装备可靠性指标鉴定内涵研究

李大伟， 潘殿省， 赵志敏

(91550部队)

装备可靠性指标鉴定内涵研究

李大伟， 潘殿省， 赵志敏

(91550部队)

针对可靠性鉴定过程中存在指标考核对象和考核时机不统一的争议，通过分析指标基础定义，提出了工程背景和统计理论相结合的解决思路。论述了国内外可靠性指标发展历程，利用对比分析的方法，说明了产生争议的工程原因；对可靠性指标鉴定方法进行了分析，结合区间估计方法，说明了假设检验代表的统计内涵和工程内涵，明确了将最低可接受值作为指标考核对象；结合装备可靠性增长过程，采取定性分析的方法，提出了最低可接受值在定型阶段、规定值在作战试验阶段分阶段考核的建议。

可靠性指标；鉴定方法；鉴定时机；发展历程

可靠性是装备重要的质量属性，其指标高低决定了装备完成任务的能力[1]。近年来，装备可靠性要求越来越高，直接给可靠性设计和鉴定工作带来了挑战。这就要求生产方和使用方需准确掌握指标的鉴定内涵，否则不利于装备顶层设计，更不利于指标检验与评价[2-3]。因此，开展可靠性指标鉴定内涵的探讨具有十分重要的工程意义。为了准确掌握可靠性指标代表的工程意义，20世纪90年代，国内学者展开了激烈的讨论：文献[4]重点从统计理论角度解释了可靠性指标之间的关系，认为最低可接受值和规定值是由统计方法产生的；文献[5]深入分析统计方法，认为为了适应方法要求，不同阶段均应提出2个指标。上述文献有助于可靠性指标关系的理解，但是相关文献较少从鉴定角度对可靠性指标进行分析，造成不同学者在鉴定过程中对指标的理解存在一定的争议，如装备只有一个可靠性指标的情况下，该指标是最低可接受值还是规定值，且在哪个阶段进行考核均存在不同的理解[6]。在上述研究基础上，学者继续深入研究，从工程角度分析可靠性指标，普遍认为最低可接受值应作为装备定型的依据[7]，但是仍有部分学者认为既然规定值是可以预计和验证的[8]，且作为用户期望达到的目标，应该将规定值作为装备定型的依据。显然，上述认识是互相矛盾的，需进一步研究，以准确把握装备可靠性指标的鉴定内涵。

为了明确可靠性鉴定过程中指标考核对象和考核时机，消除争议，本文采取工程分析和统计理论相结合的方法，对可靠性指标发展历程、鉴定方法和鉴定时机进行了分析，研究结果有助于掌握可靠性指标的工程背景，并深入理解指标鉴定方法，以便从源头上做好装备可靠性鉴定工作。

1 定义及分析

1.1 基础定义

在合同和研制任务书中，对于可靠性定量要求而言，无论是寿命型指标(如平均故障间隔时间θ)，还是成败型指标(如可靠度R)，根据指标数值，一般将较高的指标称为“检验上限”或者“规定值”，较低的指标称为“检验下限”或者“最低可接受值”。检验上限和检验下限主要从统计角度进行描述，即具有统计意义的名词；而规定值和最低可接受值主要从鉴定角度进行描述，即具有工程意义的名词。为了便于论述，结合行业习惯，本文将可靠性指标统一分为规定值和最低可接受值[9]。

根据GJB1909A—2009《装备可靠性维修性保障性要求论证》，可靠性指标定义如下：

1) 规定值：用户期望装备达到的合同指标。

2) 最低可接受值：要求装备应达到的合同指标，是装备定型考核或验证的依据。

根据GJB899A—2009《可靠性鉴定和验收试验》，可靠性指标定义如下：

1) 规定值：若产品的平均故障间隔时间或可靠度真值不小于规定值，则产品被接收的概率至少为100(1-α)%。其中，α为研制方风险，是指可靠性指标超过规定值时，装备被拒收的概率。

