魚雷多狀態(tài)可靠性增長(zhǎng)分析方法

廖富魁1, 周春明2, 趙 敏2

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魚雷多狀態(tài)可靠性增長(zhǎng)分析方法

廖富魁, 周春明, 趙 敏

(1. 海軍駐昆明750試驗(yàn)場(chǎng) 軍事代表室, 云南昆明, 650051; 2. 昆明船舶設(shè)備研究試驗(yàn)中心, 云南昆明, 650053)

為了更加有效地開展魚雷可靠性增長(zhǎng)分析, 發(fā)現(xiàn)和解決研制過程中存在的問題, 提出了魚雷多狀態(tài)可靠性增長(zhǎng)分析方法。該方法在成敗型AMSAA-BISE可靠性增長(zhǎng)分析模型的基礎(chǔ)上, 將故障次數(shù)用累計(jì)失敗程度代替, 并通過試驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的正確性。該方法簡(jiǎn)單易行, 能夠推進(jìn)可靠性增長(zhǎng)分析方法的發(fā)展。

魚雷; 多狀態(tài); 可靠性增長(zhǎng)

0 引言

在魚雷的可靠性工程實(shí)際中, 由于魚雷的結(jié)構(gòu)復(fù)雜, 功能多, 為了解決試驗(yàn)過程中的“性能判為不合格, 而可靠性判為成功”的悖論, 許多學(xué)者基于可靠性的定義, 從識(shí)別魚雷完成規(guī)定功能出發(fā), 對(duì)完成規(guī)定功能和未完成規(guī)定功能的2種狀態(tài)外進(jìn)行了拓展, 提出了魚雷從最佳工作狀態(tài)到完全失效狀態(tài)之間還存在多種中間狀態(tài), 使用不同方法開展了試驗(yàn)結(jié)果的多狀態(tài)判定研究。其中, 文獻(xiàn)[1]應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)和方法, 在分析魚雷試驗(yàn)結(jié)果的現(xiàn)有評(píng)定方法?—傳統(tǒng)評(píng)定方法和超差點(diǎn)法的基礎(chǔ)上, 提出了魚雷試驗(yàn)結(jié)果的綜合模糊評(píng)定方法, 將試驗(yàn)結(jié)果從成功(合格)與失敗(不合格) 2種狀態(tài)向多種狀態(tài)進(jìn)行了拓展。本文基于魚雷試驗(yàn)結(jié)果的綜合模糊評(píng)定結(jié)果, 提出了多狀態(tài)下的魚雷可靠性增長(zhǎng)分析方法。

1 魚雷試驗(yàn)結(jié)果多狀態(tài)概述

文獻(xiàn)[2]在總結(jié)文獻(xiàn)[1]的基礎(chǔ)上認(rèn)為, 魚雷的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能多, 其試驗(yàn)結(jié)果受到零部件和元器件的性能差異、裝配、調(diào)試以及試驗(yàn)場(chǎng)環(huán)境等諸多因素的影響, 從試驗(yàn)結(jié)果看是隨機(jī)的, 從使用要求看是模糊的。魚雷各測(cè)試項(xiàng)目和指標(biāo)參數(shù)從完全合格到不合格之間有一個(gè)中間過渡區(qū), 這個(gè)中間過渡區(qū)用項(xiàng)目的合格度來描述。當(dāng)完全合格時(shí), 合格度為1, 完全不合格時(shí), 合格度為０, 其余部分用介于[０, 1]之間的一個(gè)數(shù)來描述, 確定項(xiàng)目合格度后, 根據(jù)各項(xiàng)目的重要性, 利用綜合評(píng)判方法, 再確定全雷的合格度, 因此, 魚雷試驗(yàn)結(jié)果可用合格度來描述, 具體評(píng)定方法分為以下幾個(gè)步驟。

1) 魚雷的測(cè)試項(xiàng)目分為性能指標(biāo)和功能指標(biāo)兩大類, 對(duì)于有效試驗(yàn)性能指標(biāo), 根據(jù)其沿?cái)?shù)軸的不同分布情況, 用不同的模糊分布描述。當(dāng)指標(biāo)性項(xiàng)目沿?cái)?shù)軸呈雙向分布, 則由雙向模糊梯形分布描述; 當(dāng)指標(biāo)性項(xiàng)目沿坐標(biāo)系軸呈大于某值的增大方向分布, 則由雙向模糊升半梯形分布描述; 當(dāng)指標(biāo)性項(xiàng)目沿坐標(biāo)系軸呈減小方向分布, 則由雙向模糊降半梯形分布描述。由于功能性項(xiàng)目難于用連續(xù)分布描述, 因此, 將其用離散型多狀態(tài)描述, 從而得到測(cè)試項(xiàng)目的合格度。

