装备可靠性装载试验方法研究*

卞大鹏 王胜兵

(1.海军驻武汉701所军事代表室 武汉 430064)(2.海军工程大学理学院 武汉 430033)



装备可靠性装载试验方法研究*

卞大鹏1王胜兵2

(1.海军驻武汉701所军事代表室 武汉 430064)(2.海军工程大学理学院 武汉 430033)

论文针对装备的试验时间长,样机数量多等研制特点,提出了采用加速试验和舰上试验相结合方法,利用加速试验,使装备可靠性增长,大幅增加装备可靠性信息,为开展装备装载可靠度验证奠定基础。最后通过仿真算例说明了利用该方法确定装载可靠度验证方案的合理性。

加速试验; 可靠性增长; 装载可靠度; 可靠性信息

Class Number TP302

1 引言

在装备研制要求中,往往会提出装备装载可靠度指标。装备可靠性验证往往受到研制时间,研制经费的限制,需要根据装备的研制特点,合理设计可靠性试验方案,以便充分利用试验信息,科学评价装备的可靠性水平。文献[1～2]中研究了使用HALT&HASS用于改进产品的可靠性试验,能够快速筛选产品缺陷,降低产品的故障率等。文献[3～5]针对电子产品等提出了可靠性增长试验的方法与管理。当装备的试验时间长,样机数量多时,如何根据装备的这些研制特点,开展相应的可靠性试验,本文提出了装载可靠度验证采用加速试验和舰上试验相结合方法,利用加速试验,使装备可靠性增长,大幅增加装备可靠性信息,为可靠度验证奠定基础。

2 装载可靠性试验方案Bayes确定方法

装备装载可靠性鉴定试验是指在舰上实际装载试验,通过舰上实际装载验证装备装载可靠性是否达到规定的指标要求。Bayes方法是一种利用先验信息对装备的可靠性进行评估的方法,广泛用于机械与电子产品的评估[6～10]。为了利用Bayes方法制定装备装载可靠性鉴定试验方案,必须充分利用陆上装载试验信息,以便有效减少舰上实际装载试验时间。

2.1 先验信息和先验分布

在制定装备装载可靠性鉴定试验方案时,相对于装载可靠性鉴定试验(即舰上实际装载试验)而言,陆上装载试验信息实际上是装载可靠性的先验信息,因此,在制定装备装载可靠性鉴定试验方案时将充分利用这些先验信息。

根据装备工程经验,可以选择倒Gamma分布作为装备装载平均无故障间隔时间θ的先验分布:

(1)

其中a、b为待定超参数。

假设装备陆上装载试验信息为(T0,r0),则利用陆上装载试验信息就可以对装备装载可靠性进行评估,如给定置信度为1-α,利用加速装载等效数据可以得到装备装载平均无故障间隔时间θ的置信下限为

(2)

在制定装备装载可靠性鉴定试验方案时,陆上装载试验信息就是一种装载可靠性先验信息。利用上述先验信息就可以确定先验分布(4.1)中的超参数a、b。如选择置信水平为0.8、0.9的装载平均无故障间隔时间θ的置信下限θL0.2,θL0.1,就可以由方程组:

确定超参数a,b为

a=r0+1,b=T0

因此,装备装载平均无故障间隔时间θ的先验分布为

(3)

2.2 可靠性鉴定试验方案

在确定先验分布(3)后,就可以制定装备舰上装载可靠性试验的Bayes试验方案。若装备舰上装载可靠性试验方案为(T3,c)(其中T3为舰上装载总试验时间,c为最大允许故障数),则表示当装备进行舰上装载试验到T3时,若正好出现r3次故障,且r3≤c,说明装备装载可靠性达到了规定要求,否则说明装备装载可靠性没有达到规定要求。

(4)

若规定了生产方和使用方各自所承受的风险α=β=0.2,装备装载平均无故障间隔时间的最低可接受值为θ1,在给定最大允许故障数为c时,通过式后验分布(C.4),可以确定装备舰上装载可靠性试验时间T3:

(5)