2) 最低可接受值：可接收的最低平均故障间隔时间或可靠度。若产品的平均故障间隔时间或可靠度的真值不大于最低可接受值，则产品被接收的概率至多为100β%。β为使用方风险，是指可靠性指标没有达到最低可接受值时，装备被接收的风险。

根据可靠性相关书籍，整理获得可靠性指标定义如下：

1) 规定值：可接收的平均故障间隔时间或可靠度，统计试验方案以高概率接收其真值接近规定值的装备。

2) 最低可接受值：拒收的平均故障间隔时间或可靠度，统计试验方案以高概率拒收其真值接近最低可接受值的装备。

针对上述可靠性指标定义，能够发现目前主要从2个不同的角度进行了描述。(1) 工程角度，如GJB1909A—2009；(2) 统计角度，如GJB899A—2009。这种现状解释了可靠性指标有2种名词定义的原因。

1.2 对比分析

在可靠性定量要求中，一般存在2个可靠性指标(即规定值和最低可接受值)。为了对装备的可靠性指标进行鉴定，需要明确指标考核对象。因此，结合上述定义，从工程和统计角度，说明认识上存在的问题，并开展综合分析，提出解决思路。

1) 工程定义。可靠性指标的工程定义描述最低可接受值作为定型考核或验证的依据，描述规定值为用户期望达到的指标。根据该定义解释，在指标考核过程中，有2个截然不同的认识。部分学者认为定义中强调最低可接受值为考核依据，应将其作为考核对象。而部分学者认为规定值作为用户期望达到的指标，本着满足用户要求的原则，应将其作为考核对象。

2) 统计定义。可靠性指标的统计定义解释规定值为可接收值，最低可接收值为拒收值。部分学者从字面理解，将规定值作为指标考核对象，认为可靠性指标达到规定值，装备才可以接收。而部分人员认为GJB899A—2009中强调最低可接受值为可接收的指标，应将其作为考核对象。显然，上述认识是互相矛盾的。

3) 综合分析。通过上述分析可知，对于指标考核对象，无论从工程定义理解，还是从统计定义理解，均存在一定的分歧。实际上，即使将定义统一理解，仍存在一定的分歧。部分学者认为规定值作为用户期望达到的指标，且作为可接收值，理应作为考核对象。而部分学者认为最低可接受值作为考核依据，且标准中强调可接收，理应作为考核对象。

上述问题源于理解基础不同而产生，可靠性指标工程定义的理解需要学者对装备鉴定背景较为熟悉，而统计定义的理解又需要学者具备一定的统计知识。为了解决上述分歧，准确理解可靠性指标的鉴定内涵，在了解其基础定义的同时，一方面需要掌握可靠性指标发展历程，清楚问题产生的根本原因；另一方面需要分析可靠性指标鉴定的统计方法，清楚指标代表的理论意义和工程意义。

2 发展历程

2.1 美军可靠性指标发展历程

早期，在进行可靠性试验过程中，可靠性指标只规定一个值[10]。随着对装备可靠性指标和试验鉴定的认识逐渐深入，美军1963年颁布《MIL-STD-781B可靠性设计鉴定试验和验收试验：指数分布》后开始普遍提2个值，即规定值和最低可接受值。由于该标准对最低可接受值的定义不够严谨，导致其数值受试验方案的选取而不断变化。比如，假设装备平均故障间隔时间的规定值为400h，选取标准中试验方案Ⅲ，则试验考核的最低可接受值为200h；选取标准中试验方案Ⅳ，则试验考核的最低可接受值为133h。显然，这给装备可靠性指标鉴定带来了很多人为干扰因素，无法明确最低可接受值的具体数值。此时，最低可接受值定义是无效的，无法作为考核依据。鉴于上述情况，美军1977年颁布了该标准的升级版《MIL-STD-781C可靠性设计鉴定试验和验收试验：指数分布》，并对其进行了取代。在升级版的前言中，明确该版重要的修订之一便是重新定义最低可接受值，要求其必须是一个固定的常数，不应受试验方案选取而变化。至此，最低可接受值被明确作为指标考核对象。

