基于Bayes理论的鱼雷贮存可靠性评估与验证

周 崐, 陈宜辉, 周 涛



基于Bayes理论的鱼雷贮存可靠性评估与验证

周 崐1, 陈宜辉2, 周 涛3

(1. 海装驻武汉军代局, 湖北 武汉, 430000; 2. 海军工程大学兵器工程系, 湖北 武汉, 430033; 3. 海军装备研究院, 北京, 100161)

为了对鱼雷贮存可靠性进行合理评估, 运用Bayes理论对鱼雷平均故障间隔贮存时间进行了估计, 并建立了鱼雷贮存可靠性验证的数学模型, 制定了相应的可靠性验证方案。该方案不仅利用了样本信息, 而且还能充分利用鱼雷的先验信息, 使鱼雷贮存可靠性评估的结果更加合理。本文研究结果可为鱼雷贮存可靠性管理提供相关的理论依据。

鱼雷; 贮存可靠性; Bayes理论

0 引言

鱼雷贮存可靠性评估的Bayes方法是指, 在鱼雷贮存一段时间后, 根据鱼雷贮存可靠性先验信息和样本故障信息[1], 运用Bayes统计理论求得鱼雷贮存可靠性特征量值的点估计和区间估计, 并制定鱼雷贮存可靠性验证方案。制定严格而科学的鱼雷抽样验证方案, 可以使信息及时反馈, 有利于鱼雷的维修保障, 提高部队的战斗力。由于鱼雷研制任务书中没有贮存可靠性定量指标, 在设计定型与交付验收后, 承制方也未对组件和全雷做过贮存可靠性试验和分析工作。另外, 除了日常训练和维修保障之外, 大多数鱼雷在较长时间内是存放在鱼雷箱里的, 因此, 对鱼雷贮存可靠性进行评估就显得十分迫切和重要。

1 鱼雷平均故障间隔贮存时间评估方法

1.1 鱼雷贮存寿命分布类型的确定

鱼雷是由大量的机械、电子、化工和橡胶等产品组成的水中兵器。现代鱼雷中绝大部分的零部件、组件和系统是电子产品, 对于确定电子产品的使用寿命, 指数分布是一个很好的模型。然而, 在鱼雷中还有相当数量的机械产品, 其寿命从严格意义上讲服从威布尔分布。但是, 机械产品经过调试运转进入正常工作期后, 故障机理是磨损、腐蚀等, 在尚未进入损耗故障期之前, 其失效率上升很缓慢。而且鱼雷在整个使用期内应按规定进行定期维修, 因此, 鱼雷中的机械产品寿命亦可近似认为服从指数分布。对于少量的短寿命部件或一次性使用的机械、橡胶产品(如轴承、轴套、O型密封圈等), 按照规定应定期进行更换, 所以它们对鱼雷的贮存寿命影响不大。

综上所述, 鱼雷贮存寿命服从指数分布, 其密度函数为

1.2 鱼雷贮存可靠性先验信息

1.3 鱼雷贮存可靠性样本信息

鱼雷贮存可靠性试验是在对各分系统检验测试的基础上进行的, 而各个分系统又对其每个子系统进行试验。这样, 通过上述的试验可以得到较多组的试验数据。

1.4 鱼雷平均故障间隔贮存时间的估计

因此, 鱼雷平均故障间隔贮存时间的Bayes估计为

2 鱼雷贮存可靠性验证数学模型

其中,

因此, 可得

其中,

3 算例

在一批库存鱼雷中随机抽取10条, 并对每条雷的分系统6 年之内的测试试验结果进行纪录。根据这些记录数据, 每条鱼雷的故障数折合情况如下表所示。

表1 鱼雷故障数

Table 1 Failure number of a torpedo

表2 不同先前试验数据下的鱼雷可靠性验证方案

4 结束语

对于鱼雷这样价格昂贵的小子样产品, 运用Bayes方法进行可靠性研究是比较适宜的。Bayes方法不但可以利用可靠性试验中的样本信息, 而且还能充分利用鱼雷的历史资料和使用经验, 从而扩大了信息的来源, 使鱼雷贮存可靠性评估的结果更加合理。本文的研究成果可为部队鱼雷可靠性管理提供相关的理论依据。

[1] 宋保维, 赵志草, 梁庆卫, 等. 鱼雷贮存可靠度预测模型[J]. 计算机仿真, 2011, 28(6): 18-21.

