機載武器及其雙配套設備可靠性鑒定試驗方案的分析

孟然，王欣，祝耀昌

（中國航空綜合技術研究所，北京100028）

機載武器及其雙配套設備可靠性鑒定試驗方案的分析

孟玥然，王欣，祝耀昌

（中國航空綜合技術研究所，北京100028）

通過分析機載武器的使用特點和情況，并結合實驗室開展機載武器可靠性鑒定試驗的已有經(jīng)驗，對該類裝備的可靠性鑒定試驗的方案進行了分析和討論，對試驗樣件在充足或不足的條件下進行試驗的各種試驗方案進行了深入分析。指出了各種方案的優(yōu)缺點，對比了各種試驗方案的特點。最后給出了機載武器可靠性鑒定統(tǒng)計試驗方案的選取原則。

機載武器，雙配套，可靠性鑒定試驗方案，MTBF

1 機載武器雙配套產(chǎn)品的考核

“雙配套”又稱“雙供方”，在機載武器的一些配套設備中，如導引頭、制導計算機、戰(zhàn)斗部等，可能會采用兩個供方研制生產(chǎn)。這樣，供方之間就能夠形成有效的競爭，不但能夠確保裝備供貨充足，還能夠使得裝備的技術水平得到保障。

目前，研制要求中均對裝備的可靠性指標提出明確要求，如產(chǎn)品的平均故障間隔時間（MTBF）或任務可靠性度等。明確的可靠性指標就必須在裝備的鑒定試驗中驗證回答[1—3]。由于受到研制經(jīng)費的限制，一般僅在鑒定過程中安排2~3枚導彈樣件進行環(huán)境和可靠性鑒定試驗，因此對于裝配雙配套設備的機載武器進行鑒定工作，制定一套合理可行的試驗方案就顯得非常重要。

2 機載武器的掛飛可靠性要求及其驗證方法

以空空導彈為例，其經(jīng)歷的壽命周期一般包括：生產(chǎn)、運輸、貯存、掛飛、自由飛、命中目標等環(huán)節(jié)[2—5]。在導彈的壽命周期中，貯存、掛飛和自由飛是比較重要的三個階段。在導彈壽命周期的每個階段，通常都有描述這一階段裝備可靠性水平的方式和驗證方法，見表1。

表1 導彈壽命剖面的可靠性表述

導彈在運輸、貯存、戰(zhàn)備值班階段，其可靠性水平是通過一段貯存時間內(nèi)導彈的失效、故障數(shù)量對貯存可靠性（度）進行計算評估或采用類似產(chǎn)品的數(shù)據(jù)。導彈在掛飛階段的可靠性水平則是通過掛飛可靠性試驗進行實驗室驗證。自由飛可靠度則多是通過導彈靶試數(shù)據(jù)對自由飛任務可靠性進行計算。文中重點是對機載武器及其雙配套設備的掛飛可靠性鑒定試驗的方案進行論述，因此下面主要關注于機載武器的掛飛可靠性要求和驗證方法。

機載武器在隨機掛飛階段的可靠性水平是通過掛飛MTBF（h）進行表述的。同時還規(guī)定了導彈的掛飛壽命（起落架次，平均每次掛飛時間）。如規(guī)定某型導彈應能進行40個架次的掛飛任務，每次掛飛時間約為8 h。通常，導彈在地面檢測、掛飛階段都需要通電進行測試，掛飛階段也應對必要的設備進行通電測試，一般機載武器對通電壽命還要提出要求，如規(guī)定其通電壽命不小于400 h。因此在對該型導彈進行試驗方案的設計時，必須保證單枚樣件的試驗時間不能超出掛飛壽命（320 h），設備累計通電時間不能超出通電壽命（400 h）。

導彈在掛飛過程中會經(jīng)歷溫度、濕度、振動、噪聲等綜合應力的嚴酷考驗[4]，現(xiàn)在國內(nèi)的實驗室在一定條件下可以模擬導彈在掛飛過程中經(jīng)歷的溫度、濕度、振動等綜合應力環(huán)境條件，所以導彈的掛飛可靠性指標就必須通過實驗室鑒定試驗的方式進行驗證。