美军装备试验鉴定的发展主要经历3个阶段：独立试验阶段、联合试验阶段和试验与训练一体化阶段[11]8。对于可靠性而言，独立试验阶段和联合试验阶段早期主要以最低可接受值作为指标考核对象，将规定值作为研制方的设计值[12]，认为研制方只有按照规定值设计装备，才能使装备以较高的概率通过鉴定试验。从该角度来看，规定值在早期并没有作为指标的考核对象。随着美军装备发展策略的转变，试验思路发生了根本变化，美军认为“装备试验必须建立在战场需求上，必须经得起战场的最终检验[11]9”。显然，这对装备的可靠性指标提出了更高的要求。为了满足战场需求，美军开始考虑将规定值作为指标考核对象，如美军用手册MIL-HDBK-781AReliabilitytestmethods,plan,andenvironmentsforengineering,developmentqualification,andproduction要求规定值利用工程经验和历史信息必须是可达到的。此时，美军开始将规定值作为指标考核对象。目前，美军大力推进“逻辑靶场”，在武器试验场进行基于近似实战环境下的试验和训练以及装备联合试验，将装备定型分为两部分：性能试验和作战(或使用)试验[13]。前者以验证装备工程设计和试制过程是否完备为目的，试验类型包括可靠性鉴定试验和验收试验，通常以最低可接受值为考核对象。后者以检验装备在作战环境和平时使用中的效能和适用性为目的，试验类型包括适用性试验，通常以规定值为考核对象[14]。

综上所述，美军对可靠性指标的鉴定认识是一个逐步完善的过程，经历了一定的曲折。因为美军装备目前采取分阶段考核的方式，所以最低可接受值和规定值均作为考核对象，只是考核阶段不同。

2.2 国内可靠性指标发展历程

我国可靠性标准早期转化了美军相关标准，并积极组织宣贯[15]。受美军早期认识影响，国内一直延续到20世纪80年代初仍只规定一个值，并且对其认识存在争议。部分学者认为该值是最低可接受值，而部分学者则认为该值是规定值。围绕着指标认识的问题，20世纪90年代国内学者开展了大量的讨论，主要从统计角度分析了2个指标之间的关系，较少涉及指标鉴定内涵分析。随着国内对装备可靠性鉴定认识的逐渐深入，2009年颁布的GJB 1909A—2009中规定可靠性可以提出2个指标，也可以只提出一个指标。如果只提一个指标，那么该指标为最低可接受值。至此，国内明确将最低可接受值作为考核对象。

对于装备定型而言，国内主要以最低可接受值为依据，规定值通常采取验证的方式，并没有明确给出规定值的考核时机。同时，受美军将规定值作为装备合格最终标准的影响，部分学者仍认为应将规定值作为考核对象。由此可见，关于规定值是否作为考核对象仍存在一定的争议。

综上所述，随着对装备试验鉴定认识的逐渐深入，最低可接受值作为考核对象形成了统一的认识，但是对于规定值，受美军试验鉴定体制的影响，工程上仍存在一定的争议。

3 鉴定统计方法分析

3.1 假设检验方法

可靠性指标考核方案的制定在统计理论中属于假设检验范畴。在掌握指标发展历程的基础上，为了深入分析其鉴定内涵，需要对统计方法进行进一步分析。根据假设检验的定义[16]，需要给出原假设和备择假设。以可靠度为例进行说明，一般规定原假设为装备可靠度不小于规定值，备择假设为小于最低可接受值，称为双边假设检验，表达式如下：

H0:R≥R0，H1:R

式中：R0为规定值；R1为最低可接受值。

针对双边假设检验，结合工程背景确定决策规则：当原假设为真时，接受原假设，以1-α概率接收装备；当原假设不真时，拒绝原假设，以1-β概率拒收装备。

根据双边假设检验形式和决策规则，不能简单地认为原假设的规定值为考核对象，而应进一步分析其统计内涵和工程内涵，以明确原假设和备择假设的深层内涵。

3.2 统计内涵

为了明确双边假设检验所考核的指标，需要深入了解其决策规则的统计意义。假设检验和区间估计在经典统计学上有着密切的联系，为了便于说明，利用区间估计进行对比分析[17]。