2) 對(duì)各測(cè)試項(xiàng)目, 依據(jù)各項(xiàng)目的合格度和項(xiàng)目的重要程度, 用模糊綜合評(píng)判的Ｍ(×, ＋)模型進(jìn)行綜合評(píng)判計(jì)算, 并進(jìn)行歸一化處理, 得到全魚雷試驗(yàn)條次的合格度。

3) 給定綜合評(píng)定閾值, 如果同時(shí)滿足試驗(yàn)條次為有效試驗(yàn)條次、所有項(xiàng)目合格度大于0、試驗(yàn)條次的合格度大于等于給定綜合評(píng)定閾值, 則接受此條次試驗(yàn), 反之不接受此條次試驗(yàn)。

其于上述方法, 魚雷的試驗(yàn)結(jié)果不再是成功或失敗2種狀態(tài), 而是一個(gè)介于[0, 1]之間的數(shù)值, 稱為成功程度或失敗程度。

2 多狀態(tài)可靠性增長(zhǎng)分析方法

魚雷試驗(yàn)的可靠性增長(zhǎng)分析方法一般使用AMSAA模型, 但通用的AMSAA模型是連續(xù)故障時(shí)間下的可靠性增長(zhǎng)模型。許多文獻(xiàn)針對(duì)我國(guó)武器研制的特點(diǎn), 進(jìn)行了AMSAA可靠性增長(zhǎng)模型的應(yīng)用研究, 提出了專項(xiàng)可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)與其他試驗(yàn)相結(jié)合的方法, 充分運(yùn)用試驗(yàn)數(shù)據(jù), 通過增長(zhǎng)分析, 在武器研制過程中有計(jì)劃地預(yù)測(cè)和提高可靠性水平。文獻(xiàn)[5]和[6]將連續(xù)故障時(shí)間用故障累積試驗(yàn)次數(shù)代替, 建立了AMSAA-BISE模型, 用于成敗型試驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性增長(zhǎng)分析, 取得了較好效果, 在火箭的可靠性增長(zhǎng)分析中得到了廣泛運(yùn)用。為了解決多狀態(tài)可靠性增長(zhǎng)分析問題, 需要在成敗型可靠性增長(zhǎng)分析模型的基礎(chǔ)上, 結(jié)合魚雷試驗(yàn)的多狀態(tài)結(jié)果, 進(jìn)一步拓展AMSAA-BISE可靠性增長(zhǎng)模型, 將故障次數(shù)用失敗程度代替, 累計(jì)故障次數(shù)用累計(jì)失敗程度代替, 同時(shí), 為了便于模型計(jì)算式中的描述, 增加與累積失敗程度及截尾方式有關(guān)的量對(duì)應(yīng)的累計(jì)故障試驗(yàn)數(shù)變量。

2.1 AMSAA模型

AMSAA模型故障強(qiáng)度為

2.2 擬合優(yōu)度檢驗(yàn)

Cramer-Von Mises檢驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)量為

2.3 可靠性增長(zhǎng)檢驗(yàn)

可靠性增長(zhǎng)檢驗(yàn)即為增長(zhǎng)趨勢(shì)檢驗(yàn), 增長(zhǎng)檢驗(yàn)可用圖示法和統(tǒng)計(jì)分析法進(jìn)行, 圖示法較直觀, 但當(dāng)失敗次數(shù)較小時(shí), 可能導(dǎo)致錯(cuò)誤或模棱兩可的結(jié)論, 統(tǒng)計(jì)分析法克服了這種不足。統(tǒng)計(jì)分析法有Laplace檢驗(yàn)法、U檢驗(yàn)法和檢驗(yàn)法, 本文選用檢驗(yàn)法。

(3)

(4)

