鱼雷装备可靠性工作探讨

2023-11-17邓新文

电子产品可靠性与环境试验 2023年5期

邓新文

（中国人民解放军91388 部队，广东湛江 524022）

0 引言

鱼雷作为水面舰艇、潜艇和反潜直升机的主要攻击武器，因其杀伤力大、隐蔽性好等优点而备受各国海军重视。随着科学技术的发展和国防建设的需要，鱼雷装备技术要求变得更高、系统变得更加复杂、使用环境也变得更加严酷。与此同时，鱼雷装备的可靠性也面临新的需求和挑战。

传统的研制过程中往往重点考虑装备本身的功能特性，对装备的可靠性关注不够，未把可靠性工作全面落实到装备研制的全系统、全特性和全过程中，造成装备交付部队后出现可靠性低、故障多和维修保障费用高等问题。为此，急需结合鱼雷装备研制，综合权衡可靠性指标与技术性能指标，从系统工程角度进行可靠性工作规划，系统引入一系列仿真、强化和加速等先进的设计和试验技术，全面提高鱼雷装备可靠性工程实施效率，保障装备的可靠性有计划地稳步提高，最终保证交付装备的高质量和高可靠。

本文按照装备的全系统、全特性和全过程的质量管理内涵，根据鱼雷装备的使用要求、研制的不同阶段和不同层次产品的特点等研究适应于鱼雷装备的可靠性工作方案，以期指导鱼雷装备可靠性工作的具体工程实现，为后续高新鱼雷装备的可靠性工作提供技术服务和方法支撑，提升鱼雷装备可靠性能力，促使装备更快形成战斗力，充分发挥装备的效能。

1 可靠性工作总体思路

可靠性工作的目标是确保产品达到规定的可靠性要求，满足战备完好性和任务成功性要求、降低对保障资源的要求和减少寿命周期费用。

可靠性工程是贯穿鱼雷型号全寿命周期的一项工作，涉及产品寿命周期各阶段和产品各层次，必须与其研制工作紧密结合，应充分考虑研制进度，分析影响可靠性工作实现的关键因素，合理安排各项可靠性工作，确定可靠性设计分析和验证试验的工作重点，通过重点开展可靠性设计分析工作项目，提高型号总体设计质量；通过将型号的性能试验、功能试验、环境试验和专项可靠性试验等纳入到可靠性增长管理范围，利用设计—试验—分析—评估—改进的技术过程管理，实现装备可靠性持续评估（评价）和过程控制，以确保装备其能够有计划、按步骤地稳步提高，满足使用方鉴定要求。

可靠性工作的总体思路是沿着装备寿命周期“1 条主线”（论证、方案、研制、鉴定和使用等），采取定性（对工作开展情况及效果）评估和定量（对产品进行分析及试验）评价“2 种手段”，针对产品的 “3 个维度”（研制类型：沿用/新研/改进；产品层次：全雷/分系统/设备/组件；任务环境：库房/舰艇/水中等），通过管理创新和技术创新，实现持续评估（评价）和过程控制。

2 可靠性工作详细流程

根据GJB 450A 《装备可靠性工作通用要求》，结合鱼雷装备研制特点，各阶段可靠性工作流程如图1 所示，以下分阶段详细阐述各阶段可靠性工作主要内容。

图1 各阶段可靠性工作流程

2.1 论证阶段

论证阶段关于可靠性最重要的工作是确定装备的可靠性和寿命各指标和要求，将其纳入装备立项论证报告。毕竟无论是使用方还是承制方均是围绕“如何提出可靠性要求” “如何实现可靠性要求”开展工作的，所以科学且合理地确定装备的可靠性要求是开展型号可靠性工作的前提，也直接影响着装备的作战效能、使用适用性和全寿命周期费用。

