鱼雷可靠性信息的收集与应用

庞 多, 程文鑫, 陈 欢, 张共愿, 张岳青

鱼雷可靠性信息的收集与应用

庞 多1, 程文鑫2, 陈 欢1, 张共愿1, 张岳青1

(1. 中国船舶集团有限公司 第705研究所, 陕西 西安, 710077; 2. 海装装备项目管理中心, 北京, 100071)

可靠性信息对于优化产品设计、评估定量指标具有十分重要的意义, 而鱼雷可靠性信息的收集尚处于起步阶段, 信息收集的方法及应用还未进行系统研究。针对此现状, 文中分析了鱼雷可靠性信息收集的必要性, 给出了信息收集的内容、用途及方法, 结合信息收集的工程经验, 提供了部分信息收集表格以供参考, 结合计算公式给出了应用示例, 旨在为鱼雷可靠性信息收集工作提供思路。

鱼雷; 可靠性信息; 信息收集

0 引言

可靠性信息是指产品寿命周期各阶段的可靠性工作及活动中所产生的描述产品可靠性水平及状况的各种信息和数据等[1], 主要包括装备论证、研制、生产和使用期间产生的可靠性相关数据、报告和文件等[2]。

目前, 航海、航天和航空领域均已对产品可靠性信息收集进行了研究, 例如文献[3]对舰船在使用阶段如何开展信息收集工作进行了阐述; 文献[4]结合航天产品的可靠性工作要求, 给出了可靠性信息数据库的整体设计方案; 文献[5]通过利用直-11外场信息, 减少了飞行试验时间, 加快了试验进度。这些已有的研究成果虽然具有先导性, 但并不适用于鱼雷的可靠性信息收集, 鱼雷行业虽已陆续开展相关信息收集工作, 但还未进行系统的研究。

文章基于鱼雷可靠性信息收集现状, 就研制阶段可靠性信息收集的内容、方法和形式等进行了总结, 为鱼雷可靠性信息收集工作提供参考。

1 可靠性信息收集必要性

鱼雷可靠性信息收集的必要性主要体现在以下几点。

1) 可靠性信息是优化鱼雷设计、实现可靠性增长的重要依据, 掌握充足的可靠性信息, 能够了解现有鱼雷型号的可靠性水平, 并为改型及新型号鱼雷装备的方案论证、指标制定提供参考。

2) 鱼雷研制阶段的可靠性评估主要依赖于可靠性信息, 但由于可靠性信息产生的时间和地点不同, 因而较为分散, 有必要将这些信息整合起来, 便于查阅及使用。

3) 可靠性信息是可靠性研究的基础, 通过积累可靠性信息, 掌握鱼雷研制的薄弱环节, 降低设计成本, 缩短研制时间, 提高研制单位效益。

4) 目前, 鱼雷行业对于可靠性信息还未有系统收集的先例, 积累的素材过少, 不利于专业及行业发展, 应逐步形成信息收集的意识及系统收集信息的方法。

2 可靠性信息收集内容及用途

结合目前鱼雷可靠性信息涉及的内容及信息收集的工程经验, 鱼雷可靠性信息收集的内容主要可归纳为以下几个方面。

1) 文档信息。主要包括鱼雷可靠性要求, 可靠性工作计划及设计准则, 故障模式、影响及危害性分析(failure mode effects and criticality analysis, FMECA)报告, 关重件清单以及可靠性试验报告和评估报告等。文档信息的收集可为工作总结及新型号鱼雷指标论证提供充足的参考素材。

2) 试验信息。主要包括在实航试验及各类陆上试验等过程中产生的可靠性信息。实航试验信息指鱼雷在湖、海实航试验中产生的信息, 主要包括试验有效条次数、成功条次数等, 用于评估鱼雷实航工作可靠度水平。陆上试验主要关注异常问题的解决途径、为提升鱼雷可靠性水平而采取的措施等信息, 这类试验信息可为提升可靠性设计水平积累经验。

