水聲對(duì)抗裝備研制周期可靠性監(jiān)督的探討

劉征宇

（海裝上海局駐上海地區(qū)第七軍事代表室，上海 201108）

引言

裝備質(zhì)量只有先進(jìn)性是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，真正好的裝備應(yīng)是管用、頂用、好用、耐用的裝備[1]。裝備的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能與可靠性之間有著極為密切的關(guān)系，戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能是否能得到充分發(fā)揮有賴于裝備可靠性的提高[2,3]。

裝備的功能性能特性，在設(shè)計(jì)制造完成之后可以顯性地測(cè)量，而可靠性作為一種固有質(zhì)量特性，需要裝備使用過程中的長(zhǎng)期統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)才能最終驗(yàn)證[4]。由于武器裝備可靠性工作的復(fù)雜性，一直以來都是我國(guó)軍工行業(yè)難以徹底解決的問題之一[5]。

錢學(xué)森同志曾在國(guó)防科工委系統(tǒng)的可靠性會(huì)議上總結(jié)經(jīng)驗(yàn)“可靠性是設(shè)計(jì)出來的、生產(chǎn)出來的、管理出來的”[6]。研制階段可靠性監(jiān)督控制是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，從方案論證、樣機(jī)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)驗(yàn)證、生產(chǎn)控制到使用保障的全過程，都需要有嚴(yán)格的管理監(jiān)督及控制程序和標(biāo)準(zhǔn)，以確保交付部隊(duì)裝備產(chǎn)品達(dá)到可靠性要求。

1 監(jiān)督管理方案

在水聲對(duì)抗裝備質(zhì)量監(jiān)督管理工作中，嚴(yán)格監(jiān)督性能水平的同時(shí)，注重同步做好可靠性要求、可靠性工作計(jì)劃、過程設(shè)計(jì)、檢查改進(jìn)和試驗(yàn)驗(yàn)證等工作的監(jiān)督管理。通過不斷總結(jié)可靠性基本理論、國(guó)軍標(biāo)和相關(guān)資料，借鑒國(guó)內(nèi)外可靠性監(jiān)督管理的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合水聲對(duì)抗裝備自身特點(diǎn)，對(duì)標(biāo)實(shí)戰(zhàn)使用，從可靠性要求、可靠性計(jì)劃、設(shè)計(jì)分析、檢查改進(jìn)和試驗(yàn)驗(yàn)證幾個(gè)方面重點(diǎn)開展可靠性監(jiān)督管理，取得了階段性的成果。

可靠性監(jiān)督管理是一種方法論與技能的混合，其中最重要的是，決定是否應(yīng)用方法論或依靠更直觀的方法[7]。在水聲對(duì)抗裝備可靠性監(jiān)督管理中，將方法論和直觀的方法手段結(jié)合，逐漸形成初步的水聲對(duì)抗裝備可靠性監(jiān)督管理方案，如圖1所示。

圖1 可靠性監(jiān)督管理方案

2 可靠性監(jiān)督管理的工程基礎(chǔ)

2.1 標(biāo)準(zhǔn)分析

水聲對(duì)抗裝備可靠性論證、管理、設(shè)計(jì)分析和試驗(yàn)評(píng)估等工作項(xiàng)目中，依照、參考的標(biāo)準(zhǔn)較多，部分如表1所示。

在監(jiān)督管理工作中發(fā)現(xiàn)，水聲對(duì)抗裝備可靠性各階段工作所需標(biāo)準(zhǔn)基本具備，但存在以下問題：

1）總體上，可參考標(biāo)準(zhǔn)種類多，但對(duì)水聲對(duì)抗裝備針對(duì)性、指導(dǎo)性不強(qiáng)，存在較多工作項(xiàng)目，需綜合比較多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)后選用和裁剪，工作實(shí)施復(fù)雜，也存在對(duì)通用標(biāo)準(zhǔn)使用理解的差異；

