舰船装备可靠性验证试验中的问题与对策

黄健

【摘要】随着舰船装备可靠性工作的深入开展，可靠性验证试验开展的范围越来越大、涉及到的装备越来越多，相关问题也随之凸显。从整体的、全过程的视角来看待可靠性验证试验，提出了可靠性验证试验的总体流程，明确了可靠性验证试验各阶段在工程中存在的主要问题，给出了对上述问题的解决对策。

【关键词】舰船 可靠性验证试验 问题 对策

1引言

随着舰船装备可靠性工作的深入开展，可靠性验证试验工作越来越受到重视，可靠性验证试验开展的范围越来越大、涉及到的装备越来越多。大量的可靠性验证试验使得承制方更加重视可靠性工作，使得交付到部队手中的装备是具有较高可靠性。

在显著促进舰船装备可靠性工作的同时，舰船装备可靠性验证试验难免存在一些问题。已有相关文献对设备（含软件）的可靠性问题及对策进行了研究，但研究仅限于设备级，对于舰船这样的大系统可靠性试验问题研究较少；也有针对可靠性试验方案的相关研究，但从源头开始对可靠性试验问题展开的研究较少。

本文跳出可靠性验证试验本身，从整体的、全过程的视角来看待可靠性验证试验，从源头查找引发问题的原因。首先，明确了可靠性验证试验的相关概念，提出了可靠性验证试验的总体流程；然后，明确了可靠性验证试验各阶段在工程中存在的主要问题；最后，给出了对上述问题的解决对策。

2装备可靠性验证试验的概念

可靠性试验主要包括：环境应力筛选、可靠性研制试验、可靠性增长试验、可靠性鉴定试验、可靠性验收试验。其中，环境应力筛选、可靠性研制试验、可靠性增长试验属于工程试验，其目的是改进装备可靠性：可靠性鉴定试验、可靠性验收试验属于统计试验或验证试验，其目的是验证产品可靠性是否达到要求。

可靠性鉴定试验的目的是验证产品的设计是否达到了规定的可靠性要求；可靠性验收试验目的是验证批生产产品的可靠性是否保持在规定水平。可靠性鉴定试验一般用于对新设计的产品或经过重大修改的产品进行设计定型，是研制阶段的试验；产品在生产过程可靠性的稳定性则往往通过抽样的可靠性验收试验进行判断，所有可靠性验收试验是生产阶段的试验。

3舰船装备可靠性验证试验的流程

要落实好舰船装备可靠性验证试验，不能只孤立地看试验本身，试验之前关于可靠性试验指标的确定也十分重要。实际上，装备可靠性试验的相关工作从装备立项论证阶段就已经开始，一直持续到装备建造和交付阶段。依据工程经验，提出了舰船装备可靠性验证试验的流程，如图1所示。

图1舰船装备可靠性验证试验的流程图

（1）立项论证阶段，订购方确定舰船总体可靠性指标：固有可用度Ai，任务可靠度Rm。

（2）方案设计和深化方案设计阶段，承制方总体单位通过可靠性分配、预计方法，将总体可靠性指标分配到系统、设备，明确系统、设备的可靠性指标Ai、平均故障间隔时间MTBF、平均修复时间MTTR、Rm，平均嚴重故障间隔时间MTBCF；通过总体单位与系统、设备单位的多次沟通，使系统、设备单位认可总体单位给出的可靠性指标；订购方组织专家对可靠性分配、预计方法和结果进行评审。

（3）技术设计阶段，系统、设备单位制定可靠性试验方案和评价方法。可靠性验证试验包括可靠性鉴定试验和可靠性验收试验。订购方组织专家对上述试验方案和评价方法进行评审。

（4）施工设计、建造阶段和交船阶段，依据试验方案和评价方法开展可靠性试验与评价。订购方组织专家对试验过程和评价结果进行评审。

4舰船装备可靠性验证试验的问题

在工程实践中，舰船装备可靠性验证试验中主要存在以下问题：

（1）装备可靠性分配、预计中通常假设装备可靠度函数都服从指数分布，可能与实际情况存在一定偏差。

由于可靠度函数服从指数分布时，装备故障率为常数，符合大部分装备的故障发生规律，而且在理论上有与MTBF互为倒数关系的结论，大大方便了工程计算，因此工程上通常假设装备可靠度函数都服从指数分布。然而，理论上只有电子产品是较好地服从指数分布，装备中的机械类、机电类产品可能不完全服从指数分布，而一律假设为指数分布就会导致计算结果出现偏差。

（2）基本可靠性分配、预计采用全串联模型，导致考虑的装备越多，舰船总体可靠性越低，对各级装备可靠性要求越高。

基本可靠性分配、预计是针对舰船总体可靠性指标Ai开展的，通过分配、预计确定各级装备的Ai、MTBF和MTTR。工程上在分配、预计中较多采用可靠性框图法，该方法对于基本可靠性分配、预计采用全串联模型，导致考虑的装备越多，舰船总体可靠性越低，而在舰船总体顶层要求的约束下，必然导致对各级装备可靠性要求越高。因此，工程实际中只能尽量减少对不重要装备的考虑，从而减少分配、预计的压力。

