装备系统发射可靠性评估研究

易当祥，张仕念，赵韶平，刘春和，张国彬

（96658部队203分队，北京 100094）

装备系统发射可靠性评估研究

易当祥，张仕念，赵韶平，刘春和，张国彬

（96658部队203分队，北京 100094）

构建装备发射可靠性框图和可靠性模型，建立自下而上的发射可靠性综合评估方法，明确数据折合、逐级向上数据综合、相容性检验以及CMSR综合评估等四个流程的具体方法，开展某装备发射可靠性数据的收集和可靠性评估，评估结果满足战标要求。

发射可靠性；可靠性模型；系统评估；CMSR方法

引言

发射可靠性是武器系统可靠性中一个重要战术技术指标，可靠性评估是装备定型中一项重要工作。一方面，需要大量的试验数据作为支撑；另一方面，属于系统可靠性评估，由不同层级组成单元自下而上开展金字塔式的综合评估，需要建立合理的系统可靠性评估模型和科学的评估方法。

系统级产品的可靠性综合评估方法主要有解析法和数值法。解析法也叫精确法，大概有十几种，对于系统结构和数据有严格要求，工程适用性不大；数值法主要有近似方法、系统Bayes方法和系统蒙特卡罗方法。工程上常用的近似方法有L-M（Lindstrom-Maddens）法、MML（Modification of maximum likelihood） 法、SR （Sequential reduction）法，CMSR（Combined MML and SR）法。

1 发射可靠性框图与建模

GJB 806.6-1990将装备全寿命周期分为四个阶段：贮存阶段、作战准备阶段、发射阶段和飞行阶段。发射阶段对应的可靠性指标为发射可靠性，不仅涉及装备弹上各有关系统，而且涉及到参与发射任务的地面设备各组成部分。

1.1 可靠性框图

发射可靠性相关的装备主要包括发射设备和弹载相关系统。在分析其发射过程和可靠性关系的基础上，建立发射可靠性框图，如图1至图8。

1.2 发射可靠性建模

由图1至图8的可靠性框图，可以建立发射可靠性模型如下：

其中：

图1 装备发射可靠性框图

图2 发射设备发射可靠性框图

图3 设备B发射可靠性框图

图4 电控系统发射可靠性框图

图5 设备F发射可靠性框图

图6 装备相关系统发射可靠性框图

图7 控制设备H发射可靠性框图

图8 火工品J发射可靠性框图

式中：Rtotal—装备发射可靠性指标；R1—发射设备发射可靠度；R2—弹上设备发射可靠度；R10—底盘发射可靠度；R11—设备A发射可靠度；R121—设备B1发射可靠度；R122—设备B2发射可靠度；R123—千斤顶发射可靠度；R131—电源1发射可靠度；R132—电源2发射可靠度；R141—配电电路发射可靠度；R142—某电路发射可靠度；R143—某传感器发射可靠度；R15—温控系统发射可靠度；R16—液压系统发射可靠度；R171—设备E发射可靠度；R181—控制台发射可靠度；R182—计算机1发射可靠度；R183—仪器F1发射可靠度；R184—仪器F2发射可靠度；R185—仪器F3发射可靠度；R191—设备G1发射可靠度；R192—设备G2发射可靠度；R211—设备H1发射可靠度；R212—计算机2发射可靠度；R213—设备H2发射可靠度；R214—设备H3发射可靠度；R215—设备H4发射可靠度；R216—设备H5发射可靠度；R217—设备H6发射可靠度；R218—设备H7发射可靠度；R221—火工品J1J2发射可靠度；R222—设备J3发射可靠度；R223—设备J4发射可靠度；R224—设备J5发射可靠度；R23—设备 Dr发射可靠度；R24—设备Dp发射可靠度；R25—弹体结构发射可靠度。

2 发射可靠性评估方法

装备发射可靠性属于成败型分布类型，从可靠性框图来看，它所包涵的单元，有电子产品、电气产品、机电产品、机械产品、火工品。一般这些单元寿命主要服从指数分布、正态分布、二项分布等。如何将这些不同分布类型的数据综合起来，逐级进行系统可靠性评估，是发射可靠性评估方法研究需要解决的核心问题。评估方法主要包括四个方面：