2）在論證方面，對(duì)于水聲對(duì)抗裝備的一些特有設(shè)備、材料來說，術(shù)語(yǔ)定義和要求解釋不夠詳細(xì)、明確；

3）在管理方面，部分內(nèi)容不適應(yīng)現(xiàn)有研制程序，需要更新；

4）在可靠性試驗(yàn)方面，只有任務(wù)可靠性的試驗(yàn)方法，缺乏貯存、裝載階段的試驗(yàn)驗(yàn)證方法。

后續(xù)工作中，也迫切要求有明確的、規(guī)范的專用標(biāo)準(zhǔn)，以指導(dǎo)研制周期的可靠性工作，提高工作的標(biāo)準(zhǔn)化水平。

2.2 可靠性要求

2.1.1 可靠性參數(shù)

可靠性指產(chǎn)品在規(guī)定條件下、規(guī)定時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力，其參數(shù)分類如表2所示。

表2中，R(t)為可靠度，λ為故障率，MTBF為平均故障間隔時(shí)間，MTTF為平均故障前時(shí)間，P(S)為成功概率，P(F)為故障概率。

水聲對(duì)抗裝備類涵蓋了表2中三種典型類型設(shè)備，有連續(xù)工作也有間歇工作的設(shè)備，有可修復(fù)也有不可修復(fù)的設(shè)備，還有一次性使用的設(shè)備。例如，可修復(fù)的電子設(shè)備可靠性參數(shù)應(yīng)選用“MTBF”，一次性使用的對(duì)抗器材可靠性參數(shù)應(yīng)選用“成功概率”。需要說明的是，考慮到習(xí)慣用法，允許把成功概率稱為可靠度，如作用可靠度、發(fā)射可靠度、飛行可靠度，但會(huì)說明其定義與成功概率相同。對(duì)于水聲對(duì)抗裝備中的其他設(shè)備，可依照產(chǎn)品特性按照表2選用相應(yīng)的參數(shù)。

表2 可靠性設(shè)計(jì)參數(shù)[8]

水聲對(duì)抗裝備中，不同類型的設(shè)備可靠性參數(shù)指標(biāo)不同，管理也不盡相同，需按照要求分類監(jiān)督、有所側(cè)重。

2.1.2 指標(biāo)轉(zhuǎn)換[9,10]

在裝備立項(xiàng)綜合論證中，根據(jù)作戰(zhàn)效能需求的分解，論證出期望的可靠性要求，包括目標(biāo)值和門限值。目標(biāo)值是確定規(guī)定值的依據(jù)，門限值是確定最低可接受值的依據(jù)。在裝備使用到成熟期，可靠性應(yīng)達(dá)到目標(biāo)值水平。

目標(biāo)值和門限值轉(zhuǎn)換成規(guī)定值及最低可接受值后，納入研制合同。

規(guī)定值，指用戶期望裝備達(dá)到的合同指標(biāo)，是研制單位進(jìn)行產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，是在設(shè)計(jì)中力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)的指標(biāo)。最低可接受值，指要求裝備應(yīng)達(dá)到的合同指標(biāo)，是裝備定型考核或驗(yàn)證的依據(jù)。

2.3 可靠性驗(yàn)證方法

2.2.1 平均故障間隔時(shí)間的驗(yàn)證方法

對(duì)平均故障間隔時(shí)間試驗(yàn)驗(yàn)證方法，發(fā)展較成熟，標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于試驗(yàn)程序、試驗(yàn)應(yīng)力、故障定義等方面有明確、詳細(xì)的定義。工程中，可直接按照規(guī)定的指標(biāo)要求和約定的生產(chǎn)方風(fēng)險(xiǎn)、使用方風(fēng)險(xiǎn)，查GJB 899A，選擇適宜的試驗(yàn)方案，確定試驗(yàn)時(shí)間和允許的故障次數(shù)，開展相應(yīng)的試驗(yàn)驗(yàn)證。

以某設(shè)備為例，其合同規(guī)定MTBF的規(guī)定值600 h、最低可接受值為300 h，生產(chǎn)方使用方風(fēng)險(xiǎn)均為20 %，試選擇試驗(yàn)方案。GJB899A規(guī)定的部分典型試驗(yàn)方案如表3所示。