Song Bao-wei, Zhao Zhi-cao, Liang Qing-wei, et al. Models of Storage Reliability Prediction Based for Torpedo[J]. Computer Simulation, 2011, 28(6): 18-21.

[2] 谢勇, 苑秉成, 谢辉. 生存分析理论在鱼雷贮存可靠性评估中的应用[J]. 鱼雷技术, 2013, 21(5): 332-336.

Xie Yong, Yuan Bing-cheng, Xie Hui. Application of Survival Analysis Theory to Reliability Assessment of Torpedo Storage[J]. Torpedo Technology, 2013, 21(5): 332-336.

[3] 张志华, 姜礼平. 指数型产品失效率鉴定试验的Bayes方案[J]. 应用概率统计, 2000, 16(1): 66-70.

Zhang Zhi-hua, Jiang Li-ping. A Bayesian Plan of Failure Rate Qualification Test Based on Exponent Product[J]. Applied Probability Statistics, 2000, 16(1): 66-70.

[4] 陈宜辉, 姜礼平, 吴树和. 基于最大后验风险的多层Bayes方法[J]. 海军工程大学学报, 2002, 14(5): 97-98.Chen Yi-hui, Jiang Li-ping, Wu Shu-he. Hierarchical Bayesian Method on the Basis of Maximum PosteriorRisk [J]. Journal of Naval University of Engineering, 2002, 14(5): 97-98.

[5] Papazoglou I A. Bayesian Decision Analysis and Reliability Certification[J]. Reliability Engineering and System Safety, 1999(66): 177-198.

[6] 茆诗松, 王玲玲. 可靠性统计[M]. 上海: 华东师范大学出版社, 1984.

[7] 陈宜辉. 小子样验证技术及其在武器装备上应用[D]. 武汉: 海军工程大学, 2002.

[8] 武小悦, 刘琦. 装备试验与评价[M]. 北京: 国防工业出版社, 2008.

[9] 周源泉. 质量可靠性增长与评定方法[M]. 北京: 北京航空航天大学出版社, 1997.

[10] 陈宜辉, 王树宗. 火箭深弹贮存可靠性验证的一种贝叶斯方法[J]. 弹箭与制导学报, 2003, 23(2): 154- 155.Chen Yi-hui, Wang Shu-zong. A Bayesian Method of Reliability Verification Aimed at Rocket Depth Charge Stockpile[J]. Journal of Projectiles, Rockets, Missiles and Guidance, 2003, 23(2): 154-155.

[11] 姜礼平, 张志华. 成败型产品成功率鉴定试验的一种Bayes方法[J]. 工程数学学报, 2000, 17(4): 25-29.Jiang Li-ping, Zhang Zhi-hua. A Bayesian Method of Success Rate Qualification Test Based on Success or Failure Product [J]. Journal of Engineering Mathematics, 2000, 17(4): 25-29.

(责任编辑: 陈 曦)

Reliability Evaluation and Verification of Torpedo Storage Based on Bayesian Theory

ZHOU Kun,CHEN Yi-hui, ZHOU Tao

(1. Wuhan Representative Bureau, Naval Armament Department, Wuhan 430000, China; 2. Department of Weaponry Engineering, Naval University of Engineering, Wuhan 430033, China; 3. Naval Academy of Armament, Beijing 100161, China)

To evaluate the reliability of torpedo storage, Bayesian theory is used to estimate the mean time between failures(MTBF) of torpedo storage. A mathematical model for reliability verification of torpedo storage is established, and the corresponding plan of the reliability verification is formulated. Not only the sample information is used by the plan in this paper, but also the prior information of a torpedo. So the evaluation of torpedo storage reliability can be more reasonable.

torpedo; storage reliability; Bayesian theory

TJ630.7; TB114.3

A

1673-1948(2014)05-0329-04

2014-04-03;

2014-06-03.

周 崐(1971-), 男, 高级工程师, 主要研究方向为武器装备监制、可靠性分析.