裝備競爭性研制中可靠性比測試驗方案探討*

陳 穎

（武漢數字工程研究所 武漢 430205）

1 引言

隨著我國社會主義市場經濟的日漸完善，國防科技工業的管理體制發生了巨大調整，傳統軍工企業均逐漸轉型為自負盈虧的裝備研制單位。部分優勢民營企業也在軍民融合戰略下，紛紛參與到軍事裝備的研發工作中，因此，競爭性研制日漸成為軍事裝備的發展趨勢，這不僅降低了軍事裝備的研發成本，也加快了軍事裝備的技術迭代更新速度［1～4］。

開展競爭性研制的裝備常通過對系列試驗結果的評價完成優選，主要包括功能性能試驗、環境適應性試驗、電磁兼容性試驗和可靠性試驗等。特別地，由于裝備尚處于研制階段，直接開展可靠性鑒定試驗的成本高，而參與競爭性研制單位較多，經常面臨研制經費不足、考核過嚴等問題。如何降低試驗的費用，最大限度給予各參研單位通過機會，并選出可靠性水平較高的產品，這是作為裝備競爭性采購發標單位需要重點考慮的問題。本文基于裝備競爭性研制工作的特點，對可靠性比測試驗方案進行了研究，并給出相關建議。

2 裝備競爭性研制可靠性比測存在問題

2.1 裝備競爭性研制工作存在的問題

我國的武器裝備研制工作已經從模仿逐步走向創新化發展，現代化武器裝備所包含的所包含的新技術、新工藝、新材料越來越多，單純依靠軍工國企來開展創新技術的應用難以適應國際形勢快速變化，高新武器裝備面臨的研制風險越來越高。裝備競爭性研制就是要通過市場化的手段，來積極調動國企和民企的主動性，是在裝備競爭性采購大趨勢下必須要開展的工作，主要包括公開招標采購、競爭性談判采購、邀請招標采購和詢價采購。武器裝備作為商品，存在許多相同的承研單位，自然的競爭會促使裝備的價格大幅降低并確保裝備采購的風險可控，使得裝備競爭性研制工作具有公平競爭、廣泛參與、創新性強等特點［5～8］。

同時，在裝備競爭性研制的工程實踐中，比測試驗存在諸多問題，包括：

1）裝備競爭性研制工作的標準欠缺，尤其是實物裝備的試驗比測相關標準。我國武器裝備相關的標準過于繁雜和詳細，總裝備部、各軍兵種、各大軍工集團以及各單位內部等均有大量的參照標準，經常出現某型號裝備適合于多個標準的要求，從而難以在開展競爭性采購過程中拿出統一的要求，特別地，針對裝備競爭性研制工作的可靠性比測試驗，目前還沒有合適的標準來適用；

2）試驗的成本高，部分中小企業難以承受。為了獲得功能性能、通用質量特性均優良的裝備，競爭性研制過程中會安排大量的比測試驗。對于中小企業來講，很難有大量的時間、人力、物力等花費在裝備的競爭性比測試驗中，亟需將競爭性研制裝備的比測試驗進行合理優化；

3）比測試驗考核過于嚴格，否決項試驗設置過多。參加競爭性研制的很多均是中小企業，或者是剛剛進入該裝備領域的企業，對于很多要求仍在熟悉過程中，一票否決容易過早將綜合質量水平較高的企業排除，應盡量讓企業有較多機會參與后續試驗，從而選出綜合表現優良的裝備。

因此，在設計可靠性比測試驗方案時，需要綜合考慮試驗成本以及承研單位的產品質量水平，并盡量選擇有合理依據的試驗方案。

2.2 可靠性比測試驗面臨的問題

在裝備競爭性研制工作中開展的可靠性比測試驗，主要是通過設計合理的試驗剖面、試驗統計方案以及開展相應的功能性能檢測，完成對參研單位實物裝備可靠性水平的必選。對于艦載裝備，可靠性試驗剖面可直接根據裝備的安裝平臺（水面艦船、潛艇）及安裝環境（艙外、艙內有溫控、艙內無溫控）選用GJB899A-2009規定的試驗剖面；功能性能的檢測，則根據產品特點以及在實驗室內的環境條件限制，設計統一的檢測項目，采用統一的檢測手段。因此，在實際工程中，主要面臨的困難包括：

1）選擇合適的試驗統計方案。常規的可靠性試驗主要包括環境應力篩選、可靠性強化試驗、可靠性增長試驗、可靠性鑒定試驗和可靠性驗收試驗，其具體對比參見表1。前兩類試驗均與產品的MTBF要求無關，屬于定性分析類的試驗；后三類試驗與產品的MTBF要求相關，若產品MTBF要求過高時，試驗時間過長，并且均屬于否決型試驗，一旦試驗不通過，則競爭性研制單位就面臨出局的問題。