3 算例

取魚雷試驗(yàn)樣本40條次, 使用綜合模糊評(píng)定方法進(jìn)行評(píng)定。按試驗(yàn)順序進(jìn)行排序, 分別在累計(jì)試驗(yàn)次數(shù)2, 3, 6, 10, 25, 39時(shí)出現(xiàn)失敗, 失敗程度分別為1, 0.8, 1, 0.9, 1, 1, 1。運(yùn)用上述公式進(jìn)行可靠性增長(zhǎng)分析, 試驗(yàn)數(shù)據(jù)和分析計(jì)算結(jié)果如表1所示。通過分析可知, 此試驗(yàn)數(shù)據(jù)可用AMSAA模型進(jìn)行可靠性增長(zhǎng)分析, 且可靠性具有顯著性正增長(zhǎng)。用圖示法進(jìn)行直觀分析, 橫軸代表累計(jì)試驗(yàn)次數(shù), 縱軸代表累計(jì)失敗程度, 并進(jìn)行曲線擬合, 見圖1所示。從進(jìn)行擬合的曲線可知, 曲線明顯向上凸, 表明試驗(yàn)數(shù)據(jù)具有顯著的可靠性增長(zhǎng)。

用AMSAA-BISE可靠性增長(zhǎng)模型和圖示法分別進(jìn)行了可靠性增長(zhǎng)分析, 分析結(jié)果是一致的, 由此證明, 在成敗型AMSAA-BISE可靠性增長(zhǎng)模型的基礎(chǔ)上, 將故障次數(shù)用累計(jì)失敗程度代替, 進(jìn)行多狀態(tài)可靠性增長(zhǎng)分析的方法是正確的。

4 結(jié)束語

可靠性增長(zhǎng)分析是魚雷研制中重要的可靠性工作項(xiàng)目之一, 通過可靠性增長(zhǎng)分析, 發(fā)現(xiàn)和解決研制過程中存在的問題, 達(dá)到可靠性增長(zhǎng)的目的, 從而實(shí)現(xiàn)要求的可靠性指標(biāo)。魚雷試驗(yàn)結(jié)果的評(píng)定技術(shù)從合格與不合格兩狀態(tài)評(píng)定向多狀態(tài)評(píng)定的拓展, 為魚雷的可靠性增長(zhǎng)分析提出了挑戰(zhàn)。作者結(jié)合魚雷試驗(yàn)結(jié)果的多狀態(tài)結(jié)果, 在成敗型AMSAA-BISE可靠性增長(zhǎng)分析模型的基礎(chǔ)上, 將故障次數(shù)用累計(jì)失敗程度代替, 進(jìn)行多狀態(tài)可靠性增長(zhǎng)分析, 此方法簡(jiǎn)單、易行, 便于實(shí)際運(yùn)用, 此分析方法的運(yùn)用和實(shí)踐有利于推進(jìn)魚雷可靠性增長(zhǎng)分析技術(shù)的發(fā)展。

表1 模糊綜合評(píng)價(jià)方法試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表2 可靠性增長(zhǎng)分析計(jì)算結(jié)果

[1] 周春明. 魚雷試驗(yàn)評(píng)定模型研究[J]. 魚雷技術(shù), 2008, 16(4): 3-9.Zhou Chun-ming. Novel Evaluation Model of Torpedo Test[J]. Torpedo Technology, 2008, 16(4): 3-9.

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[4] 梅文華. 可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)[M]. 北京: 國(guó)防工業(yè)出版社, 2003: 2-9.

[5] 周源泉, 翁朝曦. AMSAA模型對(duì)一次性使用產(chǎn)品的應(yīng)用[J]. 質(zhì)量與可靠性, 1995(6): 30-34.Zhou Yuan-quan, Weng Chao-xi. AMSAA Model Application in Expendable Productions[J]. Quality and Reliability, 1995(6): 30-34.

[6] 周源泉. 質(zhì)量與可靠性增長(zhǎng)與評(píng)定方法[M]. 北京: 北京航空航天大學(xué)出版社, 1997: 216-223.

(責(zé)任編輯: 陳 曦)

Multistate Reliability Growth Analysis Method for Torpedo

LIAO Fu-kui, ZHOU Chun-ming, ZHAO Min

(1. Navy Representative Office Stationed in Kunming 750 Test Range, Kunming 650051, China; 2. Kunming Shipborne Equipment Research & Test Center, Kunming 650053, China)

This paper proposed a multistate reliability growth analysis method for a torpedo to identify and resolve problems existing in the development process of a torpedo. In this method, the failure number is replaced by accumulation failure degree, and the method is presented based on the 0-1 type AMSAA-BISE reliability growth analysis model. The correctness of the approach is verified by experiment. This method is simple and easy to practice, and it can be used in the torpedo′s reliability growth.

torpedo; multistate; reliability growth

TJ630; TB114.3

A

1673-1948(2013)06-0410-04

2013-05-30;

2013-08-08.

廖富魁(1963-), 男, 碩士, 高級(jí)工程師, 主要研究方向?yàn)轫?xiàng)目質(zhì)量管理與可靠性管理.