军工产品设计定型“六性”评估工作分析

余琼，任志乾，孙映竹

（湖南苏试广博检测技术有限公司，湖南 长沙 410000）

0 引言

随着科技的不断进步和部队需求的持续提高，可靠性、维修性、保障性、测试性、安全性与环境适应性（简称“六性”）近年来得到了部队的高度关注，对“六性”指标的正确评估已逐渐地成为现代军工产品设计定型的依据之一。

“六性”是装置重要的固有质量特性，直接影响装备的战备完好性、任务成功性、生存性、持续性和寿命周期费用，决定了部队的战斗力[1]。目前“六性”的研究主要围绕“六性”策划、管理、监督和审核，关于如何系统地开展军工产品设计定型“六性”评估工作，暂未发现有详细的描述。

本文就“六性”评估问题展开分析，简要地介绍“六性”的来源、相关概念、评估现状及必要性，并根据实际的工作经验与相关标准规定来分析“六性”评估工作的基本框架和定量评估计算方法，为军工产品设计定型“六性”评估提供指导。

1 “六性”的来源及相关概念

1.1 “六性”的来源

根据GJB 9001B—2009《质量管理体系要求》，“适用时，组织应建立、实施和保持产品的可靠性、维修性、保障性、测试性、安全性和环境适应性等工作过程[2]”，有“六性”一说。根据2011年颁布实施的《武器装备质量管理条例》第十一条，有“五性”一说，含可靠性、维修性、保障性、测试性和安全性，GJB/Z 170—2013《军工产品设计定型文件编制指南》对“五性”评估报告的内容与框架进行了规定。2014年颁布实施的《装备通用质量特性管理工作规定》明确地指出了“六性”的范畴，与GJB 9001B—2009是一致的。因而，这里军工产品“六性”是指可靠性、维修性、保障性、测试性、安全性和环境适应性。

1.2 相关概念

a）“六性”的定义

GJB 1405A—2006《装备质量管理术语》、GJB 2547A—2012《装备测试性工作通用要求》和GJB 4239—2001《装备环境工程通用要求》分别对“六性”进行了定义，具体的内容如表1所示。

表1 “六性”的定义

b）设计定型

设计定型是指国家军工产品定型机构按照规定的权限和程序，对完成设计的军工产品的战术技术指标和作战使用性能进行全面的考核，以确认其达到规定的标准和要求的活动[3]。

c）“六性”的要求

“六性”的要求包括定量要求和定性要求，定量要求表现为一系列量化的指标（如任务可靠度），定性要求为对产品设计、工艺等方面提出的非量化要求（如冗余设计）。“六性”的要求举例如表2所示。

表2 “六性”的要求举例

d）“六性”的评估

军工产品设计定型“六性”评估即以产品的“六性”要求为依据，针对不同的研制阶段来确定相应的评估细则，选取合适的方法对“六性”的定量要求和定性要求进行评估。

2 “六性”评估现状及必要性

2.1 “六性”评估现状

由于“六性”的概念出现得较晚，国内关于“六性”评估的研究相对较少。

从发表的数量来看，随着国家对于产品“六性”设计及评估的重视程度加深，近年间有关“六性”的文献逐年增多。从发表年份来看，受国家政策与相关法规的影响，所有的论文均发表在2010年以后，2014年《装备通用质量特性管理工作规定》颁布实施后相关研究也越来越受到关注。从发表单位来看，将近90%的论文来自军工企业，主要单位为军代所、各个相关研究所及类似于中国电子科技集团的国有企业，极少量来源于民营企业。因此目前“六性”分析的主要对象仍为军工产品[1,6-23]。

从论文主题来看，大部分论文围绕着“六性”管理、监督、审核或策划展开叙述，有少量涉及“六性”评估的内容，但缺乏详尽、系统的描述。针对于某一特定产品“六性”评估的相关研究也有一些，但军工产品通用且相对完善的“六性”评估工作分析几乎没有，本论文就此进行介绍。