3 機載武器雙配套設備鑒定工作的試驗方案

機載武器的一些配套設備中，采用的是雙供方同時研制生產(chǎn)的配裝方式，雙配套設備的功能性能應相同，對外的輸入輸出關系一致，具有可互換性，同時應滿足機載武器對雙配套設備提出的可靠性指標要求。這樣，機載武器無論裝配哪一型雙配套設備，從設計上都不會對整體可靠性水平產(chǎn)生影響。在裝備的可靠性鑒定試驗時就應當充分考慮機載武器的各種配套狀態(tài)，并對其可靠性水平加以驗證。從傳統(tǒng)理論和經(jīng)驗上，單枚樣件還受掛飛壽命和通電壽命的限制，因此，需要至少安排3個樣件作為被試品（至少2枚作為試驗樣件，1枚作為備件）。由于種種條件的限制，有時僅能安排1枚或2枚樣件進行可靠性鑒定試驗，這也正是我們面臨的難題。

3.1 試驗樣件充足

當試驗樣件、試驗經(jīng)費充足時，可以采用2枚整彈作為試驗樣件、1枚整彈作為備件，按照相關國軍標中規(guī)定的統(tǒng)計試驗方案進行試驗。采用這種“多彈試驗”的方案進行試驗，每套雙配套設備可隨一枚整彈進行試驗，雙配套設備的可靠性指標隨整彈回答。在試驗經(jīng)費充足的情況下，可以采用允許多故障數(shù)的統(tǒng)計試驗方案進行試驗，試驗所允許的故障數(shù)可根據(jù)導彈系統(tǒng)中含有的重要LRU數(shù)量等因素確定。采用這種允許多故障數(shù)的試驗方案，由于試驗時間充足、暴露故障充分，評估出的MTBF水平接近產(chǎn)品的可靠性真值[6]。這樣做的缺點也是顯而易見的，因此可以考慮采用短時高風險定時截尾的試驗方案對整彈及雙配套設備進行考核。需要指出的是，這種方法其實對雙配套以外的其他設備加嚴了考核。

3.2 試驗樣件不足

當試驗樣件不充足時，機載武器及其雙配套設備可靠性鑒定試驗又可以分為以下幾種方案。

1）雙配套設備分別單獨開展可靠性鑒定試驗。采用這種方式進行可靠性鑒定試驗，在整彈進行試驗前就要確定雙配套設備具有了相同的可靠性水平。無論哪一型雙配套設備隨整彈進行試驗，都不會對整彈的可靠性指標產(chǎn)生影響，因此這種方法最為典型。導彈在實際的鑒定工作過程中，往往不采用這種做法，主要的原因是：單獨分別進行雙配套設備的可靠性鑒定試驗，耗時較多，必須在整彈試驗前對雙配套設備進行可靠性驗證，試驗過程中被試品可能發(fā)生責任故障，這就要對被試品進行故障歸零工作。特別是對于可靠性指標較高的雙配套設備，就不適于使用這種方案。在完成雙配套設備的可靠性鑒定試驗后，任意抽取一型雙配套設備隨彈進行試驗。隨彈試驗的雙配套設備若在整彈試驗中出現(xiàn)責任故障，除了進行必要的產(chǎn)品故障分析和歸零工作外，另一型未隨整彈試驗的產(chǎn)品應進行舉一反三或故障歸零工作。導彈的定型工作時間緊張有限，采用以上做法會耗費大量時間和費用，因此較少采用這種方法。

較為可行的方案是，對雙配套設備同時開展可靠性加速試驗，利用加嚴試驗應力方法修正可靠性試驗剖面，從而縮短試驗時間，試驗后評估出被試品的掛飛可靠性指標滿足導彈分配的可靠性指標要求。此時，認為被考核的雙配套設備的可靠性水平一致，其中任何一個配套隨整彈進行試驗的表現(xiàn)代表了另一個配套。然后，隨機抽取一型雙配套設備隨一枚整彈進行可靠性鑒定試驗，若整彈通過了可靠性鑒定試驗，則另外一個配套也滿足了要求。如果整彈沒通過可靠性鑒定試驗，則出現(xiàn)兩種情況：一是單配套產(chǎn)品發(fā)生責任故障，根據(jù)有關規(guī)定開展整彈的故障歸零工作后[7—8]，按照統(tǒng)計方案的要求安排下一步工作；二是雙配套設備發(fā)生責任故障，應根據(jù)有關規(guī)定開展該型雙配套設備的歸零工作，另一個雙配套設備針對同樣的故障模式開展舉一反三的分析工作，按照統(tǒng)計方案的要求安排下一步工作。具體流程如圖1所示。

