关于规范火工品可靠性工作的几点思考

范文涛



关于规范火工品可靠性工作的几点思考

范文涛

（海军驻西安弹药专业军代表室，陕西 西安，710061）

本文介绍了可靠性指标的基本概念，归纳了火工品可靠性指标设置的8种典型情况及其影响，举例说明了合理的火工品可靠性指标设置的原则及方法，对火工品可靠性工作存在的标准理解和使用不规范、指标设置不合理、验证考核或计量分析不准确等问题，提出了解决方案，为火工品行业可靠性工作提供参考借鉴。

火工品；可靠性；指标

随着火工品在各行业的广泛应用，火工品可靠性工作内涵不断充实完善，在GJB 450A-2004 装备可靠性工作通用要求中给出了可靠性工作的具体要求和基本工作遵循，但是，由于配套行业繁多，理论基础薄弱等因素，火工品行业存在可靠性标准理解和使用不规范，指标设置不合理，验证考核或计量分析不准确，设计与分析、试验与评价工作不够系统等问题。本文以可靠性工作相关标准要求为依据，梳理了数十型火工品可靠性工作信息，归纳了火工品可靠性指标设置的8类典型情况，推导出火工品可靠性指标设置的原则和方法，并举例进行了说明，最后提出了规范火工品可靠性工作的解决方案。

1 火工品可靠性参数概念

GJB 450A中规定了两个重要概念，即“可靠性使用参数”以及“可靠性合同参数”[1]。“可靠性使用参数”是指直接与战备完好性、任务成功性、维修人力费用和保障资源费用有关的一种可靠性度量。其度量值称为使用值（目标值与门限值）。“可靠性合同参数”是指在合同中表达订购方可靠性要求的，并且是承制方在研制和生产过程中可以控制的参数。其度量值称为合同值（规定值与最低可接受值）。

GJB 1909-2009 装备可靠性维修性保障性要求论证规定了具体定义[2]：目标值为用户期望装备达到的使用指标；门限值为完成作战使用任务（即满足使用要求）装备所应达到的最低使用指标；规定值为用户期望装备达到的合同指标；最低可接受值为要求装备应达到的合同指标，是装备定型考核或验证的依据。

“门限值”规定了最低使用指标，如果装备实际可靠性水平小于门限值，则认为该装备不可用。“最低可接受值”表示合同的要求，即为满足门限值，合同规定承制方应提供至少达到最低可接受值可靠性水平的产品，才能够被接受使用，对于目前部队使用的大多数装备可靠性水平，应该有实际可靠性水平≥最低可接受值≥门限值。而且，从工程实现角度讲，最低可接受值与门限值往往十分接近，这是由于提高最低可接受值会直接增加生产成本以及拒收风险，所以，在确定门限值之后，承制单位在允许的情况下倾向于将最低可接受值的设定更接近甚至等于门限值。“目标值”表示用户期望装备达到的使用指标。由于受产品设计、制造、安装、环境、使用、维修等综合影响，往往难以达到，但经过长时间以及大量的实际使用反馈，产生可靠性增长，使得装备可靠性水平逐步增加，最终达到目标值成为大概率事件。在此过程中，基于研制阶段以及批产过程中对装备技术状态的了解，用户对于实现目标值可靠性水平抱有信心。“规定值”表示用户期望装备达到的合同指标，为保证达到目标值，规定值一般应优于或等于目标值可靠性水平。

2 火工品可靠性指标的典型设置情况

为了更好地说明可靠性设置的各种情况，引入“可靠性坐标系RCS（Reliability Coordinate System）”概念，设最理想状态为1，代表装备能够完美地完成使命；最差的状态为0，代表装备不能完成任何使命。实际可靠性水平为。如图1（a）所示。