3) 故障信息。指鱼雷在研制阶段各类试验过程中产生的故障信息, 如故障件信息、故障改进措施等。该部分信息有助于了解鱼雷薄弱环节, 优化鱼雷设计, 同时可为提炼设计准则提供参考。

4) 维修性/保障性信息。维修性与保障性信息往往同时产生, 通常一起收集。主要包括鱼雷在技术准备过程中的安装、分解操作信息, 该过程中的维修作业工序、所需人数和时间, 以及工具、备件、消耗品和寿命件等保障资源的使用情况等。收集维修性/保障性信息主要是为优化维修性设计及制定综合保障方案提供参考, 同时还可为维修性和保障性定量指标评估提供数据支撑。

5) 测试性信息。主要包括全雷、舱段或组件对故障的检测、定位情况, 以及鱼雷或检测设备的虚警情况等, 还需将这些自然发生的故障与FMECA报告比对, 对其进行及时补充完善。测试性信息的收集主要是为了完善鱼雷测试性设计、提高检测设备检测能力及回答测试性指标要求。

6) 保障设备信息。在收集鱼雷信息的同时, 为评估保障设备指标, 还要同步收集与设备有关的信息, 主要包括保障设备的任务时间、故障情况和使用情况等。与鱼雷产品不同, 保障设备的信息常常易被忽略, 很可能导致定型时没有充足的数据而无法回答指标, 因此, 保障设备的可靠性信息同等重要, 应同步收集。

文中暂不涉及鱼雷安全性及环境适应性方面的信息。

3 收集方法

以上可靠性信息除文档信息外, 其他几类信息都属于试验现场信息。根据各类信息产生的时间和地点不同, 分别由不同负责人开展收集工作, 最终汇集到可靠性负责人, 进行统一整理与分析。

3.1 文档信息收集方法

文档类信息经各方认可并签署完整后, 即可由各文件负责人提交给可靠性负责人。为了查阅方便, 一般的收集形式为电子文件。由可靠性负责人建立型号专用的信息文件夹, 分类存档, 方便传递及查询。随着研制阶段的推进, 文档信息要随之更新。

3.2 试验现场信息收集方法

实航试验信息一般由鱼雷总体人员记录, 但在用于可靠性评估时, 对于成功/失败条次的判定还需根据可靠性故障判据等确定。陆上试验信息通常由各参试产品负责人收集。一般试验信息以研制阶段为单位, 提交给可靠性负责人。

鱼雷故障信息通常由质量师系统负责收集, 并随着故障的分析解决情况不断更新, 由于这部分信息更新频繁, 不适合收集后立刻汇总到可靠性负责人处, 需按照阶段提交。

维修性/保障性信息中的操作类信息, 由各产品负责人随试验条次收集, 按照研制阶段提交给可靠性负责人, 收集的有效信息越多, 维修性指标的评估值就越精确。工具、备件和消耗品等可一次性统计完毕, 由可靠性负责人或指派人员负责收集; 寿命件等使用信息, 产品负责人根据具体使用及更换情况, 及时收集。

测试性信息与故障信息密切相关, 因此常伴随故障信息统计。原则上只统计与测试性相关的故障, 如鱼雷壳体的裂痕就不属于测试性关注的范畴。这部分信息一般要待故障原因明确后才能判断是否属于测试性信息, 由各故障技术负责人整理, 按照研制阶段提交至可靠性负责人。

保障设备有关信息应在保障设备使用过程中, 由使用人或保障设备负责人进行统计并记录, 按照研制阶段提交。

试验现场信息通常选择在鱼雷及保障设备状态稳定、操作人员基本熟练时开始收集, 早期偶发故障阶段及操作不够熟练时收集的数据缺乏参考价值。提交的形式主要为经过各方签字确认后的有效信息表格。

