水声对抗装备研制周期可靠性监督的探讨

刘征宇

（海装上海局驻上海地区第七军事代表室，上海 201108）

引言

装备质量只有先进性是远远不够的，真正好的装备应是管用、顶用、好用、耐用的装备[1]。装备的战术技术性能与可靠性之间有着极为密切的关系，战术技术性能是否能得到充分发挥有赖于装备可靠性的提高[2,3]。

装备的功能性能特性，在设计制造完成之后可以显性地测量，而可靠性作为一种固有质量特性，需要装备使用过程中的长期统计数据才能最终验证[4]。由于武器装备可靠性工作的复杂性，一直以来都是我国军工行业难以彻底解决的问题之一[5]。

钱学森同志曾在国防科工委系统的可靠性会议上总结经验“可靠性是设计出来的、生产出来的、管理出来的”[6]。研制阶段可靠性监督控制是一项复杂的系统工程，从方案论证、样机设计、试验验证、生产控制到使用保障的全过程，都需要有严格的管理监督及控制程序和标准，以确保交付部队装备产品达到可靠性要求。

1 监督管理方案

在水声对抗装备质量监督管理工作中，严格监督性能水平的同时，注重同步做好可靠性要求、可靠性工作计划、过程设计、检查改进和试验验证等工作的监督管理。通过不断总结可靠性基本理论、国军标和相关资料，借鉴国内外可靠性监督管理的先进经验，结合水声对抗装备自身特点，对标实战使用，从可靠性要求、可靠性计划、设计分析、检查改进和试验验证几个方面重点开展可靠性监督管理，取得了阶段性的成果。

可靠性监督管理是一种方法论与技能的混合，其中最重要的是，决定是否应用方法论或依靠更直观的方法[7]。在水声对抗装备可靠性监督管理中，将方法论和直观的方法手段结合，逐渐形成初步的水声对抗装备可靠性监督管理方案，如图1所示。

图1 可靠性监督管理方案

2 可靠性监督管理的工程基础

2.1 标准分析

水声对抗装备可靠性论证、管理、设计分析和试验评估等工作项目中，依照、参考的标准较多，部分如表1所示。

在监督管理工作中发现，水声对抗装备可靠性各阶段工作所需标准基本具备，但存在以下问题：

1）总体上，可参考标准种类多，但对水声对抗装备针对性、指导性不强，存在较多工作项目，需综合比较多个标准后选用和裁剪，工作实施复杂，也存在对通用标准使用理解的差异；

2）在论证方面，对于水声对抗装备的一些特有设备、材料来说，术语定义和要求解释不够详细、明确；

3）在管理方面，部分内容不适应现有研制程序，需要更新；

4）在可靠性试验方面，只有任务可靠性的试验方法，缺乏贮存、装载阶段的试验验证方法。

后续工作中，也迫切要求有明确的、规范的专用标准，以指导研制周期的可靠性工作，提高工作的标准化水平。

2.2 可靠性要求

2.1.1 可靠性参数

可靠性指产品在规定条件下、规定时间内，完成规定功能的能力，其参数分类如表2所示。

表2中，R(t)为可靠度，λ为故障率，MTBF为平均故障间隔时间，MTTF为平均故障前时间，P(S)为成功概率，P(F)为故障概率。

水声对抗装备类涵盖了表2中三种典型类型设备，有连续工作也有间歇工作的设备，有可修复也有不可修复的设备，还有一次性使用的设备。例如，可修复的电子设备可靠性参数应选用“MTBF”，一次性使用的对抗器材可靠性参数应选用“成功概率”。需要说明的是，考虑到习惯用法，允许把成功概率称为可靠度，如作用可靠度、发射可靠度、飞行可靠度，但会说明其定义与成功概率相同。对于水声对抗装备中的其他设备，可依照产品特性按照表2选用相应的参数。

表2 可靠性设计参数[8]

水声对抗装备中，不同类型的设备可靠性参数指标不同，管理也不尽相同，需按照要求分类监督、有所侧重。

2.1.2 指标转换[9,10]