2.1 门限值设定过低

门限值设定过低一般有两种情况：第1种，实际可靠性水平较低，这样的可靠性水平可能刚刚高于最低可接受值或门限值，质量裕度很小，使用方风险较大；第2种，实际可靠性水平较高，这种现象往往出现在产品技术状态非常成熟，大批量生产，订货稳定，质量可靠的情况下。如果按照最低可接受值进行试验考核，实际上不能说明装备的实际可靠性水平，特别是采用GJB 179A进行一致性检验时，火工品实际可靠性水平并不能在批次验收中体现出来，可靠性增长工作缺乏数据支撑。显然，门限值与目标值之间的距离越远，通过批量生产或可靠性增长工作实现目标值可靠性水平的可能性就越低。所以，门限值设定过低不利于可靠性工作开展。

图1 标准RCS及门限值设定过低RCS

2.2 整体设定较低

可靠性指标整体设定较低如图2所示。出现整体设定较低主要有两方面原因：一个是总体在进行可靠性分配时对该部件的可靠性水平预期比较低，火工品研制生产过程中按照较低的可靠性标准开展工作，可靠性裕度小成为必然。另一方面是总体在设计中采用了冗余方案，即便部件的可靠性水平很低，但也可以保证总体的可靠性水平，这种情况在航空、航天等大系统、总体布局空间宽裕或设计裕度较大的系统中比较常见。

图2 整体设定较低的RCS

这种情况中系统对于火工品并未提供较好的激励作用。即使总体设计裕度很大，但对火工品而言，提出的可靠性水平最好应达到常用的平均水平，否则不利于火工品可靠性技术水平持续提升发展。

2.3 整体设定过高

可靠性指标整体设定过高如图3所示。这种现象的原因是总体在进行可靠性分配时对该部件的可靠性水平提出了过高的预期，超出了火工品可以达到的实际水平。虽然对于行业技术发展以及科技人才培养有积极的促进作用，但是由于火工品的可靠性水平难以达到总体要求，开展可靠性提升工作的时间成本、经费成本非常巨大，导致总体不得不被迫降低预期，继而对总体研制进度和可靠性系统规划带来不利影响。因此，提出过高的可靠性水平预期并不是最佳选择。

图3 整体设定过高的RCS

2.4 未设定门限值及最低可接受值

可靠性指标中未设定门限值及最低可接受值，如图4所示。这种现象的原因主要是由于任务下达部门对可靠性工作要求落实不到位，只提出希望武器系统达到的可靠性水平，并未给出系统作战的最低可靠性需求，导致研制难度增大。对于武器系统而言，设计定型时必须回答可靠性实现情况，如果没有最低可接受值的规定要求，势必需要对可靠性目标值的实现情况进行试验验证，带来更多的经费和时间消耗。这样的设置方式一般适用于成熟技术或成熟型号，装备采取借用成熟材料、结构、部件等方式开展研制工作，极大缩减研制进度和经费，有利于装备快速发展，这也是装备研制生产开展标准化模块化工作的重要目的之一，所以，在装备研制之初应对型号技术成熟度进行评估，作为设置可靠性需求的重要参考。

图4 未设定门限值及最低可接受值的RCS

2.5 未设定目标值和规定值

可靠性指标中未设定目标值和规定值，如图5所示。这种现象的原因主要是任务下达部门对可靠性工作要求落实不到位，只提出武器系统达到最低可靠性需求，并未提出希望武器系统达到的可靠性水平，这样，在航空航天用火工品较为常见，比如系统设计裕度非常大，且采用成熟的可靠性水平很高的火工品，这样的话，在火工品上的投入就可以非常少；相反，如果系统设计裕度本身较低，又采用不成熟的新研制火工品，研制阶段为缩减开支，提高效率，设计者并未得到将装备可靠性水平提升至目标值或规定值水平的现实动力或压力，研制思想往往更加倾向于“过关”了事，可靠性增长的职责无形中从研制方向生产部门转移，造成生产部门和质量监督方的巨大困扰。

图5 未设定目标值和规定值RCS

Fig.5 The RCS of unsetting objectives and specified values

2.6 目标值和规定值或门限值与最低可接受值差距过大

通常目标值和规定值或门限值与最低可接受值非常接近或基本一致，即合同需求与实际作战需求基本一致。图6为差距过大的RCS，可以理解为合同甲方为减少己方风险，人为增加一部分可靠性裕度。这样势必增加承制单位开展可靠性工作的投入，增加拒收风险。火工品承制单位往往处于系统配套的最末端，为了承揽更多任务，不惜接受更多的拒收风险，无形中导致火工品可靠性工作压力增加。火工品装备利润低下，长此以往，火工品行业成了赔本买卖，驱动力、竞争力大幅度降低，不利于行业发展。