1）将指数分布、对数正态分布型数据向成败型数据折合；

2）金 字塔式的逐级向上数据综合；

3）折合数据的相容性检验；

4）成败型数据的系统可靠性综合，评估可靠性置信下限。

2.1 数据折合

对两个不同分布进行数据折合的基本原则是，在同一置信度下，使折合前的可靠度置信下限相等。

1）正态分布类型产品的试验数据（nxxx ,,,21··· ），将其转换为成败型数据，其等效试验次数N和等效失败数F为：

其中E为单元可靠度R的极大似然估计；D为E的渐近方差的极大似然估计。

2）设指数型某单元总试验时间为T，失败数为r，

任务时间为t0，等效任务数0/tT=η ，当 0≠r 时，则指数型数据转换为成败型数据，其等效试验次数N和等效失败数F为：

其中E为可靠度R的极大似然估计。

2.2 逐级向上数据综合

当隶属于某一分系统的同一层次各个组成单元的多种分布类型数据都转换为成败型数据后，需要将这些各个组成单元的数据向上综合，折算为该分系统的等效试验数据，作为该分系统的可靠性评估数据的补充。

1）成败型串联分系统

假设该分系统由m个不同成败型单元串联组成，各单元试验了Ni次，失败Fi次，成功Si次，则m个单元串联综合结果等效于分系统试验N次，失败F次，为

2）成败型并联分系统

假设该分系统由m个不同成败型单元并联组成，各单元试验了Ni次，失败Fi次，成功Si次，则m个单元并联综合结果等效于分系统试验N次，失败F次，为

3）指数型串联分系统

假设该分系统由m个不同指数型单元串联组成，各单元试验了Ni次，失败Fi次，成功Si次，则m个单元串联综合结果等效于分系统试验N次，失败F次，为

4）指数型并联分系统

假设该分系统由m个不同成败型单元并联组成，各单元试验了Ni次，失败Fi次，成功Si次，则m个单元并联综合结果等效于分系统试验N次，失败F次，为

5）指数型单元冷备份分系统

当分系统由m个指数分布相同单元冷备，设切换开关完全可靠，单元数试验了N1次，失败F1次，成功S1次，综合结果等效于分系统试验N次，失败F次，为

其中Rˆ和D为可靠性R的点估计和方差。

2.3 相容性检验

分系统的组成单元向上综合成等效数据（N，F）后，如果分系统本身还有试验结果（N0，F0），则需要做（N，F）与（N0，F0）的相容性检验。相容时可综合成分系统的数据为（N+N0，F+F0），如是不相容，则应舍弃（N，F），由（N0，F0）直接进行系统可靠性评估。

相容性检验方法如下：

设检验的显著水平α为，欲判断（N，F）与（N0，F0）的相容性，如果F/N落在如下区间之内：

则可判断（N，F）与（N0，F0）相容，可以做数据综合，否则为（N，F）与（N0，F0）不相容，一般取α为0.01～0.1。为了增大评估的信息量，可以把各单元预计的失效率数据作为试验信息经相容性检验后综合利用。

2.4 可靠性综合评估

1）当 Fi≠0（ 1 ≤i≤m），采用修正的极大似然估计法（MML），其可靠度置信下限为

2）当 Fi= 0 ,(1≤i ≤m)时，不能直接应用MML法，宜采用CMSR(Combined MML and SR)方法。该方法是针对MML和SR法的局限性而提出的，是对MML和SR法的结合与改进。其主要步骤是：第一步，先压缩零失效

单元；第二步，对试验最小的零失效单元和邻近非零失效单元进行SR法的压缩；第三步，对压缩后的单元数进行排序，运用MML法进行置信下限评估。

假设m个单元试验中，有j个无失效。将m个单元按样本（试验次数）大小分别排序：

首先，对后j个无失效单元相当于一个单元进行了试验（Sm,nm），这就是对零失效单元的压缩。

其次，对试验最小的零失效单元和邻近非零失效单元进行SR法的压缩，也就是对（Sm-j,nm-j）与（Sm,nm）进行了一次压缩综合后得到等效 (Sm′-j,nm′-j)，其中

