基于成敗型數(shù)據(jù)的導(dǎo)彈貯存可靠性試驗方法研究?

劉天放 王義冬 張偉鋒 張丁雄

（1.海軍航空工程學(xué)院研究生管理大隊 煙臺 264000）（2.91872部隊 北京 102442）（3.91115部隊 舟山 316000）

1 引言

導(dǎo)彈是長期貯存、一次使用的武器，貯存期（亦稱為貯存壽命）是導(dǎo)彈的一個重要戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)。導(dǎo)彈貯存期指的是導(dǎo)彈在規(guī)定的環(huán)境條件下能夠貯存的期限，在此期限內(nèi)導(dǎo)彈性能和可靠性仍滿足規(guī)定的要求。因不同的貯存環(huán)境導(dǎo)彈的貯存期相差很大，即使是同一型號的導(dǎo)彈，在戰(zhàn)備狀態(tài)和非戰(zhàn)備狀態(tài)下貯存條件的變化也很大。研究導(dǎo)彈的貯存可靠性不僅有重要的軍事意義，而且有重大的經(jīng)濟意義。貯存期短，就需要提前更換有關(guān)的元件和零部件，甚至過早地導(dǎo)致該批導(dǎo)彈退役，造成巨大的人力、物力上的浪費。如果盲目地把貯存期定長了，輕則會影響作戰(zhàn)使用效果，重則可能造成重大事故。可見正確評定導(dǎo)彈的貯存期是十分重要的［1］。

從導(dǎo)彈全壽命周期的角度來看，導(dǎo)彈的全壽命周期包括研制階段、生產(chǎn)階段、使用與保障階段和退役處理階段。在其全壽命周期內(nèi)大部分時間處于使用階段的非工作狀態(tài)，這樣在非工作期間由于裝卸、運輸、貯存、檢測所引起長時間的應(yīng)力，將嚴(yán)重影響產(chǎn)品的可靠性，因此，需要把產(chǎn)品壽命剖面中的非工作期間的特殊狀況轉(zhuǎn)換為設(shè)計要求；并且在使用階段進(jìn)行可靠性貯存試驗來進(jìn)行評價［2］。導(dǎo)彈貯存可靠性是導(dǎo)彈在裝備部隊后長期貯存的條件下（即指經(jīng)歷過運輸、裝卸、庫房貯存、艦上戰(zhàn)備值班等各種貯存狀態(tài)下的環(huán)境條件）的可靠性。導(dǎo)彈作為一類貯存期長、任務(wù)時間很短的特殊產(chǎn)品，見表1，其一次使用的飛行可靠性是以長期貯存可靠性作為基礎(chǔ)的［3］。大量的事實證明，導(dǎo)彈貯存環(huán)境條件優(yōu)良，五年、十年甚至十幾年以后，產(chǎn)品性能仍然良好，幾乎與新的差別不大；而貯存環(huán)境條件惡劣，幾十天、幾個月以后，產(chǎn)品的性能就明顯變差，長霉、生銹、出故障、甚至報廢。高溫、高濕、高鹽霧、霉菌等會導(dǎo)致熱老化、氧化、物理膨脹、粘度下降、結(jié)構(gòu)變化、冷凝、電化反應(yīng)、銹蝕、腐蝕、電解等一系列影響。因此，導(dǎo)彈貯存期內(nèi)的可靠性試驗也就顯得尤為重要。

表1 非任務(wù)時間在壽命期內(nèi)所占比例

2 貯存試驗?zāi)康?/h2>

2.1 貯存試驗的定義

貯存可靠度定義為“在規(guī)定的貯存條件下，在規(guī)定的貯存時間內(nèi)，產(chǎn)品保持固定功能的概率［4］”。導(dǎo)彈達(dá)到貯存可靠度的標(biāo)志是貯存壽命薄弱環(huán)節(jié)數(shù)量明顯增加。因此，導(dǎo)彈的貯存可靠度就轉(zhuǎn)化為零部件或元器件的貯存可靠度，選取貯存可靠度最短的薄弱環(huán)節(jié)的壽命為導(dǎo)彈的貯存壽命［5］。貯存試驗是驗證系統(tǒng)設(shè)計和制造所滿足規(guī)定的性能、質(zhì)量和可靠性要求并能在壽命周期內(nèi)保持其工作能力的重要方式，是研究導(dǎo)彈在規(guī)定的貯存環(huán)境及維護(hù)、保管條件下能滿足貯存可靠度要求的技術(shù)狀態(tài)和工作性能的試驗。