2.2 “六性”评估的必要性

军工产品“六性”是保障装备战技术性能有效发挥的通用质量特性，与军工产品性能指标同等重要。开展军工产品设计定型“六性”评估工作已成为新型装备设计定型必不可少的内容之一。

多项国家标准和规定对开展军工产品设计定型“六性”评估工作提出了明确的要求。目前“六性”相关的国家标准已达50多项，刘强等[6]对部分标准进行了归纳整理，“六性”有关规定包括上述《质量管理体系要求》和《装备通用质量特性管理工作规定》等。

研制总要求、设计任务书和合同要求等对军工产品“六性”指标要求进行了明确的规定。依据实际开展的工作，目前已承担军工产品、综合平台管理系统等多种装备的“六性”评估工作，可见军工产品“六性”评估已逐渐地成为装备能否顺利验收的依据。

开展“六性”评估能够有效地评判产品的“六性”水平，定位系统设计的薄弱环节，为军工产品设计定型提供基础。通过采取措施来排除隐患，能够有效地改进系统、提高军工产品的“六性”设计水平。

总而言之，开展军工产品设计定型“六性”评估既是研制总要求和相关标准的规定，也是由于军工产品技术需求所决定的。

3 “六性”评估工作的基本框架

“六性”评估工作贯穿于军工产品设计定型的每个阶段中，与设计定型同步进行。根据实际的工作经验与相关标准规定，拟定军工产品设计定型“六性”评估工作的基本框架如图1所示。

图1 军工产品设计定型“六性”评估工作的基本框架

具体的工作内容包括以下4个方面。

3.1 确定军工产品及其组成设备的“六性”要求

军工产品“六性”要求通过对下述内容进行反复论证来确定：

1）部队的要求（研制总要求、设计任务书和合同要求）；

2）标准的要求（即各类国军标、行军标）；

3）产品用途（装备系统要求）；

4）其他法律法规要求。

各个组成设备的可靠性定量要求根据系统可靠性指标通过可靠性分配与预计得到，具体的步骤如下所 述 ：

1）开展调研，了解系统的使命任务和设备组成；

2）根据系统的使命任务，绘制系统任务剖面；

3）梳理完成相应任务所需的设备， 厘清设备之间的逻辑关系，绘制不同任务阶段的系统任务可靠性框图；

4）开展可靠性分配与预计，确定组成设备的可靠性定量要求。

可靠性分配与预计是一个动态的过程，需要通过多轮的分配与预计过程以确保所组成设备的指标分配更加合理。

各个组成设备的“六性”定性要求根据相关标准，结合设备的结构特点和功能特性来设计。

3.2 确定军工产品“六性”评估方法与数据收集细则

a）确定军工产品“六性”定量评估方法

军工产品“六性”定量评估以定量数据为依托，通过数据评估的方式进行考核。针对不同的“六性”定量指标，选取合适的方法与计算公式进行评估，如对于任务可靠性指标，可考虑选取修正极大似然法和序贯压缩综合法（CMSR）。

b）确定军工产品“六性”定性评估方法

军工产品“六性”定性评估一般采用专家评分法，通过打分评价的方式进行考核。根据“六性”定性要求，确定具体的打分条款及其权重，组建“六性”定性评估专家组进行评价，如是否开展故障模式、影响及危害性分析（FMECA）。

c）设计军工产品“六性”定量数据收集表格

军工产品“六性”定量数据收集表格的设计需综合地考虑实际情况与数据需求，必不可少的信息包括累计工作时间、故障发生时间、故障部位和维修时间等，可结合设备履历表、依据简单清晰的原则进行设计，陶冠时等[7]关于舰船“六性”数据收集方法的研究提供了一个较好的模板。

