材料试验。由于试验过程中仅仅是施加部分环境应力以及加速因子存在的部分偏差，可能会导致试验结果的精确性存在偏差，而且由于理论上的制约，单元级和系统级的产品做加速寿命试验依然存在困难，某些昂贵的设备和元件也不可能提供加速试验所需要的数量。

3 贮存试验的组织方法

3.1 试验方案制定的原则和要求

已经服役的导弹的可靠性试验应侧重于对贮存可靠度的观测和验证，相应的可以参照可靠性统计试验方法来实行。在贮存试验过程中，导弹处于一种不可修的状态，故障即等于失效，在各个时间节点，获得处于试验状态的导弹可靠性数据，这是典型的成败型数据，因此，利用成败型可靠性试验方法制定试验方案［7］。在制定试验方案的时候要遵循如下原则：1）不改变导弹技术状态；2）尽可能减少值班导弹样本数量；3）尽可能减少分解导弹数量。

试验的主要目的是确定和验证导弹可靠性水平。因此，试验方案应满足以下要求：

1）为了保证能够准确获得相应数据，在进行试验时，应根据不同检测点的试验结果及时调整试验进程。

2）获得导弹可靠性的变化规律，在满足一定可靠性要求的前提下，尽可能延长导弹试验时间，以便更多地掌握导弹可靠性数据，摸索导弹可靠性规律。

3）在试验方案中要明确参试导弹及其技术状态；明确试验单位、数量与条件；明确试验前应提交的技术文件。

4）在试验方案中要规定试验方案及其统计评估方法；规定试验用的设备、仪器要求（型号、精度及数量）；规定参试人员的技术水平与责任分工；规定试验记录、统计表格，明确数据的收集、记录及汇总要求。

3.2 试验样本数量确定方法

贮存可靠性试验中，样品的抽取一般根据国家标准，并确定生产方、使用方风险及受试样品数和合格的判准。采用“点估计”方法进行试验数据的分析，对每个时间节点可供试验测试的样本数量并无硬性规定，但为了试验的可信度，原则上每个时间节点第一次抽取的样本数不少于出现一个故障仍可通过的最低样本要求，在条件允许情况下，应尽可能增大样本容量，以提高试验数据的可信度和准确度。

点估计法方案叙述如下：

点估计法操作性较强，且与总体所服从的分布无关，因此试验数据可以采用测试样本的完好率作为参试产品可靠度的无偏估计。

参试产品的完好率为

表2 产品故障数与抽样数对照表

当试验到达一个时间节点时，抽取10个样本进行检测，如果故障数为0或1，继续下一时间节点的试验，如果故障数为2，加抽10个样本，如果故障数为3，加抽20个样本，以此类推，加抽样本后，测试评定得到的故障数如果不大于允许的最大故障数，则进入下一时间节点的试验；如果加抽后超过了允许的最大故障数量，则根据表2样本数继续加抽，每个时间节点都按照此原则进行抽样检测，直至样本用尽或者最后一个时间节点的试验完成。要注意的是，点估计法所确定的每次抽取和加抽的样本量都是保证试验能够继续进行和能得出可信结论的下限。在满足要求的前提下，每次抽取或加抽的样本数量也不宜过多，否则会造成可抽取的批次减少［8～9］。

3.3 试验样本取样测试时间点确定

按照规定的时间节点对参试子样进行检测，检测后对数据进行整理，然后对可靠性指标进行综合分析评估。如果结果达到指标要求，则继续下一阶段试验；如果未达到指标要求，则加抽样本进行测试，直至达到指标要求或者样本耗尽。试验结束后，进行故障综合分析，给出试验的最终结论，并提出相应的改进措施。

整个试验过程属于序贯截尾统计试验，而对于每一个时间节点的测试，属于成败型的序贯截尾试验，因此，确定试验过程中各个测试时间点的方法如下：首先确定第一次测试时间，之后根据第一次测试的结果来确定下一次的测试时间，之后根据前两次的测试结果来确定第三次的测试时间，依此类推，来确定整个试验过程中的各个测试点。

3.3.1 第1测试点的时间确定

设一批导弹共有n枚，从0时刻开始贮存。检测时间点分别为τ1，τ2，…，τj，τj＋1…，相邻两次检测的间隔期为Δτj＝τj＋1－τj，j＝1，2…，这些Δτj在贮存初期是未知的，需要根据试验导弹的贮存特性，采用序贯的方法来进行确定；第j次检测时发现第i枚导弹的状态故障状态，记为为X（j）i，根据测试结果，如果导弹检测正常，则继续参与下一步的试验；如果导弹检测出现故障，则更换新的试验子样或者对导弹进行修理后继续安排进行试验。导弹在每一个测试点进行检测时，都要求其一定置信水平下的可靠度不能低于规定的要求值α；

导弹的贮存寿命为T，假设其分布函数F（t）为双参数 Weibull分布F（t；m，η）：