基于多源信息融合分析的导弹贮存寿命评估方法

吴建国，田军挺，李凌江，于荣刚，徐静，李海波

（1.北京强度环境研究所，北京100076；2.海军装备部上海军事代表局，上海201206）

基于多源信息融合分析的导弹贮存寿命评估方法

吴建国1，田军挺2，李凌江1，于荣刚1，徐静1，李海波1

（1.北京强度环境研究所，北京100076；2.海军装备部上海军事代表局，上海201206）

对于长期贮存的导弹，通常能获取的贮存信息仅为贮存期内的年检数据与少量的例行试验数据，贮存信息相对匮乏，对导弹贮存寿命与可靠性评估工作非常不利。为解决这种工程实践中存在的实际问题，发展了一种采用工程加速贮存与地面鉴定试验相结合的加速贮存信息获取方法，获取典型单机与简单系统贮存信息。将典型单机与非金属材料加速贮存信息与地面鉴定试验信息、现场贮存信息、贮存环境数据以及例行试验信息等数据信息融合处理，建立基于多源信息融合的贮存信息数据库。在此基础上，建立基于现场贮存信息与加速试验信息融合分析的导弹贮存寿命与可靠性评估方法，并给出导弹在现有贮存时间下，继续贮存一定年限的可靠度。

加速贮存试验；现场贮存信息；信息融合；贮存寿命评估

贮存寿命是导弹的重要技战术指标之一，是提高导弹使用率、降低装备费用的重要影响因素。导弹贮存寿命是指导弹自出厂之日开始，到其备用过程结束时为止，在规定的贮存环境与综合保障条件下，仍能满足设计要求的最长年限[1]。在导弹的研制过程中，为满足技战术指标要求，除进行飞行试验考核产品适应飞行环境的能力外，还须进行贮存寿命研究和试验，暴露产品在环境防护设计与工艺等方面的薄弱环节，以考核产品在非工作状态下适应贮存使用环境的能力。同时，针对暴露的问题，分析失效模式、研究失效机理、改进产品的设计与工艺，使其贮存寿命达到预期要求，并在导弹定型时给出贮存寿命的初步评估值。在导弹交付部队后，随着贮存时间的延续，导弹贮存信息（含自然与加速贮存试验信息）持续积累，利用不断丰富的贮存信息可以对导弹武器贮存寿命的评估结果进行验证与修正。

关于导弹贮存寿命评估方法的研究一直是国内外可靠性技术领域的研究焦点之一[1-16]。由于导弹贮存信息具有时序特性，因而在利用导弹贮存信息进寿命与可靠性评估时，多考虑基于时序的评估方法。目前，可用于导弹贮存寿命评估的常见方法有灰色理论模型[15-17]、基于时间序列的ARMA模型[18]、贝叶斯网络模型[16，19]、样本空间排序法[20]等。基于时间序列的ARMA模型只适用于平稳的时间序列，灰色理论模型预测效果在很大程度上取决于原始数据的特点，要求时间序列近似呈指数规律变化，或要求数据总体上呈单调较平缓变化，贝叶斯方法的关键是必须确定有关参数的先验分布，并受先验偏差影响较大，样本空间排序法的特点是小样本条件下置信区间的估计值最小。

对国产导弹而言，可以获得从研制到部署使用的全周期寿命信息，可用于贮存寿命与可靠性评估的样本信息较为丰富，上述导弹贮存寿命评估方法均可适用，但是对国外引进的型号，只能掌握到少量年检数据，而且还只限于少数可检测单机，导弹贮存信息不系统、不完整，不能直接应用上述方法评估国外引进导弹型号贮存寿命。为此，本文将多源信息融合分析技术与样本空间排序法相结合，发展了一种适用于国外引进型号贮存信息特点的导弹贮存寿命评估方法。

1 贮存寿命评估总体思路

由于国外引进的型号，对其导弹构成的原材料、元器件等基础信息的收集仅为贮存期内的年检数据，因而贮存信息相对匮乏，这对导弹贮存寿命评估工作非常不利。为获取更多的样本信息，本文设计了一种经验与工程实践相结合的实用方法。该方法的思想是以导弹产品的典型单机设备和非金属材料为加速试验对象，采用工程加速贮存与地面鉴定试验相结合的试验方法，获取一定数量的单机加速贮存试验信息，并基于现场贮存数据与加速试验数据融合分析的方法，给出导弹在现有贮存时间下，继续贮存一定年限的可靠性指标评估结果。