2.2 貯存試驗方案的種類

目前的貯存試驗類型主要有現(xiàn)場貯存試驗、實驗室模擬貯存試驗和加速貯存壽命試驗。

· 現(xiàn)場貯存試驗：產(chǎn)品在實際貯存使用環(huán)境條件下進(jìn)行的貯存試驗。如庫房貯存、發(fā)射箱內(nèi)貯存和待機陣地貯存等。其特點為：貯存環(huán)境條件真實，導(dǎo)彈經(jīng)受多種環(huán)境應(yīng)力的綜合影響。試驗結(jié)果可信；不受試驗件體積大小的限制，戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈全彈、設(shè)備、元件、材料均可貯存。但試驗周期長，一般要幾年到十幾年，適用于貯存期要求較短的產(chǎn)品。正在服役的導(dǎo)彈及其延壽試驗也是在現(xiàn)場貯存條件下進(jìn)行貯存［6］。本文所描述的試驗方案采取現(xiàn)場貯存試驗的方法進(jìn)行。

· 實驗室模擬貯存試驗：導(dǎo)彈在實驗室模擬現(xiàn)場貯存環(huán)境和狀態(tài)的試驗。其特點為：試驗條件控制較為準(zhǔn)確；能模擬的環(huán)境因素較少；試驗時間長，成本較高，而且試驗條件還不成熟。

· 加速貯存壽命試驗：模擬現(xiàn)場貯存試驗的單個或幾個環(huán)境因素，適當(dāng)提高應(yīng)力等級。不改變導(dǎo)彈失效機理，可在短期內(nèi)得出與現(xiàn)場長期貯存試驗相似結(jié)果的試驗。試驗周期短，一般是幾個月的時間。適用于有長壽命、高可靠性指標(biāo)要求的元件和材料試驗。由于試驗過程中僅僅是施加部分環(huán)境應(yīng)力以及加速因子存在的部分偏差，可能會導(dǎo)致試驗結(jié)果的精確性存在偏差，而且由于理論上的制約，單元級和系統(tǒng)級的產(chǎn)品做加速壽命試驗依然存在困難，某些昂貴的設(shè)備和元件也不可能提供加速試驗所需要的數(shù)量。

3 貯存試驗的組織方法

3.1 試驗方案制定的原則和要求

已經(jīng)服役的導(dǎo)彈的可靠性試驗應(yīng)側(cè)重于對貯存可靠度的觀測和驗證，相應(yīng)的可以參照可靠性統(tǒng)計試驗方法來實行。在貯存試驗過程中，導(dǎo)彈處于一種不可修的狀態(tài)，故障即等于失效，在各個時間節(jié)點，獲得處于試驗狀態(tài)的導(dǎo)彈可靠性數(shù)據(jù)，這是典型的成敗型數(shù)據(jù)，因此，利用成敗型可靠性試驗方法制定試驗方案［7］。在制定試驗方案的時候要遵循如下原則：1）不改變導(dǎo)彈技術(shù)狀態(tài)；2）盡可能減少值班導(dǎo)彈樣本數(shù)量；3）盡可能減少分解導(dǎo)彈數(shù)量。

試驗的主要目的是確定和驗證導(dǎo)彈可靠性水平。因此，試驗方案應(yīng)滿足以下要求：

1）為了保證能夠準(zhǔn)確獲得相應(yīng)數(shù)據(jù)，在進(jìn)行試驗時，應(yīng)根據(jù)不同檢測點的試驗結(jié)果及時調(diào)整試驗進(jìn)程。

2）獲得導(dǎo)彈可靠性的變化規(guī)律，在滿足一定可靠性要求的前提下，盡可能延長導(dǎo)彈試驗時間，以便更多地掌握導(dǎo)彈可靠性數(shù)據(jù)，摸索導(dǎo)彈可靠性規(guī)律。

3）在試驗方案中要明確參試導(dǎo)彈及其技術(shù)狀態(tài)；明確試驗單位、數(shù)量與條件；明確試驗前應(yīng)提交的技術(shù)文件。

4）在試驗方案中要規(guī)定試驗方案及其統(tǒng)計評估方法；規(guī)定試驗用的設(shè)備、儀器要求（型號、精度及數(shù)量）；規(guī)定參試人員的技術(shù)水平與責(zé)任分工；規(guī)定試驗記錄、統(tǒng)計表格，明確數(shù)據(jù)的收集、記錄及匯總要求。

3.2 試驗樣本數(shù)量確定方法

貯存可靠性試驗中，樣品的抽取一般根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，并確定生產(chǎn)方、使用方風(fēng)險及受試樣品數(shù)和合格的判準(zhǔn)。采用“點估計”方法進(jìn)行試驗數(shù)據(jù)的分析，對每個時間節(jié)點可供試驗測試的樣本數(shù)量并無硬性規(guī)定，但為了試驗的可信度，原則上每個時間節(jié)點第一次抽取的樣本數(shù)不少于出現(xiàn)一個故障仍可通過的最低樣本要求，在條件允許情況下，應(yīng)盡可能增大樣本容量，以提高試驗數(shù)據(jù)的可信度和準(zhǔn)確度。