4 收集形式

除文档信息外, 鱼雷可靠性信息收集的形式主要为信息表格, 表格格式统一, 便于汇总。结合以往信息收集的经验, 文中给出部分信息收集表格以供参考(见表1~表6), 使用时可根据实际情况作相应修改。

表1 故障信息统计表

Table 1 Statistics of failure information

为确保信息的有效性, 每一份信息需经产品技术负责人及质检人确认后再提交可靠性负责人, 必要时还需得到使用方的认可。

表2 操作类信息统计表

Table 2 Statistics of operation information

表2中: 作业内容是指操作的具体内容, 如将头段与操雷段分解、安装电子组件等, 为了统计方便, 事前可根据操作检查表将作业内容填写完整; 人数通常指较为固定、熟练操作的工人数量, 时间指针对某作业内容所用的时长; 备注用来注明特殊或异常情况等。

表3 备品/备件/消耗品/寿命件信息统计表

Table 3 Statistics of spare article/spare part/expenda- bility products/life products information

表3中: 所属装配是指更换备品/备件等产品的名称, 如头段在装配过程中更换了一次件密封圈, 表3中名称填写密封圈, 其所属装配记录为头段壳体; 更换时机可以为维护、维修、试验前装配或试验后分解等; 工位是指发生更换时产生的物理位置, 如头段装配工位, 可为该维修级别保障资源的策划提供参考。

表4 标准/专用工具统计表

Table 4 Statistics of criterion tool/specialism tool information

表5 测试性信息统计表

Table 5 Statistics of testability information

表5中: 检测设备是指定位该故障所用的检测设备; 检测时间是指定位该故障所用的时间, 用于评估更换故障件时的平均修复时间; 虚警描述是指鱼雷或检测设备发生虚警的具体情况。

表6 保障设备信息统计表

Table 6 Statistics of guarantee equipment information

表6 中: 工作时间是指保障设备按照其任务剖面工作的时间; 虚警次数一般指电子或机电保障设备在对鱼雷产品检测时发生虚警的次数, 机械类保障设备不必填写该项内容; 故障修复时间是指修复该保障设备某故障单元所用的时间。

为避免理解上的分歧而导致的统计偏差, 应提前对信息收集表格统计的内容进行规定与说明。

5 应用示例

以下给出部分可靠性信息在优化鱼雷设计、定量评估方面的应用示例。

1) 实航试验信息应用示例

研制阶段, 共收集到某鱼雷型号湖、海实航试验61个有效条次, 根据事先确定的故障判据, 判定失败14条次, 置信度为0.8。根据式(1)[6]计算得到该阶段鱼雷的实航工作可靠度单侧置信下限为0.713。

此外, 通过分析失败条次的原因, 追踪故障分析及改进措施落实情况, 将产品改进措施落实到设计准则中, 避免了同类故障再次发生。

2) 维修性/保障性信息应用示例

按照表2的形式, 共收集到某鱼雷电子舱段装配信息表格11份, 除1份表格备注“更换舱段电缆, 重新安装”的情况外, 其余均为有效数据, 剔除重复安装信息, 将各作业内容所需的人数及时间求取平均值, 整理如表7。

表7 电子舱段装配信息统计表

装配电子舱段的时间可由下式计算

式中:为总操作时间;为各作业内容时间的平均值;为作业内容个数。

根据表7数据及式(2), 得到装配电子舱段的时间约为33.7 min, 至多需要2个装配工人。如果不满足分配给电子舱段的平均修复时间(mean time to repair, MTTR)或保障资源规划给该舱段的维修人数时, 应及时更改维修性设计, 保证满足指标要求。

需要注意的是, 鱼雷在装配或分解的过程中存在很多工序并行开展的情况, 这时在利用式(2)计算整体操作所需的时间时, 不能同时将并行工序所用时间累积到总体时间中, 而应选取并行工序用时较长的参与计算。