图6 差距过大的RCS

2.7 使用参数与合同参数一致

GJB 1909A-2009对使用要求与合同要求的转换提出了明确规定。其中一种转换类型即为“使用指标等于合同指标，即转换系数等于1”，并在“弹药可靠性维修性和保障性示例”中提出“发射可靠度、飞行可靠度和终点作用可靠度本身既是使用参数，也是合同参数。使用参数瞎火率、可靠贮存寿命、仓库维护间隔期、使用前准备时间本身也是合同参数，无需转换。”同理，火工品作用可靠度等可靠性参数也可以参考，将使用参数与合同参数设置一致，如图7所示。这样的情况对于开展可靠性工作并无更多的影响，只是简化了可靠性指标论证工作量，增加了可操作性。实际上，在火工品行业，这样的情况比较普遍。

图7 使用参数与合同参数一致的RCS

2.8 仅提出一项可靠性要求

仅提出一项可靠性要求的情况在早期定型的火工品指标中比较常见，即并未区分门限值与目标值，自然没有最低可接受值与规定值的区别，如图8所示。一方面说明总体分配的可靠性水平并未对火工品提出更多的增长需求，另一方面，火工品自身采取的技术和工艺手段比较成熟，并无更多可靠性增长的空间。这样的设置本身并无可厚非，但造成了企业提升可靠性水平动力缺失，提高产品工艺性和质量一致性动力缺失，对火工品行业发展未起到积极的推动作用；同时，由于可靠性水平的稳定一致，对于作战系统的可靠性增长贡献也相对较低。

图8 仅提出一项可靠性要求的RCS

3 某火工品可靠性指标的设置思路

GJB 451A 和GJB 1909A都给出了明确的可靠性定量要求的原则[3]，重要的两项原则有：GJB 1909A，4.2.d）指标定量要求应有明确的定义，是可度量、可追溯、可验证的，并且有明确的验证时机、内容、条件和方法；定性要求应是明确的、可评估、可检查的，应有明确的检查清单和检查方法；不得用含糊、模棱两可的语言来表述各项要求。GJB 450A，4.6.2.3，g）在确定可靠性要求时，必须同时明确故障判据和验证方法。其余要求本文不再详述。

现以一种起爆器发火可靠性指标按照相关标准进行修改完善的推导过程为例，说明科学合理的可靠性指标设置方法和思路，无关的指标不进行列举。

目前，常见的火工品可靠性指标提法为：“发火可靠性：在置信度=0.95的情况下，发火可靠度≥0.999”。完善推导过程如下：

（1）指标名称。要求：明确该指标为火工品某项性能可靠度指标。指标提法为:“发火可靠性”。

（2）输入定量化。要求：确定火工品发火的标准化激发条件。指标提法为:“最小100ms全发火电流AF=3.0A条件激发，起爆器应可靠发火”。

（3）任务可靠度()要求。要求：首先应合理区分最低可接受值和目标值；然后给出实际工作发火电流，以便设计计算过程中估计实际发火可靠性裕度。指标提法为:“在置信度=0.95的情况下，发火可靠度最低可接受值为≥0.999，目标值为≥0.999 5；推荐的工作发火电流O=4.0A”。

（4）明确定量化输出要求及故障判据。要求：明确发火输出能量定量化要求，有利于火工品及其配套武器平台的考核测试，有利于接口对接和责任划分；明确定量化输出的检测方案。指标提法为：“起爆器发火输出按照GJB 3609.16-2004 火工品试验方法第16部分：钢块凹痕试验进行起爆能力试验，凹痕深度应大于5mm”。