2 典型单机贮存寿命信息获取

弹上典型单机设备主要有电子产品与机电产品两大类。对于弹上典型单机采用加速贮存试验与可靠性鉴定试验相结合的方式，获取典型单机加速贮存寿命试验信息。具体实施方案如图1所示。

2.1 加速贮存试验

导弹库房贮存过程中的主要环境应力为温度、湿度，运输及战备值班过程中的主要环境应力包括温度、湿度、振动、冲击等。一般运输振动的量值远小于发射、飞行振动的量值，而贮存期间的弹上设备通常都处于密封状态，所以影响贮存寿命的主要环境因素为温度，所以选择温度作为导弹典型弹上设备加速贮存试验的加速应力。

在开展加速试验前，首先应开展高温极限应力试验，确定温度加速应力水平，制定加速贮存试验方案，并按照可靠性技术指标确定鉴定试验方案，开展典型弹上设备（电子、机电）的加速贮存试验和可靠性鉴定试验。收集贮存测试数据，评估典型弹上设备的贮存寿命，并作为全弹贮存寿命评估的重要数据。对典型弹上设备开展加速贮存验证试验，验证典型弹上设备是否满足贮存期要求。

2.2 可靠性鉴定试验

导弹典型单机加速贮存试验后，开展可靠性鉴定试验，根据鉴定试验结果评估各典型单机的可靠度指标是否满足要求。根据任务性质特点，战斗准备可靠度验证只在高低温环境下进行通电测试考核，战斗工作可靠度考核还需考虑随机振动环境因素。

随机抽取加速贮存试验后测试正常的典型弹上设备，按照GJB 899A-2009《可靠性鉴定和验收试验》的要求，开展可靠性鉴定试验，验证弹上设备继续贮存规定年限后的可靠性指标。试验截尾方案有定时截尾与定数截尾等形式。

3 导弹贮存寿命评估

在典型弹上设备贮存寿命评估结果的基础上，将收集到的导弹全弹贮存测试数据、飞行试验数据以及寿命研究开展的典型弹上设备、非金属材料加速贮存试验数据和火工品贮存试验数据及评估结论进行转化、整合，形成集自然贮存信息、加速贮存信息与飞行测试数据为一体的综合贮存信息库，并以此数据为样本建立基于综合贮存信息统计分析的导弹贮存寿命评估方法。

然后，基于导弹全弹贮存测试数据、飞行试验数据和各类型产品加速贮存试验数据，转化为全弹贮存寿命评估的数据，建立全弹贮存寿命评估模型，进行全弹贮存寿命评估，得到全弹贮存寿命评估结果。

若全弹贮存数据中无单机现场贮存测试数据，则采用基于寿命分布的全弹贮存寿命评估方法，采用样本空间排序法进行全弹贮存寿命评估；若全弹贮存数据中有单机现场贮存测试数据，则采用基于系统模型的全弹贮存寿命评估方法，并根据有无单机失效数据，分别采用近似置信限法（A.O近似法）或保守估计法进行全弹贮存寿命评估。

全弹贮存寿命详细评估方案见图2。

3.1 导弹贮存寿命评估模型

通常现场贮存检测信息不能覆盖导弹的所有单机，不足以支持建立基于系统模型的导弹贮存寿命评估方法。本文采用基于寿命分布的导弹贮存寿命评估方法。通常假定导弹这类复杂系统的贮存寿命服从Weibull分布，n个产品对应的数据(t1,z1)，(t2,z2)，…，(tn,zn)为不等定时截尾数据。则贮存可靠度为：

Weibull分布情形下的导弹贮存寿命为：

式（2）中：R0是规定的贮存可靠度；是η、β的估计值。

本文只讨论数据类型为有失效的情况，对于无失效情形这里不做考虑。当zi不恒为1，也不恒为0时，利用样本空间排序法理论可推出1-α水平贮存可靠度置信下限为：

3.2 贮存寿命评估实例

对某型导弹飞行试验数据、地面现场检测数据、典型弹上设备加速贮存试验数据等多种来源的试验数据进行发掘与分析后，以67发导弹的飞行试验数据、28发导弹的地面现场检测数据以及4发导弹加速贮存至18年的加速贮存试验数据评估导弹战斗准备可靠度；以67发导弹的飞行试验数据和4发导弹加速贮存至18年的加速贮存试验数据评估导弹工作可靠度评估。