點估計法方案敘述如下：

點估計法操作性較強，且與總體所服從的分布無關(guān)，因此試驗數(shù)據(jù)可以采用測試樣本的完好率作為參試產(chǎn)品可靠度的無偏估計。

參試產(chǎn)品的完好率為

表2 產(chǎn)品故障數(shù)與抽樣數(shù)對照表

當(dāng)試驗到達(dá)一個時間節(jié)點時，抽取10個樣本進(jìn)行檢測，如果故障數(shù)為0或1，繼續(xù)下一時間節(jié)點的試驗，如果故障數(shù)為2，加抽10個樣本，如果故障數(shù)為3，加抽20個樣本，以此類推，加抽樣本后，測試評定得到的故障數(shù)如果不大于允許的最大故障數(shù)，則進(jìn)入下一時間節(jié)點的試驗；如果加抽后超過了允許的最大故障數(shù)量，則根據(jù)表2樣本數(shù)繼續(xù)加抽，每個時間節(jié)點都按照此原則進(jìn)行抽樣檢測，直至樣本用盡或者最后一個時間節(jié)點的試驗完成。要注意的是，點估計法所確定的每次抽取和加抽的樣本量都是保證試驗?zāi)軌蚶^續(xù)進(jìn)行和能得出可信結(jié)論的下限。在滿足要求的前提下，每次抽取或加抽的樣本數(shù)量也不宜過多，否則會造成可抽取的批次減少［8～9］。

3.3 試驗樣本取樣測試時間點確定

按照規(guī)定的時間節(jié)點對參試子樣進(jìn)行檢測，檢測后對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，然后對可靠性指標(biāo)進(jìn)行綜合分析評估。如果結(jié)果達(dá)到指標(biāo)要求，則繼續(xù)下一階段試驗；如果未達(dá)到指標(biāo)要求，則加抽樣本進(jìn)行測試，直至達(dá)到指標(biāo)要求或者樣本耗盡。試驗結(jié)束后，進(jìn)行故障綜合分析，給出試驗的最終結(jié)論，并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施。

整個試驗過程屬于序貫截尾統(tǒng)計試驗，而對于每一個時間節(jié)點的測試，屬于成敗型的序貫截尾試驗，因此，確定試驗過程中各個測試時間點的方法如下：首先確定第一次測試時間，之后根據(jù)第一次測試的結(jié)果來確定下一次的測試時間，之后根據(jù)前兩次的測試結(jié)果來確定第三次的測試時間，依此類推，來確定整個試驗過程中的各個測試點。

3.3.1 第1測試點的時間確定

設(shè)一批導(dǎo)彈共有n枚，從0時刻開始貯存。檢測時間點分別為τ1，τ2，…，τj，τj＋1…，相鄰兩次檢測的間隔期為Δτj＝τj＋1－τj，j＝1，2…，這些Δτj在貯存初期是未知的，需要根據(jù)試驗導(dǎo)彈的貯存特性，采用序貫的方法來進(jìn)行確定；第j次檢測時發(fā)現(xiàn)第i枚導(dǎo)彈的狀態(tài)故障狀態(tài)，記為為X（j）i，根據(jù)測試結(jié)果，如果導(dǎo)彈檢測正常，則繼續(xù)參與下一步的試驗；如果導(dǎo)彈檢測出現(xiàn)故障，則更換新的試驗子樣或者對導(dǎo)彈進(jìn)行修理后繼續(xù)安排進(jìn)行試驗。導(dǎo)彈在每一個測試點進(jìn)行檢測時，都要求其一定置信水平下的可靠度不能低于規(guī)定的要求值α；

導(dǎo)彈的貯存壽命為T，假設(shè)其分布函數(shù)F（t）為雙參數(shù) Weibull分布F（t；m，η）：

3.3.2 第2測試點的時間確定

假設(shè)在τ1＝tα第1次測試時，測試后各參試子樣的狀態(tài)為

由此推出F（1）＝｛［0，τ1］→（s1，r1）｝，即在第1次測試時發(fā)現(xiàn)，在［0，τ1］時間范圍內(nèi)，出現(xiàn)s1枚導(dǎo)彈故障，r1枚導(dǎo)彈正常。

對于測試正常的r1枚導(dǎo)彈，繼續(xù)進(jìn)行試驗，經(jīng)過Δτ（1）i時間后進(jìn)行第2次檢測，同樣要求第2次檢測時，可靠度不低于α，即

由此可得：

對于在第1次檢測時出現(xiàn)故障的導(dǎo)彈，進(jìn)行排故或更換后繼續(xù)參加試驗，同樣要求貯存可靠度R（t）≥α，則通過下面公式：

3.3.3 第k＋1次測試點的時間確定

4 結(jié)語

基于成敗試驗數(shù)據(jù)類型，本文分析了貯存試驗對于導(dǎo)彈可靠性的意義和重要性，提供了一種導(dǎo)彈貯存可靠性試驗的試驗方法，并從試驗方案中需要注意的原則要求、確定可靠性試驗取樣方案和試驗期間測試點確定三個方面入手，分析了利用該方法開展導(dǎo)彈貯存可靠性試驗的可行性，為開展導(dǎo)彈貯存可靠性試驗提供了方法借鑒。

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