3) 测试性信息应用示例

按照表5的形式收集到某鱼雷测试性信息表格, 统计出发生在全雷调试时的故障共25个, 均被准确定位到各现场可更换单元(line replaceable unit, LRU)。已知该阶段发生的与测试性相关的故障总数为32, 无虚警发生。

由于该鱼雷测试性要求是针对全雷状态下提出的, 并要求能将故障隔离到各LRU。因此, 在全雷状态下, 根据式(5)和式(6)[7]计算得到故障检测率和故障隔离率分别为78.1%和100%。

式中:N为用规定的方法正确检测到的故障数;N为被测单元发生的故障总数;N为用规定的方法正确隔离到不大于个可更换单元的故障数。

该鱼雷的故障检测率未能满足指标要求, 因此需改进测试性设计, 增加测试点或测试芯线, 并落实到设计准则中。

4) 保障设备信息应用示例

根据式(7), 评估该保障设备的平均故障间隔时间(mean time between failure, MTBF)为175.16 h。

式中,为累计虚警次数。

根据式(9)求得MTTR的点估计值为1.63 h。

式中:为设备总数;为实际使用设备数;为使用时合格设备数。

6 补充说明

根据鱼雷可靠性信息收集工作中积累的经验, 有以下几点需要说明:

1) 在分析可靠性信息时, 应注意剔除无效数据, 如重复操作时间、人员操作失误等;

2) 试验信息、故障信息、测试性信息和保障设备使用信息收集的越多越好, 而维修性/保障性信息不会随着收集的多少而有较大的变化, 当样本量足以评估指标时, 可停止收集。

3) 评估所用数据必须是产品在同一技术状态下统计的数据, 或经分析后认为状态的微小变化不会对评估结果产生影响, 否则评估结果不可信。

4) 鉴于试验现场信息涉及到鱼雷装备的使用, 试验现场信息收集过程中给出的改进建议应予以充分重视。

7 结束语

文中结合鱼雷可靠性信息收集的现状, 总结了可靠性信息收集的必要性及内容, 阐述了各类信息的用途, 给出了可供参考的信息收集方法及表格形式, 并给出了部分应用示例, 根据信息收集的经验, 说明了信息收集过程中需要注意的几点事项, 可为鱼雷可靠性信息的系统收集提供思路。

文中内容尚未涉及鱼雷的装载/贮存信息、安全性及环境适应性信息, 这些信息同样值得收集与研究, 随着鱼雷可靠性信息收集工作的不断成熟, 应逐步完善收集的内容。

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Collection and Application of Reliability Information for Torpedo

PANG Duo1, CHENG Wen-xin2, CHEN Huan1, ZHANG Gong-yuan1, ZHANG Yue-qing1

(1. The 705 Research Institute, China State Shipbuilding Corporation Limited, Xi’an 710077, China; 2. Armament Project Management Center of Naval Equipment Department, Beijing 100071, China)

Reliability information is crucial to improve product design and evaluatequantitativeindex.The collection of reliability information for torpedo is in the early phase, and the method and application of reliability information collection have not been systematically studied. Aimed at the actuality, this paper analyses the necessityof the collection of reliability information for torpedo, and gives the content, use, and method of information collection. Combined with engineering experience of information collection, the paper provides information collection forms for reference, and gives application examples combined with the calculation formula. It can supply mentality for information collection of torpedoes and accumulate reliability information of torpedo continually.

torpedo; reliability information;collection of information

TJ630; TB114.37

A

2096-3920(2021)02-0243-06

10.11993/j.issn.2096-3920.2021.02.017

庞多, 程文鑫, 陈欢, 等. 鱼雷可靠性信息的收集与应用[J]. 水下无人系统学报, 2021, 29(2): 243-248.

2020-01-05;

2020-02-27.

庞 多(1989-), 女, 硕士, 工程师, 主要研究方向为可靠性系统工程.

(责任编辑: 陈 曦)