（3）任务可靠性分配、预计时，设备在任务中的具体运行时间不明确，导致可靠性计算不准确。

舰船装备在立项论证阶段，订购方就会给出其总体任务可靠性框图，给出各主要任务的大致估算时间。但对于任务可靠性分配、预计来说，上述估算时间难以满足需求。例如，某型补给船的总体任务可靠性框图中，只给出了该船在典型任务剖面中的补给次数，没有给出补给时间。因此，订购方应向承制方提供历史数据，给出经验指导，共同确定每次的补给时间。此外，对于具体的补给设备，如船上的垂直补给设备，其在整个补给过程中有多次时间运行、多长时间不工作也十分重要，这也需要订购方协助承制方来确定。在缺乏相关数据和经验时，承制方倾向于按照最大工作时间来计算可靠性要求，例如认为补给船的直补给设备在整个补给过程中一直工作，这样可能会大大提高对系统、设备的可靠性要求。

（4）设备厂家在依据合同可靠性指标制定可靠性试验方案时，会遇到指标转换、试验时间较长、实际环境难以模拟等问题。

依据GJB899A-2009《可靠性鉴定和验收试验》中给出的可选试验方案，设备需要进行的试验时间通常较长。例如，即使是在高风险定时试验统计方案中，选择最高决策风险，使用方风险和生产方风险均为30%、鉴别比为3.0的情况下，试验时间依然为MTBF检验下限的1.1倍：而当使用方风险和生产方风险均为10%、鉴别比为1.5时，试验时间为MTBF检验下限的45倍。为了缩短时间，设备厂家倾向于选择高风险，高鉴别比方案，但这样会增加订购方接收不合格产品的风险。

5舰船装备可靠性验证试验问题的对策针对上一节中的可靠性验证试验主要问题，提出以下解决对策：

（1）通过收集设备及其部件的可靠性数据，采用统计学方法可以准备确定设备的寿命分布。这项工作需要涉及设备、部件种类繁多，需要顶层规划以协调大量人力、物力、财力、时间，还需要建立分布式数据库实现数据共享。虽然十分困难，但这是一项极其重要的基础性工作。在具体工程计算方面，由于除指数分布外，其他的寿命分布计算相对复杂，因此工程上需要开发舰船装备可靠性建模、分配与预计软件，支持各种类型寿命分布的相关计算。

（2）相比于不考虑任务剖面、任务时间、始终全串联的基本可靠性模型，依据任务剖面、任务时间建立的任务可靠性模型更有价值。在舰船装备建模、分配和预计中，应更多关注任务可靠性。而分配和预计工作相比，预计更加重要。分配通常采用评分分配法，由于评分带有主观性，加之方法固有的一些问题，导致结果有偏差，只作为没有数据时的一种参考。最终船总体可靠性是否满足订购方要求，还要看可靠性预计，预计中用到的设备可靠性数据是得到设备厂家认可的。可靠性预计涉及到舰船的各个任务阶段，通常航渡时间较长、设备可修，而任务阶段较短、设备不可修，根据工程经验，重要的是任务阶段的可靠性预计。因此，舰船可靠性建模、分配与预计的诸多工作中，重点工作是舰船任务阶段的任务可靠性建模和预计。

（3）任务可靠性分配、预计时，需要订购方提供设备实际使用的数据，如设备在各种典型任务中的开机频率、每次连续开机时间、任务量等，便于承制方准确估算设备工作时间。在提出可靠性指标过程中，对于重要设备，可尝试采用面向任务的方法，使得指标为满足各种任务的运行时间或者任务量。这样方法相对建模、分配与预计更加直接，在现有方法還不完美的情况下，在工程上可能更为准确，依据这样的指标更容易制定可靠性试验方案。例如，订购方提供历史数据和现在的任务需求，承制方估算出某船起吊设备在典型任务中需吊起的总重量，即作为其可靠性指标，并据此制定试验方案。

（4）在确定可靠性试验方案时，对于重要设备要求可靠性较高，可要求生产方降低使用方风险，采用标准型试验方案。降低风险会导致试验时间增加，应考虑增加经费和时间。若试验方案的鉴别比较高，如鉴别比为3.0，意味着生产方最高可接受值为3倍的MTBF检验下限，这个在技术上能否实现需要论证研究。对于重要设备可靠性试验中难以模拟出的实际环境条件，在工程上可采用一些变通方法。例如某补给船的液货补给装置，其整体无法进行振动、摇摆，可对重要部件开展。

6结论

梳理、提出了舰船装备可靠性验证试验的总体流程。从全流程的角度，依据工程经验明确了舰船装备各阶段相关工作中存在的可靠性试验问题，提出了上述问题的解决对策。这些对策难以一蹴而就，需要在工程上加强顶层设计、管理，充分利用信息化技术，打破行业、专业壁垒，不断探索有效的方法。