表3 典型MTBF試驗(yàn)方案[11]

鑒別比的定義為規(guī)定值與最低可接受值之比，工程中，可用預(yù)計(jì)值與最低可接受值的比值。查該設(shè)備可靠性預(yù)計(jì)報(bào)告，MTBF預(yù)計(jì)結(jié)果為1 140 h，通過計(jì)算，該設(shè)備鑒別比為3.8，大于3.63，可選擇20-2、20-3等試驗(yàn)方案。以20-2為例，累計(jì)試驗(yàn)的時(shí)間應(yīng)為最低可接受值的2.99倍，即897 h，如故障數(shù)小于等于1，則通過試驗(yàn)驗(yàn)證。

通過以上分析可知，裝備的可靠性指標(biāo)越高，所需的試驗(yàn)時(shí)間就越長(zhǎng)，試驗(yàn)的費(fèi)用就越高。

2.2.2 可靠度的驗(yàn)證方法

相對(duì)復(fù)雜的系統(tǒng)通常約定可靠度指標(biāo)，可采用基于設(shè)備試驗(yàn)的系統(tǒng)評(píng)估方式進(jìn)行。在研制初期，按照HJB 54的規(guī)定的算法，折算各設(shè)備的MTBF，再根據(jù)GJB 899A選擇適宜的試驗(yàn)方案，明確試驗(yàn)時(shí)間和允許的故障個(gè)數(shù)，有計(jì)劃性地開展相應(yīng)的設(shè)備試驗(yàn)和系統(tǒng)評(píng)估工作。

隨著裝備的交付使用，實(shí)際使用數(shù)據(jù)有了一定的積累，就可按照HJB 54的規(guī)定的方法，對(duì)裝備的實(shí)際水平進(jìn)行評(píng)估。

綜合這兩節(jié)的分析，對(duì)于比較復(fù)雜的裝備，對(duì)每臺(tái)（套）都開展試驗(yàn)是不現(xiàn)實(shí)的，需根據(jù)實(shí)際選擇適當(dāng)?shù)姆椒ǎ_展數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析評(píng)估[12]。

2.2.3 成功概率的驗(yàn)證方法

對(duì)成功概率的驗(yàn)證方法，可按照GB/T 5080.5選擇成功概率試驗(yàn)方案，確定試驗(yàn)總次數(shù)、允許的故障次數(shù)。對(duì)試驗(yàn)結(jié)果，可根據(jù)試驗(yàn)次數(shù)、故障次數(shù)，按照GB/T 4087進(jìn)行置信下限的評(píng)估。

對(duì)成功概率試驗(yàn)驗(yàn)證方案的理解，離不開OC（Operating Characteristic Curve）曲線，即操作特性曲線，如圖2所示。

圖2 操作特性曲線[13]

它把試驗(yàn)方案與可靠性生動(dòng)地聯(lián)系起來了，可以直觀地反映某一失效率水平的裝備通過某一抽檢方案的概率[14]。OC曲線上任一點(diǎn)的橫坐標(biāo)為成功概率，縱坐標(biāo)為該成功率的接收概率，建立了接收概率隨批產(chǎn)品成功概率的變化的關(guān)系。

試驗(yàn)方案不可避免地會(huì)帶來判斷上的兩種錯(cuò)誤。第一種，將合格判為不合格而拒收，會(huì)給生產(chǎn)方帶來?yè)p失，錯(cuò)誤的概率α稱為生產(chǎn)方風(fēng)險(xiǎn)。第二種，將不合格判為合格而接收，會(huì)給使用方帶來?yè)p失，錯(cuò)誤的概率β稱為使用方風(fēng)險(xiǎn)。

在目前的型號(hào)工作中，采用的驗(yàn)證方案為，當(dāng)可靠性水平真值為R0（規(guī)定值）時(shí)，高概率（1-α）接收，當(dāng)可靠性水平真值為1R（最低可接受值）時(shí)，高概率（1-β）拒收。