当Sm-j≥nm时，

当Sm-j＜nm时，

最后，对压缩后的数据排序， (S1,n1)， (S2,n2)，··,()，运用MML法，利用式（10）求解置信下限；或在给定置信度γ的情况下，根据n,s,γ查GB 4087.3，即可获可靠性置信下限。

3 实例

收集和统计某装备研制阶段、使用阶段的各种发射任务的相关信息，分析发射时出现的主要故障，对发射可靠性相关的设备故障进行计数，相当于共发射了58次，针对可靠性框图中不同单元的不同故障问题，用（成功次数，试验次数）表示如下：

底盘（58，58）、设备A（56，58）、设备B（57，58）、千斤顶（58，58）、电源1（57，58）、电源2（57，58），配电电路（57，58）、某电路（58，58）、某传感器（58，58）、温控系统（58，58）、液压系统（58，58）、设备E（56，58）、控制台（57，58）、计算机1（56，58）、仪器F1（58，58）、仪器F2（58，58）、仪器F3（56，58）、设备G1（55，58）、设备H1（57，58）、计算机2（58，58）、设备H2（58，58）、设备H3（57，58）、设备H4（58，58）、设备H5（57，58）、设备H6（57，58）、设备H7（58，58）、火工品J1J2（58，58）、设备J3（57，58）、设备J4（58，58）、设备J5（58，58）、设备Dr（58，58）、设备Dp（57，58）、弹体结构（58，58）。

采用CMSR方法，依4个步骤，计算置信下限值，置信度为0.8。通过等效数据的折合、指数型串联系统排序、压缩零失效单元、SR压缩、MML法，最后，综合等效为：Feff=8.5，Neff= 59.2508。在给定置信度γ=0.8的情况下，获得可靠度置信下限：

同时，运用Relex可靠性分析软件的Perdiction和RBD模块，进行某装备可靠性评估评估，计算获得的发射可靠度为0.8289。结果比较表明，运用本文方法评估结果比商业软件计算结果偏保守些，但均满足装备发射可靠性0.8的战标要求。

4 结束语

分析与发射可靠性相关的组成和功能关系，搭建装备发射可靠性框图，构建发射可靠性模型，分析发射可靠性系统评估需要解决的四个核心问题，建立了以数据折合、逐级向上数据综合、相容性检验以及CMSR综合评估为主要流程的自下而上综合评估方法，开展某装备发射可靠性数据的收集和可靠性评估，评估结果满足战标要求。

[1] 赵宇,王宇宏,黄敏.复杂电子设备研制阶段数据的可靠性综合评估[J].系统工程与电子技术，2002,24(1)：99-102.

[2] 金星,洪延姬.系统可靠性评定方法[M].北京：国防工业出版社, 2005.

[3] 刘春和,陆祖建.武器装备可靠性评定方法[M].北京：中国宇航出版社, 2009.

[4]曾声奎, 赵廷弟. 系统可靠性设计分析教程[M].北京：北京航空航天大学出版社, 2001.

易当祥（1976-），湖北通城人，助理研究员，主要从事可靠性与延寿等方面研究。

Evaluation of Launch Reliability for An Equipment System

YI Dang-xiang, ZHANG Shi-nian, ZHAO Shao-ping, LIU Chun-he, ZHANG Guo-bin
（Unit 203 Troop 96658, Beijing 100094）

The launch reliability block diagrams and reliability model are built for an equipment system. It provides a bottom up comprehensive reliability assessment method, which determines four processes including data equivalent, data bottom-up integration step by step, compatibility test and CMSR comprehensive evaluation. Using this method, we collected launch data of certain equipment and evaluates its launch reliability. The assessment results can meet technical requirements.

launch reliability; reliability model; system evaluation; CMSR method

TB114.3

A

1004-7204（2015）02-0045-04