圖1 雙配套設備分別鑒定的試驗流程

需要指出的是，目前還沒有可以直接引用的加速試驗方法或標準。因此使用加速方法對雙配套設備進行試驗時，方案就首先需要通過評審。

2）雙配套設備一型隨整彈試驗，另一型單獨進行試驗。這種試驗方案的前提是，假設被考核的雙配套設備具有相同的可靠性指標，那么從兩型雙配套設備中任意選擇一型隨全彈進行試驗，另一型單獨開展試驗。這樣，單獨進行試驗的一型雙配套設備可以在整彈鑒定試驗的前、后安排該型產(chǎn)品的鑒定試驗。采用這種試驗方案也有一些問題，比如隨全彈考核的雙配套設備，可能無法像單獨進行試驗的產(chǎn)品那樣進行全方位的功能、性能檢測，而且整彈進行可靠性鑒定試驗的檢測方法也只能最大程度上模擬導彈在掛飛階段的工作或任務特點，所以這就會對隨彈進行試驗的雙配套設備客觀上放松了考核。另一方面，對于單獨進行試驗的產(chǎn)品，由于沒有將產(chǎn)品交聯(lián)到導彈系統(tǒng)中，所以無法驗證產(chǎn)品與系統(tǒng)的交聯(lián)關系是否可靠。承試方在對整彈進行鑒定試驗方案的設計時，必須充分考慮雙配套設備的檢測方法，盡量使隨彈試驗和單獨試驗的雙配套設備檢測一致，這樣存在著一定的難度。雙配套設備也可以隨所在的上一級系統(tǒng)進行試驗，系統(tǒng)通過鑒定試驗可回答單機可靠性指標。

3）單機、整彈結合的試驗方案。采用這種方式進行試驗，一型雙配套設備可隨整彈進行一定時間的可靠性鑒定試驗后從整彈中拆出，然后更換另一型雙配套設備繼續(xù)進行試驗，直至整彈試驗和兩型雙配套設備的試驗時間滿足試驗方案的要求。需要注意的是，采用這種方法進行試驗從嚴格意義上講是不符合統(tǒng)計學原理的，因為鑒定試驗的樣本應該是始終如一的同一個本體。試驗過程中對整彈更換設備，實際上是改變了試驗本體的技術狀態(tài)，從而改變了樣本本體。工程上，可以認為這種改變非常微小，對試驗結果沒有影響，因此有些導彈型號的可靠性鑒定試驗方案采用這種方法進行。

4）研、定結合的試驗方案。采用研、定結合的試驗方案，最大的特點在于利用產(chǎn)品研制階段的試驗數(shù)據(jù)評價定型產(chǎn)品的可靠性水平。在導彈的研制階段，設計較為成熟的一型雙配套設備隨整彈按照可靠性鑒定試驗的要求進行可靠性研制試驗。這項試驗可以安排在SRU，LRU的可靠性強化試驗、可靠性加速試驗之后。試驗的條件至少與鑒定時的試驗條件相當，且試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計結果可以給出雙配套設備滿足整彈可靠性鑒定時要求的結論。如果此雙配套設備狀態(tài)固化，則在整彈定型階段，對另一型雙配套的整彈開展可靠性鑒定試驗工作，同時分析評價，給出第一種雙配套設備滿足整彈的掛飛可靠性要求的結論。

以上分析了幾種可行的機載武器雙配套設備掛飛可靠性鑒定試驗方案的利弊，在實際工程應用中，還需要根據(jù)不同的背景、不同基礎的裝備設計出有針對性的試驗方案。以上方案在各自不同的限制條件下，都有實際應用的價值，但也都存在一些問題。因此在選取試驗方案時，還必須根據(jù)裝備的實際情況進行細致分析，選擇合理的試驗方案。將以上試驗方案分析總結見表2。

表2 機載武器及其雙配套設備進行可靠性鑒定試驗的方案

4 機載武器可靠性鑒定統(tǒng)計試驗方案的選擇

對于機載武器進行可靠性鑒定試驗需要選取合理的統(tǒng)計試驗方案，因為機載武器屬于復雜系統(tǒng)，統(tǒng)計試驗方案中要綜合充分考慮裝備的定級水平、試驗風險、故障數(shù)和可以承受的試驗時間。保證裝備在規(guī)定的研制周期中，通過鑒定試驗。