通過上述分析可知，最低可接受值是鑒定試驗(yàn)方案選擇的依據(jù)，但這不是高概率接收的考核線，而是高概率拒收的考核線。

3 可靠性監(jiān)督管理的主要內(nèi)容

3.1 可靠性計(jì)劃監(jiān)督

可靠性計(jì)劃監(jiān)督時(shí)，首先，要注意工作項(xiàng)目裁剪是否合理，對(duì)每個(gè)工作項(xiàng)目規(guī)定的輸入是否明確，輸出是否合理，責(zé)任是否到人。

其次，要注意工作項(xiàng)目的安排是否合理、高效。以可靠性試驗(yàn)為例，既關(guān)系到項(xiàng)目研制的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，又關(guān)系到人力、物力等資源調(diào)配。因此，應(yīng)盡可能綜合考慮可靠性試驗(yàn)與性能試驗(yàn)、環(huán)境試驗(yàn)和耐久性試驗(yàn)，構(gòu)成一個(gè)比較全面有效的試驗(yàn)計(jì)劃。既避免重復(fù)試驗(yàn)，又避免遺漏在單項(xiàng)試驗(yàn)中易受忽視的缺陷[15]。

對(duì)于較高指標(biāo)的設(shè)備，則需要更多的樣本、更長(zhǎng)的時(shí)間來驗(yàn)證可靠性，其經(jīng)費(fèi)、周期成本高，尤其要注意做好工作計(jì)劃及具體實(shí)施方案。

最后，要定期檢查可靠性計(jì)劃，督促檢查工作項(xiàng)目的完成情況，檢查可靠性設(shè)計(jì)分析工作的落實(shí)，督促元器件篩選大綱、可靠性試驗(yàn)大綱等的編制和評(píng)審，及早發(fā)現(xiàn)問題，保證計(jì)劃完成和指標(biāo)實(shí)現(xiàn)。

3.2 可靠性設(shè)計(jì)監(jiān)督

可靠性設(shè)計(jì)監(jiān)督時(shí)，要注意加強(qiáng)觀念創(chuàng)新、理論創(chuàng)新、方法創(chuàng)新全面提升設(shè)計(jì)監(jiān)督能力，重點(diǎn)加強(qiáng)“全系統(tǒng)、全過程、全壽命”理論的深入研究，注重對(duì)新技術(shù)、新材料、新工藝和新方法的學(xué)習(xí)，以提高對(duì)裝備的監(jiān)督管理能力[16,17]。

首先，要把好文件審查審簽關(guān)，在總體層面對(duì)被審文件進(jìn)行審查，檢查其內(nèi)容是否全面、完整、協(xié)調(diào)，有無缺項(xiàng)，設(shè)計(jì)輸出是否滿足輸入要求[18]。

不同文件審查又有所側(cè)重，以可靠性大綱為例，應(yīng)對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)和指標(biāo)要求，重點(diǎn)審查工作項(xiàng)目剪裁是否合理；以可靠性預(yù)計(jì)報(bào)告為例，要關(guān)注預(yù)計(jì)與壽命周期各階段環(huán)境的關(guān)系，預(yù)計(jì)所用的應(yīng)力條件、環(huán)境條件，是否覆蓋任務(wù)周期的應(yīng)力條件、環(huán)境條件，是否有長(zhǎng)時(shí)間的貯存階段，是否需要開展非工作狀態(tài)的預(yù)計(jì)，并監(jiān)督開展相應(yīng)的預(yù)計(jì)計(jì)算。

其次，重視設(shè)計(jì)評(píng)審，結(jié)合可靠性定量指標(biāo)要求、鑒定和驗(yàn)收方法，開展設(shè)計(jì)評(píng)審工作。突出重點(diǎn)抓關(guān)鍵，嚴(yán)格按照相關(guān)程序進(jìn)行，避免走過場(chǎng)，對(duì)評(píng)審中關(guān)鍵重要的問題嚴(yán)格把關(guān)[19]。

最后，要督促承制單位嚴(yán)格按大綱規(guī)定、文件要求和評(píng)審意見等相關(guān)要求開展研制工作，并加強(qiáng)監(jiān)督檢查，避免設(shè)計(jì)文件和實(shí)際工作不一致的“兩張皮”現(xiàn)象。