3.2.1 原假设为真

检验值R为随机变量，给定置信水平1-β或1-α，结合试验结果，能够获得其置信下限RL和置信上限RU。当原假设为真，接收装备，检验值与可靠性指标的关系如图1所示。

图1 接收装备准则

3.2.2 原假设不真

当原假设不真，拒收装备，检验值与可靠性指标的关系如图2所示。

图2 拒收装备准则

将接收准则和拒收准则进行对比，从数值来看，接收装备要求可靠度置信下限必须达到最低可接受值，规定值仅是包含即可。正如美军标准中描述：“原假设成立并不代表可靠性已达到规定值，而是以很高的概率超过最低可接受值”。因此，从假设检验方法来看，应以最低可接受值为考核对象。

假设检验决策规则的制定实际是基于反证法的思想。在数学上，难以用一个样本证明一个检验(或命题)成立，却易用一个样本推翻一个检验(或命题)。通过上文分析，接受原假设，说明规定值得到了验证，但更说明备择假设没有被推翻，以一定的概率成立，最低可接受值得到了检验。这也是为什么会出现原假设成立，看似可靠性指标高于规定值，但结论却是最低可接受值得到检验的根本原因。

综上所述，从判决准则数值变化关系和数学思想来看，双边假设检验实质考核对象为最低接受值。

3.3 工程内涵

由于装备样本的随机性，假设检验不能给出一个完全肯定的结论，即不可能出现装备100%合格(或不合格)的结论，因此，假设检验存在2类错误：纳伪和拒真。这2类错误分别对应着工程中使用方和生产方的风险。使用方风险(即纳伪)是指装备没有达到要求而被接收的概率，生产方风险(即拒真)是指装备达到要求而被拒收的概率。

为了控制双方风险，提出了双边假设检验。原假设反映了生产方的利益，如果装备可靠性达到规定值，那么其被拒收的概率就要尽可能的小，即生产方以1-α接收装备。备择假设反映了使用方的利益，如果装备可靠性没有达到最低可接受值，那么其被拒收的概率就要尽可能的大，即使用方以1-β拒收装备。因此，双边假设检验决策原则有着较强的工程背景，分别代表了生产方和使用方的利益。

在上述工程背景下，结合双边假设检验的统计内涵，在研制与定型阶段，使用方更加关心装备可靠性指标的下限，要求其能够满足基本使用性能要求，对于规定值该阶段并不关心。因此，为了控制使用方风险，并缩短试验周期，GJB899A—2009提供了一种备选的试验方案(即LQ方案)。该方案确定的假设检验称为单边假设检验，表达式如下：

H0:R≥R1，H1:R

该假设检验决策准则为：当原假设为真时，接受原假设，使用方以1-β概率接收装备；当原假设不真时，拒绝原假设，使用方以1-β概率拒收装备。显然，单边假设检验确定的装备决策准则仅需利用最低可接受值，这是国军标规定合同和研制任务书可以仅提最低可接受值的根本原因。

综上所述，从原假设和备择假设的工程含义来看，可靠性指标应满足使用方要求，而使用方十分关心装备能否达到最低接受值，因此，假设检验方法所考核对象应为最低可接受值。

4 鉴定时机分析

4.1 寿命周期阶段划分

根据GJB450A—2004《装备可靠性工作通用要求》，装备全寿命周期通常包括论证、方案、工程研制与定型、生产与使用等阶段。上述阶段，装备可靠性水平应始终处于一个不断增长的过程。为了检验装备可靠性增长效果，使用方需要在不同阶段对其可靠性进行考核。