3.2.1 战斗准备可靠度评估

选择形状参数为1.5的Weibull分布为整弹寿命分布函数，评估导弹模块经过一定年限的贮存期后在不同置信度下的战斗准备可靠度，如表1所示。

3.2.2 战斗工作可靠度评估

导弹的战斗工作阶段包括发射和飞行2个环节，故导弹的战斗工作性可靠性分为发射可靠性和飞行可靠性，两者为串联关系，任意一个环节的成功与否都直接影响到战斗工作的成败。由于是串联关系，故可靠度置信下限也是乘积的关系：

选择形状参数为1.5的Weibull分布为整弹寿命分布，评估导弹模块贮存在不同年限不同置信度下的战斗工作可靠度，如表2所示。

表1 不同年限不同置信度下的战斗准备可靠度Tab.1 Arranged reliability on different life and confidence

表2 不同年限不同置信度下的战斗工作可靠度Tab.2 Task reliability on different life and confidence

4 总结

本文在总结现有加速贮存试验研究的基础上，依据工程经验设计了一种工程应用型的加速贮存验证试验方法，用以获取典型单机加速贮存试验信息。并提出了一种基于典型单机加速贮存信息、全弹现场贮存（含库房贮存与战备值班）信息与飞行测试数据等多源数据融合分析的全弹贮存寿命评估思路。根据不同型号导弹基础信息的掌握程度，该方法可以稍加修改并推广应用。

[1]袁玉华，陆祖建，刘春和.导弹贮存可靠性评估[J].数学的实践与认识，2001，31（4）：416-420. YUAN YUHUA，LU ZUJIAN，LIU CHUNHE.The storage reliability assessment for missile[J].Mathematics in Practice and Theory，2001，31（4）：416-420.（in Chinese）

[2]王浩伟，滕克难，李军亮.随机环境应力冲击下基于多参数相关退化的导弹部件寿命预测[J].航空学报，2016，37（11）：3404-3412. WANG HAOWEI，TENG KENAN，LI JUNLIANG.Lifetime prediction for missile components based on multiple parameters correlative degrading with random shocks of environmental stresses[J].Acta Aeronautica et Astronautica Sinica，2016，37（11）：3404-3412.（in Chinese）

[3]韩建立，林嘉新，滕克难.基于测试数据的某型雷达导引头贮存寿命评估方法[J].仪表技术，2016（5）：19-21. HAN JIANLI，LIN JIAXIN，TENG KENAN.The evaluating method for a type of missile radar seeker storage life based on testing data[J].Instrumentation Technology，2016（5）：19-21.（in Chinese）

[4]吴建国，冯国林，洪亮，等.基于失效比对的复杂系统加速贮存寿命试验方法研究[J].强度与环境，2016，43（3）：59-64. WU JIANGUO，FENG GUOLIN，HONG LIANG，et al. Study on complex system accelerated storage life test based on failure comparison method[J].Structure&Environment Engineering，2016，43（3）：59-64.（in Chinese）

[5]宋贵宝，崔加鑫.导弹加速寿命试验及可靠性评估[J].舰船电子工程，2016，36（2）：27-30. SONG GUIBAO，CUI JIAXIN.Accelerated life test and reliability evaluation of missile[J].Ship Electronic Engineering，2016，36（2）：27-30.（in Chinese）

[6]吴进煌，徐德民，宋贵宝，等.战术导弹储存可靠性计算方法研究[J].西北工业大学学报，2008，26（3）：288-291.WU JINHUANG，XU DEMIN，SONG GUIBAO，et al.A storage reliability calculation method for a certain missile [J].Journal of Northwestern Polytechnical University，2008，26（3）：288-291.（in Chinese）

[7]文莹，闫雅慧.机载导弹全弹系统寿命预测的仿真方法[J].兵工自动化，2016，35（10）：26-30. WEN YING，YAN YAHUI.Simulation method for lifetime prediction of airborne missile system[J].Ordnance IndustryAutomation，2016，35（10）：26-30.（in Chinese）

[8]张迪，刘士通，张强，等.基于加速试验的典型战储物资贮存寿命测算[J].军事交通学院学报，2015，17（10）：42-45. ZHANG DI，LIU SHITONG，ZHANG QIANG，et al. Storage life measurement of typical warfare materials with accelerated test[J].Journal of Military Transportation University，2015，17（10）：42-45.（in Chinese）

[9]胡明，王炅，吴小琅.引信磁流变液解除保险机构贮存寿命评估方法[J].兵工学报，2016，37（9）：1606-1611. HU MING，WANG JIONG，WU XIAOLANG.Estimation method for storage life of magnetorheological fluid fuze arming device[J].Acta Armamentarii，2016，37（9）：1606-1611.（in Chinese）

[10]WU JIANGUO，XU JING，FENG GUOLIN，et al.Study on storage reliability assessment method of complex system based on life distribution[C]//Proceedings of 10thInternational Conference on Reliability，Maintainability and Safety.Guangzhou：IEEE，2014：131-134.