当给定c=0,1,2…时,就可以分别得到相应需要在舰上装载试验时间。显然,随着c的增大,装备舰上装载试验试验时间也将增加。

3 Bayes方案的实施程序

基于Bayes方法制定的装备装载可靠性鉴定试验方案实际上依赖于其陆上装载可靠性信息。在陆上装载试验信息不同(如进行的加速装载试验信息不同)时,所得到的装备舰上装载试验方案也不相同。因此,在利用Bayes方法制定装备舰上装载可靠性试验方案时,不仅需要考虑在给定其陆上装载可靠性信息情况下,确定装备舰上装载试验方案,而且还需要考虑在各种可能的舰上装载试验情况下,提出对装备陆上装载试验要求,尤其是应考虑各种可能的舰上装载试验方案对装备加速装载试验信息的要求,以便能够事先明确所需要的加速装载试验时间,更好地进行装备加速装载试验设计。

3.1 在已知陆上装载信息情况下的装载可靠性鉴定试验方案

在已知装备陆上装载试验信息的情况下,其舰上装载可靠性鉴定试验方案的制定程序为:

1) 将装备陆上装载试验信息折算为实际装载等效数据,记为(T0,r0)。

2) 选择使用方风险β,在给定最大允许故障次数c=0,1,2…时,利用式(5)得到装备舰上装载试验时间T3。在实际舰上装载试验不长的情况下,一般最大允许故障次数c=0,1。

假设装备装载平均故障间隔时间(MTBF)为T,在有不同装备加速装载等效试验数据的情况下,对于给定的使用方风险为β=0.2,就可以利用式(5)得到装备舰上装载试验时间。

3.2 在已知舰上装载试验情况下陆上装载试验方案

由于受实际装载试验条件的限制,装备舰上装载试验时间不可能很长,因此,根据装备可能的舰上装载试验情况,事前提出装备陆上装载试验信息需求,对在装备初样、正样机研制阶段陆上装载试验信息的收集具有重要意义。为此,针对装备可能的舰上装载试验情况,分析其陆上装载试验时间。其具体步骤如下:

1) 选择装备可能的舰上装载试验时间T3,并规定其最大允许出现的故障次数c,即装备的舰上装载可靠性鉴定试验方案为(T3,c);

2) 在给定的使用方风险下,给出装备陆上装载试验时可能出现的故障次数r0,由下式确定陆上装载试验时间T0。

(6)

由式(6)确定的陆上装载试验时间实际上表示:在只允许按照鉴定方案(T3,c)进行舰上装载可靠性鉴定试验时,为了保证有充足的装载可靠性信息对装备装载可靠性进行验证和评估,必须要求进行陆上装载试验的时间不小于T0,允许故障次数为r0,否则,将因没有充足的装载可靠性信息,造成装备装载可靠性无法进行验证。

4 仿真典型试验方案分析比较

考虑各种不同的数据情况下,三个阶段采用不同的试验方案的比较见表1。其中表的第二列表示装备在研制阶段所累积到的等效装载可靠性数据。表的第三列表示利用加速装载试验所能够得到的等效试验时间,以及对应的实际加速装载试验时间(其中加速系数选择为115)。在获得第一阶段等效装载数据和等效的加速装载数据后,对应的舰上装载实际时间列在了表的第三列。

表1 不同试验方案的比较

5 结语

从仿真结果可以得到,本文所采用的可靠性试验方法可以很好地应用到装备的可靠性试验之中,根据不同试验阶段,分别确定试验方案以及加速试验实施方法,保证装备的可靠性稳定增长。

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Loading Test Methods for Military Material Reliability

BIAN Dapeng1WANG Shengbing2

(1. Naval Representative Office in 701 Institute, Wuhan 430064) (2. College of Science, Naval University of Engineering, Wuhan 430033)

For military material manufacture feature about long test time and more muster machine, the method combining accelerating test and testing on warship method is proposed. Accelerating test is used to achieve military material reliability growth and reliability information is ensured. Thus the basis is established for loading reliability validating. At last the paper gives an example which demonstrates the validity of method.

accelerating test, reliability growth, loading reliability, reliability information

2015年4月7日,

2015年5月23日

卞大鹏,男,硕士,工程师,研究方向:舰船航空保障、装备可靠性。王胜兵,男,硕士,副教授,研究方向:可靠性数据分析与处理。

TP302

10.3969/j.issn.1672-9730.2015.10.032