4.2 各阶段鉴定分析建议

装备可靠性水平是一个不断增长的过程，其可靠性指标考核应采取分阶段的形式。

对于最低可接受值，通过上文分析，主要在定型和生产阶段作为考核对象，符合工程实际。对于规定值，20世纪90年代学者从工程角度提出装备可靠性水平应在成熟期达到规定值。由于成熟期[18]是指装备部署使用一段时间后，其设计、工艺缺陷得到充分暴露与改进，可靠性水平已稳定，而不同装备成熟期显然不同；因此，无法明确考核具体时刻，给考核组织实施带来了一定的困难。

为了充分考核规定值，在上文分析美军装备鉴定体系基础上，应根据贴近实战考核的思想，进一步完善试验鉴定体制，大力推进作战试验鉴定。如文献[19]所述，应与国际接轨，将目前的“使用试验”“部队试验”和“部队试用”等试验类型统一称为“作战试验与鉴定”。通过开展作战试验鉴定，可以将规定值作为该阶段考核对象，在最低可接受值基础上，试验条件尽可能贴近实战[20]，进一步考核装备的可靠性指标，使其可靠性水平不断增长，真正实现国军标规定的“用户期望装备达到的合同目标”。

根据上述分析，建议进一步完善试验鉴定体系，开展作战试验鉴定，并采取分阶段鉴定的方式，使最低可接受值和规定值在不同阶段得到考核，如图3所示。

图3 可靠性指标阶段考核示意图

图3中定型阶段和批生产阶段均以最低可接受值作为考核对象，分别利用可靠性鉴定试验和可靠性验收试验进行考核。区别在于批生产阶段，在考核最低可接受值的同时，应对装备进行评估，判断其可靠性是否稳步增长。作战使用阶段则以规定值作为考核对象，利用作战试验进行考核。

综上所述，通过分阶段考核，能够明确可靠性指标考核对象，消除规定值是否作为考核对象的争议，符合可靠性增长过程，有利于可靠性指标的鉴定工作，进而切实提高装备可靠性水平，充分满足作战使用要求。

5 结 论

针对装备可靠性鉴定工作，本文从工程背景和统计理论的角度，分析了产生争议的原因，明确了指标考核对象，并对考核时机提出了建议，有助于深入理解可靠性指标鉴定内涵。相关结论如下：

1) 造成可靠性指标鉴定工作存在争议的原因有2个：(1) 受美军早期标准影响，国内对可靠性指标鉴定理解经历了一定的曲折；(2) 对可靠性指标鉴定方法的理解缺乏一定的统计知识。

2) 通过分析可靠性指标鉴定统计方法，说明了假设检验决策准则对应的可靠性检验值变化情况，并说明了原假设和备择假设分别代表的工程含义，进而从统计方法上明确最低可接受值应作为指标考核对象。

3) 结合装备可靠性增长过程和美军成熟的试验鉴定经验，建议对可靠性指标采取分阶段考核的方式，并开展作战试验鉴定。将最低可接受值作为装备设计定型阶段的考核依据，规定值作为装备作战使用阶段的考核依据，进而明确考核时机，使可靠性指标得到充分考核。

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(编辑：李江涛)

Research on Equipment Reliability Index Qualification Connotation

LI Dawei, PAN Diansheng, ZHAO Zhimin

(91550 Troops, China)

For disputes on index assessment object and time in the reliability qualification process, based on analyzing the index definition, the solution by means of combining engineering background and statistical theory is provided. Firstly, it expounds the development history of reliability index home and abroad, and explains the causes that arouse the controversy from the aspect of engineering by making contrasts and comparisons. Secondly, it analyzes the reliability index qualification methods, demonstrates the statistical connotation and engineering connotation with interval estimation, and makes it clear that minimum acceptable values are used as index assessment objects. Finally, in combination with the equipment reliability growth process, the suggestion of multi-stage assessment is proposed that minimum acceptable values be assessed in approval stage and the specified values be assessed in operational test stage.

reliability index; qualification method; qualification timing; development history

2017-03-02

李大伟(1985—)，男，工程师，博士，主要研究方向为可靠性试验与评价、性能可靠性建模与维修决策。law1198@126.com

TB114.35

2095-3828(2017)03-0099-06

A DOI 10.3783/j.issn.2095-3828.2017.03.017