3.3 可靠性試驗(yàn)監(jiān)督

可靠試驗(yàn)監(jiān)督時(shí)，應(yīng)重視裝備研制階段對(duì)可靠性要求的考核與驗(yàn)證，以便盡早發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品可靠性薄弱環(huán)節(jié)，改進(jìn)設(shè)計(jì)，提升裝備可靠性水平。

首先，重視單元試驗(yàn)，可減少產(chǎn)品設(shè)計(jì)、改進(jìn)和試驗(yàn)的總工作量[20]。在單元試驗(yàn)中可以發(fā)現(xiàn)、排除許多故障源，單元試驗(yàn)結(jié)束后再進(jìn)行綜合試驗(yàn)，可減少設(shè)計(jì)的反復(fù)。有些型號(hào)項(xiàng)目為了節(jié)省時(shí)間，把單元試驗(yàn)工作全部裁剪，直接進(jìn)入較高層級(jí)的試驗(yàn)階段，發(fā)生故障時(shí)再開展單元試驗(yàn)以查明故障源，往往花費(fèi)的時(shí)間、經(jīng)費(fèi)代價(jià)更大。需在項(xiàng)目初期做好規(guī)劃，在對(duì)多種試驗(yàn)方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析的基礎(chǔ)上，確定最佳試驗(yàn)計(jì)劃。

其次，重視環(huán)境應(yīng)力篩選試驗(yàn)，環(huán)境應(yīng)力篩選可及時(shí)剔除早期失效，是裝備可靠性的有效保證[21]。在研制階段、鑒定試驗(yàn)前、小批試生產(chǎn)階段，對(duì)每一套出廠的設(shè)備都按要求進(jìn)行環(huán)境應(yīng)力篩選，以保證裝備的研制生產(chǎn)質(zhì)量。

最后，嚴(yán)格把關(guān)可靠性試驗(yàn)與評(píng)估，督促并檢查試驗(yàn)與評(píng)估大綱的編制和實(shí)施情況。在裝備研制過程中，可能開展多次可靠性試驗(yàn)與評(píng)估，應(yīng)及時(shí)跟進(jìn)監(jiān)督，督促研制單位盡早發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，促進(jìn)裝備可靠性不斷增長(zhǎng)。對(duì)于試驗(yàn)中暴露出來的問題，督促按照故障報(bào)告、分析和糾正措施系統(tǒng)的要求，進(jìn)行認(rèn)真分析，提出解決措施，驗(yàn)證歸零并舉一反三。

3.4 可靠性信息收集監(jiān)督

對(duì)可靠性信息收集的監(jiān)督，可從過程和區(qū)域兩方面開展。過程上，從論證設(shè)計(jì)到鑒定定型，研制的全過程也就是信息收集監(jiān)督的全過程；區(qū)域上，則是產(chǎn)品開發(fā)部門、質(zhì)量檢驗(yàn)部門、試驗(yàn)場(chǎng)所和試制加工等[22]。

研制單位往往忽略可靠性信息收集，而研制階段的可靠性信息分析總結(jié)，與后續(xù)裝備的可靠性提升有著緊密的關(guān)系，需督促研制單位重視并認(rèn)真開展可靠性信息收集工作。

4 總結(jié)

本文分析了水聲對(duì)抗裝備研制過程中可靠性監(jiān)督的意義，借鑒國(guó)內(nèi)外先進(jìn)理論和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，提出了水聲對(duì)抗裝備可靠性監(jiān)督的總體方案；提煉了可靠性監(jiān)督的必備工程基礎(chǔ)，具體包括標(biāo)準(zhǔn)分析、參數(shù)要求和試驗(yàn)方法；介紹了可靠性監(jiān)督工作中的主要內(nèi)容和方法，并有效落實(shí)在可靠性計(jì)劃、可靠性設(shè)計(jì)、可靠性試驗(yàn)等過程的監(jiān)督管理工作中，促進(jìn)可靠性監(jiān)督工作的開展，促進(jìn)水聲對(duì)抗裝備可靠性提升。