1）定時截尾統(tǒng)計試驗方案。可將機載武器視為一個復雜的電子產(chǎn)品（導彈掛飛可靠性鑒定試驗時，火工品、發(fā)動機、引信等部件不進行考核），電子產(chǎn)品的壽命服從指數(shù)分布。GJB 899A，MIL-HDBK-781等標準文件中，也給出了電子產(chǎn)品服從指數(shù)分布的試驗方案。以GJB 899A為例，該標準給出了定時截尾試驗的標準方案和定時截尾補充方案。目前，實驗室武器裝備的鑒定試驗的統(tǒng)計方案都是按照GJB 899A給出的。

2）機載武器及其設備的可靠性統(tǒng)計試驗方案。統(tǒng)計試驗方案與試驗風險、置信度、試驗時間、試驗經(jīng)費等因素密切相關，而這些因素很大程度上能夠直接影響到裝備的鑒定工作。根據(jù)近年來對導彈產(chǎn)品開展可靠性鑒定試驗工作的經(jīng)驗，一般來說，對于整彈的試驗通常允許受試樣件發(fā)生1~2個責任故障，采用這種試驗方案在試驗過程中可以有效暴露導彈在一些關鍵產(chǎn)品上的設計問題，同時試驗時間和試驗風險也在可承受的范圍內(nèi)。例如某型空空導彈的MTBF最低可接受值為160 h，該導彈為二級產(chǎn)品，則可以選取GJB 899A中的方案20-2或方案17，允許導彈系統(tǒng)發(fā)生1次責任故障；或選取方案20-3，允許導彈系統(tǒng)發(fā)生2次責任故障。采用以上的試驗方案，可以將總試驗時間可以控制在480~688 h范圍內(nèi)，試驗經(jīng)費可以承受。

根據(jù)長期統(tǒng)計的電子產(chǎn)品故障數(shù)據(jù)，認為在試驗過程中的前300 h，可以有效暴露產(chǎn)品設計的缺陷，這一階段也屬于產(chǎn)品故障的高發(fā)階段。對于復雜的武器系統(tǒng)，同樣也適用于這一特點。允許被試品發(fā)生1~2次責任故障，不僅能夠有效暴露產(chǎn)品的設計問題，而且產(chǎn)品的故障歸零后還可在后續(xù)的試驗過程中有效驗證歸零措施的有效性。

對于機載武器的設備而言，一般采用零故障方案進行試驗。可選取的統(tǒng)計試驗方案通常包括：GJB 899A中的方案21、方案10-1、方案20-1、方案30-1。試驗方案的選擇可以根據(jù)多方面因素綜合考慮，選取合適的方案進行試驗。

5 結語

文中利用可靠性試驗的基本原理并結合實驗室前期的機載武器可靠性鑒定試驗的經(jīng)驗，對機載武器及其雙配套設備的可靠性鑒定試驗方案進行了論述，分析了各種方案的特點、使用限制條件及優(yōu)缺點，以便于今后開展該類裝備可靠性鑒定試驗方案的設計。

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Plan for Reliability Qualification Testing of Aircraft Weapon and its Dual-Supplier Equipment

MENG Yue-ran,WANG Xin,ZHU Yao-chang
(AVIC China Aero-Polytechnology Establishment,Beijing 100028,China)

This paper analyzed and discussed plans for reliability qualification testing of aircraft weapon and had in-depth analysis on plans for carrying out test in sufficient or insufficient samples by analyzing using features and situations of aircraft weapon in combination with reliability qualification testing carried in the laboratory.It pointed out advantages and disadvantages of testing plans and compared their characteristics.Finally,it provided the principle of selecting reliability qualification testing plan for aircraft weapon.

aircraft weapon;dual supplier;plan for reliability qualification testing;mean time between failure

10.7643/issn.1672-9242.2017.07.018

V216.5+7

A

1672-9242(2017)07-0087-05

2017-04-25；

2017-05-26

孟玥然（1985—），男，工程師，主要研究方向為環(huán)境可靠性試驗技術。

王欣（1964—），女，研究員，主要研究方向為環(huán)境可靠性試驗技術。