表1 常見可靠性試驗類型［9～10］

2）試驗過程結束后合理的評分規則。產品的功能性能指標測試結果往往具有很大的隨機性，受到供電電壓、模擬信號強度等因素的影響，同時可靠性比測試驗是在已經完成功能性能比測試驗之后開展的，再以產品的功能性能指標合格的測試結果作為比測，容易受到產品研制單位的質疑，故作為可靠性試驗應盡量從產品的可靠性表現角度出發來設計評分規則。

3 可靠性比測試驗方案

3.1 MTBF保證試驗方案介紹

MTBF保證試驗又叫可靠性保證試驗，是MIL-HDBK-781A提出的一種可靠性驗收試驗方案，未納入GJB899A-2009的試驗方案范疇，主要用于在產品批生產階段以一定的置信度來考核產品的可靠性水平。通過MTBF保證試驗的產品，可認為是消除了較高早期失效并達到了設計的MTBF值，工程上可用于推斷產品的MTBF水平［11～12］。

MTBF保證試驗主要采用無故障工作時間的方式，規定一個長度為2T的試驗時間，僅當產品連續無故障工作時間達到T時，通過試驗考核。MTBF保證試驗的無故障試驗時間T確定公式如下［13］：

式中，Ps為通過MTBF保證試驗的概率值；θ為產品MTBF的要求值，h；T為無故障試驗時間，h。

當Ps=0.98，計算得到無故障試驗時間T=0.212θ；當Ps=0.99，計算得到無故障試驗時間T=0.148θ。

3.2 比測試驗具體方案

結合裝備競爭性研制過程中可靠性比測試驗面臨的問題，從盡量降低試驗成本、最大限度給予通過機會的角度，制定如下可靠性比測試驗方案：

1）試驗剖面。開展競爭性研制的裝備根據其安裝平臺，采用GJB899A-2009中規定的綜合環境試驗剖面，主要包括地面固定裝備、地面移動裝備、水面艦船艙內有溫控裝備、潛艇裝備等；

2）試驗時間。采用3.1節所述的MTBF保證試驗方案，根據裝備故障情況，最短試驗時間為0.212θ，最長試驗時間為0.424θ。也即是若裝備在試驗時間區間［0，0.212θ］內發生故障，可以在故障修復后繼續開展試驗；若在（0.212θ，0.424θ］內發生故障，則試驗立即終止并退出競爭性研制后續試驗；

3）功能性能檢測。按照試驗箱內的檢測條件限制，制定統一的檢測表格并要求檢測項目相同、檢測方法一致、檢測設備共用；

4）設備的擺放。由于試驗箱容積的限制，很難讓各參研單位的設備擺放在相同的試驗箱、相同的位置，一般是事先將各擺放位置進行編號，然后各參研單位通過抽簽確定其設備擺放位置；

5）試驗過程的監督。為了對試驗過程進行全程監督，便于試驗過程中及試驗后的爭議處理，通常在試驗過程中進行全程錄像，確保每臺設備均在攝像范圍內；

6）試驗工作組。試驗前成立試驗工作組，由訂購方、試驗單位和各研制單位共同組成；

7）試驗過程。試驗前組織對試驗大綱、試驗程序進行評審，并對產品技術狀態、現場試驗條件進行確認；試驗后對試驗結果進行評審確認；

8）故障處理。試驗過程中允許發生故障，故障后進行修復即可，故障的修復時間不計入試驗時間；

9）評分指標。可靠性比測試驗常用具有一定區分度的指標包括首次故障時間、試驗中的故障次數、通過試驗時累計試驗時間、故障的嚴重程度，特別地，針對故障嚴重程度指標，可以定量化為是否需要更換備品備件。

4 結語

可靠性比測試驗作為可靠性試驗中一種基于裝備競爭性研制而衍生出來的試驗類型，其試驗目的即不是要剔除產品的早期失效，也不是要驗證產品的可靠性指標要求，而是快速地將各參研單位實物裝備的可靠性水平進行高低排序，為后續的裝備采購工作提供客觀依據。可靠性作為裝備的重要指標，必須要慎重對待，但也應該考慮到裝備競爭性研制工作中各研制單位的成本輸出和客觀風險，盡量在試驗設置上給予研制單位一定的容錯，避免因偶然的故障而使參研單位立刻出局，可以提高中小企業參加軍事裝備競爭性采購的積極性。本文基于MTBF保證試驗給出的可靠性比測試驗方案，可以為后續裝備競爭性研制可靠性比測試驗方案的制定提供參考。