（5）明确验证评估方法。要求：给出研制阶段的可靠性评估方法，以及达到目标值的累计和评估方法。指标提法为：“在设计定型阶段按照GJB 376-87 火工品可靠性评估方法中计数数据估计可靠度方法进行可靠性评估，设计定型后累计试验数据直至达到可靠性目标值”。经过分析补充完善，推导出相对规范全面的该火工品发火可靠性指标提法为：发火可靠性：“最小100ms全发火电流AF=3.0A条件激发，起爆器应可靠发火。在置信度=0.95的情况下，发火可靠度最低可接受值为≥0.999，目标值为≥0.999 5；推荐的工作发火电流O=4.0A。起爆器发火输出按照GJB 3609.16-2004 火工品试验方法第16部分：钢块凹痕试验进行起爆能力试验，凹痕深度应大于5mm。在设计定型阶段按照GJB 376-87火工品可靠性评估方法中计数数据估计可靠度方法进行可靠性评估，设计定型后累计试验数据直至达到可靠性目标值。”

4 几点思考

通过对大量火工品指标的研究梳理发现，现役、在产以及在研的火工品均存在不同程度的指标设置不合理、考核评估不准确的问题，为了不断提高火工品可靠性工作水平，提出以下解决方案。

（1）更加重视火工品可靠性工作。火工品作为武器系统的动力源、发火源，在武器系统履行作战使命过程中发挥着极其重要的作用，然而，火工品行业的受重视程度以及投入力度与其在作战中发挥的作用不相匹配，火工品行业长期存在人才流失、可靠性工作缺少必要的产品以及试验支撑、创新动力不足等问题，火工品行业的发展已经远远落后于武器系统的发展，质量、安全、可靠性隐患正在悄然孕育，因此，火工品急需提高行业定位，急需各级加大重视和投入力度，共同把武器系统动能源头的可靠性工作做好。

（2）理想的可靠性指标设置原则为“合理可实现，具体可评测，最低可接受值与规定值差距合理并在设计中予以充分考虑和落实，最低可接受值在定型（鉴定）时完成考核，并留有增长空间和增长激励”。

（3）进一步规范火工品可靠性指标体系。全面梳理现有火工品可靠性指标，总体单位视情况对配套火工品可靠性指标分配进行细化测算，提出指标的改进建议，由行业主管部门组织指标体系调整。

（4）进一步清理火工品可靠性累积情况。许多火工品指标的设置中都明确提出了鉴定时达到的可靠性水平以及后续累积需达到的可靠性水平要求，但是，后续累积达到的可靠性水平并没有规范的管理，火工品的技术、工艺等在长时间的摸索和积累中形成的可靠性增长实际上并未得到足够重视，通过清理，可以把这部分增长找出来，对规范可靠性指标体系，提升火工品行业发展都有重大促进作用。

（5）逐步建立健全如GJB 1307A-2004 航天火工装置通用规范类的行业通用规范，对不同类别的火工品在不同行业中应用情况提出通用要求，从操作层面提高可靠性工作效率，建立更加稳固的火工品行业技术基础。

[1] GJB 450A-2004 装备可靠性工作通用要求[S]. 国防科学技术工业委员会,2004.

[2] GJB 1909-2009装备可靠性维修性保障性要求论证[S]. 国防科学技术工业委员会,2009.

[3] GJB 451A-2005 可靠性维修性保障性术语[S].国防科学技术工业委员会,2005.

Some Thoughts on Standardization of Pyrotechnics Reliability

FAN Wen-tao

(Department of Naval Equipment Military Representative Office in Xi'an, Xi’an, 710061)

This article describes the basic conception of reliability index, and summarizes 8 typical cases and impact of reliability parameters setting for initiating explosive device. The reasonable setting principles and methods are also offered by illustration. The solutions for the trouble such as insufficient comprehension or misuse of standard, unreasonable index setting, inaccurate assessment and verification etc. are also presented, which can offer reference for reliability analysis for initiating explosive device.

Initiating explosive device；Reliability；Index

1003-1480（2018）05-0056-05

TJ450

A

10.3969/j.issn.1003-1480.2018.05.015

2018-03-13

范文涛（1980-），男，工程师，从事武器系统与运用工程研究。