[11]XU JING，LI HAIBO，WU JIANGUO，et al.Study on the evaluation method for storage reliability based on periodical test[C]//Proceedings of 10thInternational Conference on Reliability，Maintainability and Safety.Guangzhou，China：IEEE，2014：787-789.

[12]FENG GUOLIN，LI HAIBO，WU JIANGUO，et al. Study on storage reliability assessment method of complex system base on multi-source information fusion[C]// Proceedings of 10thInternational Conference on Reliability，Maintainability and Safety.Guangzhou：IEEE，2014：890-893.

[13]王语梁，张静远，丁平.装备阵地值班贮存可靠性及评估方法[J].鱼雷技术，2012，20（5）：384-387. WANG YULIANG，ZHANG JINGYUAN，DING PING. Storage reliability of equipment on duty at ground and evaluation method[J].Torpedo Technology，2012，20（5）：84-387.（in Chinese）

[14]WU JIANGUO，LI HAIBO，ZHENG DEQIANG，et al. Storage durability life and reliability analysis of welded metal bellows[C]//Proceedings of 9thInternational Conference on Reliability，Maintainability and Safety.Guiyang：IEEE，2011：184-188.

[15]徐廷学，赵亮，孟蕾.基于灰色预测模型的某型导弹贮存寿命评估方法[J].计算机与现代化，2012（7）：48-50. XU XUETING，ZHAO LIANG，MEMG LEI.Storage life evaluation method of a type of missile based on grey prediction model[J].Computer and Modernization，2012（7）：48-50.（in Chinese）

[16]徐真红.武器系统的贮存寿命预测方法研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2010. XU ZHENHONG.Storage life prediction methods research of weapons system[D].Harbin：Harbin Institute of Technology，2010.（in Chinese）

[17]LIU PAN，GENG GANGQIANG.Life prediction on protective coating of steel bridge based on gray system theory[C]//Proceedings of 2007 IEEE International Conference on Grey Systems and Intelligent Services.Nanjing：IEEE，2007：712-716.

[18]YAN JIHONG，LEE J.A hybrid method for on-line performance assessment and life prediction in drilling operations[C]//Proceeding of the IEEE International Conference on Automation and Logistics.Jinan：IEEE，2007：2501-2505.

[19]杨军，赵宇，李学京，等.复杂系统平均剩余寿命综合评估方法[J].航空学报，2007，28（6）：1351-1354. YANG JUN，ZHAO YU，LI XUEJING，et al.Comprehensive evaluation of mean residual life of complex system [J].Acta Aeronautica et Astronautica Sinica，2007，28（6）：1351-1354.（in Chinese）

[20]顾华海，刘雨时，吕永佳.基于样本空间排序法的剩余寿命评估[J].电子设计工程，2011，19（10）：42-44. GUI HUAHAI，LIU YUSHI，LYU YONGJIA.Evaluating the residual life based on the sample space ranking method[J].Electronic Design Engineering，2011，19（10）：42-44.（in Chinese）

Assessment Method of Missile Storage Life Based on Multi-Information Fusion Analysis

WU Jianguo1,TIAN Junting2,LI Lingjiang1,YU Ronggang1,XU Jing1,LI Haibo1
（1.Beijing Institute of Structure and Environment Engineering,Beijing 100076,China; 2.Military Representations Bureau of NED in Shanghai,Shanghai 201206,China）

For complex system with Long-term storage,the storage information which usually could be obtained are the da⁃ta of periodical curtailed inspection and a few routine test data.It is bad for storage life and reliability assessment of com⁃plex system that the storage information was poor.In order to resolve the practical engineering problem,a storage informa⁃tion acquisition method was proposed by combining accelerated storage test with qualified test on ground,by that method the typical single machine and simple system storing information were acquired.All kinds storage information of typical single machine and nonmetal material,which included accelerated storage test information,qualified test information on ground,on-site storage information,storage environment data and routine test information,were fused into the new storage information database.On the foundation,storage life and reliability assessment method for complex system was developed based on the on-site storage information and accelerated test information fusion analysis.And then,the storage reliability of the stored complex system storing for several years was given by that assessment method.

accelerated storage test;on-site storage information;information fusion;storage life assessment

TJ760

A

1673-1522（2017）02-0255-06

10.7682/j.issn.1673-1522.2017.02.015

2017-02-21；

2017-03-24

吴建国（1979-），男，高工，博士。