d）设计军工产品“六性”定性打分表

军工产品“六性”定性打分表的设计需考虑的关键内容包括打分条款、条款权重和结果综合量化方法等等。

必要时，针对特定的质量特性单独地出具分析报告，如针对安全性的《军工产品危害性分析报告》。

3.3 进行军工产品“六性”数据收集与确认

a）明确数据收集范围，进行数据收集

军工产品“六性”定量数据的收集范围包括产品设计定型期间的所有试验（联调、系泊和航行等）与使用数据。“六性”定性数据的收集范围包括舰员、设计人员和“六性”专家等关于条款权重和定性评价的意见。具体的数据收集应该由“六性”评估组配合研制单位进行。

b）设计试验，通过试验获取必要的信息

针对数据不充分的情况，可根据需求设计试验，如维修性试验、可靠性鉴定试验，通过试验来获取有用的信息，主要的工作包括：试验大纲与细则的确定、进行试验和试验结果评估等。

“六性”数据收集为产品“六性”评估提供有效的信息，数据的可靠与否直接决定了“六性”评估结论的准确性，评估时需反复确认以保证其真实性。

3.4 进行军工产品“六性”评估

整理、汇总所收集的数据，依据前面选取的“六性”评估方法，进行军工产品“六性”定量和定性评估，与产品及其组成设备的“六性”要求进行对比，给出评估结论，并通过评审对最终结论加以确认。

在整个军工产品设计定型“六性”评估过程中，出具的材料至少包括：

1）军工产品“六性”评估要求；

2）军工产品“六性”评估方法；

3）军工产品“六性”数据收集表格；

4）军工产品“六性”评估大纲；

5）军工产品“六性”评估报告。

必要时还应包括：《军工产品及其组成设备环境与可靠性试验方案》《军工产品危险性分析报告》等。

4 “六性”定量评估计算方法

“六性”定量指标的计算主要依据各类标准和经验模型，对常见的定量指标的计算方法进行归纳总结。

4.1 任务可靠度

统计设备的累计运行时间T及严重故障次数r（影响任务完成的故障），设备的任务可靠度Rm计算方法包括以下3种。

a）依据GJB 899A—2009中的定时截尾计算公式（置信度 1γ− ）：

b）依据指数分布模型（点估计）：

根据任务可靠度评估需求，设备累计（或等效折合累计）运行时间大于等于t，设备任务可靠度要求为 ，其中：

c）系统的任务可靠度根据建立的任务可靠性模型逐级地向上评估。在实际的分析中，对于系统存在0失效数据较多，且基于上述方法导致评估结果过于保守时，可采用CMSR方法。

4.2 MTBF

统计设备发生的所有故障次数（含严重故障和一般故障），设备 的点估计为：

对于在运行过程中未发现故障的情况，按保守处理为1个故障进行计算。

对于指数分布，系统的故障率为各个组成设备故障率之和，系统故障率的倒数即系统的 为：

式（5）中：n ——组成系统的设备个数。

4.3 MT T R

根据GJB 2072—1994，选定维修作业的样本量为m，记每次维修作业的时间为X1，X2，……。MTTR评估时，维修时间Xi为故障诊断时间和维修时间的总和。

设备的MTTRi由公式（6）计算（点估计）：

系统MTTRs采用GJB/Z 145—2006中推荐的“全概率公式”，即：

h ——纳入评估的设备数。

4.4 固有可用度

固有可用度Ai一般采用公式（8）进行计算：

固有可用度Ai置信度为κ的置信下限为[24]：

5 结束语

“六性”是装备研制生产中赋予装备的质量特性，装备“六性”指标是否满足需求是关系到装备能否形成和保持其战力的重要因素。本文介绍了“六性”的来源与相关概念，分析了“六性”评估现状与必要性，并依据实际的工作经验和相关标准的规定给出了一个军工产品设计定型“六性”评估工作基本框架，归纳总结了常见定量指标的计算方法，为恰当地开展“六性”评估工作、准确地评估军工产品“六性”水平提供了一定的指导。