在装备立项综合论证中，根据作战效能需求的分解，论证出期望的可靠性要求，包括目标值和门限值。目标值是确定规定值的依据，门限值是确定最低可接受值的依据。在装备使用到成熟期，可靠性应达到目标值水平。

目标值和门限值转换成规定值及最低可接受值后，纳入研制合同。

规定值，指用户期望装备达到的合同指标，是研制单位进行产品可靠性设计的主要依据，是在设计中力争实现的指标。最低可接受值，指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。

2.3 可靠性验证方法

2.2.1 平均故障间隔时间的验证方法

对平均故障间隔时间试验验证方法，发展较成熟，标准对于试验程序、试验应力、故障定义等方面有明确、详细的定义。工程中，可直接按照规定的指标要求和约定的生产方风险、使用方风险，查GJB 899A，选择适宜的试验方案，确定试验时间和允许的故障次数，开展相应的试验验证。

以某设备为例，其合同规定MTBF的规定值600 h、最低可接受值为300 h，生产方使用方风险均为20 %，试选择试验方案。GJB899A规定的部分典型试验方案如表3所示。

表3 典型MTBF试验方案[11]

鉴别比的定义为规定值与最低可接受值之比，工程中，可用预计值与最低可接受值的比值。查该设备可靠性预计报告，MTBF预计结果为1 140 h，通过计算，该设备鉴别比为3.8，大于3.63，可选择20-2、20-3等试验方案。以20-2为例，累计试验的时间应为最低可接受值的2.99倍，即897 h，如故障数小于等于1，则通过试验验证。

通过以上分析可知，装备的可靠性指标越高，所需的试验时间就越长，试验的费用就越高。

2.2.2 可靠度的验证方法

相对复杂的系统通常约定可靠度指标，可采用基于设备试验的系统评估方式进行。在研制初期，按照HJB 54的规定的算法，折算各设备的MTBF，再根据GJB 899A选择适宜的试验方案，明确试验时间和允许的故障个数，有计划性地开展相应的设备试验和系统评估工作。

随着装备的交付使用，实际使用数据有了一定的积累，就可按照HJB 54的规定的方法，对装备的实际水平进行评估。

综合这两节的分析，对于比较复杂的装备，对每台（套）都开展试验是不现实的，需根据实际选择适当的方法，开展数据统计和分析评估[12]。

2.2.3 成功概率的验证方法

对成功概率的验证方法，可按照GB/T 5080.5选择成功概率试验方案，确定试验总次数、允许的故障次数。对试验结果，可根据试验次数、故障次数，按照GB/T 4087进行置信下限的评估。

对成功概率试验验证方案的理解，离不开OC（Operating Characteristic Curve）曲线，即操作特性曲线，如图2所示。

图2 操作特性曲线[13]

它把试验方案与可靠性生动地联系起来了，可以直观地反映某一失效率水平的装备通过某一抽检方案的概率[14]。OC曲线上任一点的横坐标为成功概率，纵坐标为该成功率的接收概率，建立了接收概率随批产品成功概率的变化的关系。

试验方案不可避免地会带来判断上的两种错误。第一种，将合格判为不合格而拒收，会给生产方带来损失，错误的概率α称为生产方风险。第二种，将不合格判为合格而接收，会给使用方带来损失，错误的概率β称为使用方风险。

在目前的型号工作中，采用的验证方案为，当可靠性水平真值为R0（规定值）时，高概率（1-α）接收，当可靠性水平真值为1R（最低可接受值）时，高概率（1-β）拒收。

通过上述分析可知，最低可接受值是鉴定试验方案选择的依据，但这不是高概率接收的考核线，而是高概率拒收的考核线。

3 可靠性监督管理的主要内容

3.1 可靠性计划监督

可靠性计划监督时，首先，要注意工作项目裁剪是否合理，对每个工作项目规定的输入是否明确，输出是否合理，责任是否到人。

其次，要注意工作项目的安排是否合理、高效。以可靠性试验为例，既关系到项目研制的时间节点，又关系到人力、物力等资源调配。因此，应尽可能综合考虑可靠性试验与性能试验、环境试验和耐久性试验，构成一个比较全面有效的试验计划。既避免重复试验，又避免遗漏在单项试验中易受忽视的缺陷[15]。

对于较高指标的设备，则需要更多的样本、更长的时间来验证可靠性，其经费、周期成本高，尤其要注意做好工作计划及具体实施方案。

最后，要定期检查可靠性计划，督促检查工作项目的完成情况，检查可靠性设计分析工作的落实，督促元器件筛选大纲、可靠性试验大纲等的编制和评审，及早发现问题，保证计划完成和指标实现。

3.2 可靠性设计监督

可靠性设计监督时，要注意加强观念创新、理论创新、方法创新全面提升设计监督能力，重点加强“全系统、全过程、全寿命”理论的深入研究，注重对新技术、新材料、新工艺和新方法的学习，以提高对装备的监督管理能力[16,17]。

首先，要把好文件审查审签关，在总体层面对被审文件进行审查，检查其内容是否全面、完整、协调，有无缺项，设计输出是否满足输入要求[18]。

不同文件审查又有所侧重，以可靠性大纲为例，应对照标准和指标要求，重点审查工作项目剪裁是否合理；以可靠性预计报告为例，要关注预计与寿命周期各阶段环境的关系，预计所用的应力条件、环境条件，是否覆盖任务周期的应力条件、环境条件，是否有长时间的贮存阶段，是否需要开展非工作状态的预计，并监督开展相应的预计计算。

其次，重视设计评审，结合可靠性定量指标要求、鉴定和验收方法，开展设计评审工作。突出重点抓关键，严格按照相关程序进行，避免走过场，对评审中关键重要的问题严格把关[19]。

最后，要督促承制单位严格按大纲规定、文件要求和评审意见等相关要求开展研制工作，并加强监督检查，避免设计文件和实际工作不一致的“两张皮”现象。

3.3 可靠性试验监督

可靠试验监督时，应重视装备研制阶段对可靠性要求的考核与验证，以便尽早发现产品可靠性薄弱环节，改进设计，提升装备可靠性水平。

首先，重视单元试验，可减少产品设计、改进和试验的总工作量[20]。在单元试验中可以发现、排除许多故障源，单元试验结束后再进行综合试验，可减少设计的反复。有些型号项目为了节省时间，把单元试验工作全部裁剪，直接进入较高层级的试验阶段，发生故障时再开展单元试验以查明故障源，往往花费的时间、经费代价更大。需在项目初期做好规划，在对多种试验方案进行技术经济分析的基础上，确定最佳试验计划。

其次，重视环境应力筛选试验，环境应力筛选可及时剔除早期失效，是装备可靠性的有效保证[21]。在研制阶段、鉴定试验前、小批试生产阶段，对每一套出厂的设备都按要求进行环境应力筛选，以保证装备的研制生产质量。

最后，严格把关可靠性试验与评估，督促并检查试验与评估大纲的编制和实施情况。在装备研制过程中，可能开展多次可靠性试验与评估，应及时跟进监督，督促研制单位尽早发现问题、解决问题，促进装备可靠性不断增长。对于试验中暴露出来的问题，督促按照故障报告、分析和纠正措施系统的要求，进行认真分析，提出解决措施，验证归零并举一反三。

3.4 可靠性信息收集监督

对可靠性信息收集的监督，可从过程和区域两方面开展。过程上，从论证设计到鉴定定型，研制的全过程也就是信息收集监督的全过程；区域上，则是产品开发部门、质量检验部门、试验场所和试制加工等[22]。

研制单位往往忽略可靠性信息收集，而研制阶段的可靠性信息分析总结，与后续装备的可靠性提升有着紧密的关系，需督促研制单位重视并认真开展可靠性信息收集工作。

4 总结

本文分析了水声对抗装备研制过程中可靠性监督的意义，借鉴国内外先进理论和经验总结，提出了水声对抗装备可靠性监督的总体方案；提炼了可靠性监督的必备工程基础，具体包括标准分析、参数要求和试验方法；介绍了可靠性监督工作中的主要内容和方法，并有效落实在可靠性计划、可靠性设计、可靠性试验等过程的监督管理工作中，促进可靠性监督工作的开展，促进水声对抗装备可靠性提升。