论证阶段，可靠性要求论证的基本程序和应确定的内容主要包括以下几个方面。

a）明确论证依据和收集分析信息

在开展可靠性和寿命定量要求论证之前，必须获得和明确论证依据和信息，主要包括：装备的任务需求和作战使用方案、装备的寿命剖面和任务剖面、初步的总体研制方案设想和初始保障方案设想、国内外相似装备的可靠性现状等。

b）确定装备可靠性与寿命参数集和指标初步要求

结合装备任务需求、初步技术方案、使用方案和初始保障方案等，根据GJB 1909A 和通用规范，从装备可靠性基本参数中选择适用于鱼雷装备的可靠性与寿命参数，同时根据装备战备完好、任务成功准则和典型任务剖面，初步确定装备可靠性、寿命参数和相应指标要求。

c）权衡并确定可靠性与寿命指标要求

可靠性与寿命指标要求目标值初步确定后，应进行综合权衡分析，分析可靠性指标与其他战术技术指标、可用性指标、作战效能和全寿命周期费用之间的综合权衡，最终确定出装备可靠性和寿命的定性和定量指标。

d）确定拟采取的可靠性方案、工作项目和工作计划

全面规划鱼雷全寿命周期的可靠性工作，制订可靠性计划；根据合同要求制定可靠性工作计划，明确可靠性要求和可靠性工作项目的要求，以保证可靠性工作顺利进行。

2.2 方案阶段

方案阶段是整个型号研制过程的起点，制定的型号可靠性工作计划是各分系统开展可靠性工作的输入，直接影响着整个型号可靠性工程的成败，也决定着装备的可靠性指标是否能够顺利达标，故做好型号研制全过程可靠性工作顶层规划是方案阶段可靠性工作的重中之重。

方案阶段应完成的可靠性工作主要如下所述。

a）制定可靠性工作计划

可靠性工作计划是承制方执行可靠性管理的基本文件，更是各分系统开展装备可靠性工程研制的重要依据。针对具体可靠性工作项目，必要时由承制方总体编制相关工作项目的指导性文件、工作指南、模版和工程案例，包括可靠性指标分配方法与要求、可靠性预计方法与要求和可靠性设计准则等，下发给各分系统设计师，以供参考使用。

b）开展鱼雷装备环境应力实测

开展鱼雷装备环境应力实测，为确定环境技术条件、开展耐环境设计和制定陆上可靠性试验条件提供依据。

c）开展可靠性设计分析工作

开展可靠性建模、分配和预计，制定可靠性设计准则，明确各分系统可靠性与寿命定性和定量要求，作为分系统开展研制的基本输入和要求。

d）制定可靠性试验与评估总体策划

可靠性试验作为发现装备研制潜在缺陷和考核装备可靠性水平的重要手段，贯穿于装备研制全寿命周期，涉及产品研制过程中各阶段和产品各层次。因此，应在方案阶段对装备研制周期内的可靠性试验进行总体策划，明确研制全过程可靠性试验工作思路，确定全雷/分系统/设备/组件各级产品在各研制阶段应开展的可靠性试验项目、内容、方法、实施程序、完成形式和检查评价方式，对可靠性试验、评估和评价进行系统规划，以便在不同研制阶段对不同层次产品规划相应的可靠性试验内容，最终实现并科学验证产品满足使用方提出的可靠性要求。鱼雷可靠性试验工作策划如图2 所示，各阶段的可靠性试验项目和目的如表1 所示。

表1 各类试验项目对比及适用阶段

图2 鱼雷装备可靠性试验工作策划示意图

e）制定可靠性监督管理办法和可靠性评审计划

应制定可靠性监督管理办法，明确可靠性管理工作项目，监督管理内容、程序、时机和方法；同时制定转承制方和供应方监督管理办法，并在研制过程中全面实施。

应根据鱼雷研制实际和使用方要求，制定可靠性评审计划，明确各研制阶段可靠性评审节点设置、评审类型、评审内容、评审方式、评审管理、组织程序和评审要求。

f）制定元器件、零部件和原材料优选目录及选用指南

根据产品特点制定元器件、零部件和原材料的选择和使用控制要求，编制元器件、零部件和原材料优选目录及选用指南，进行配套元器件的可靠性管理，加强元器件选用控制，建立和实施超目录元器件审批制度，保证元器件质量和技术水平、可获得性和国产化要求。

2.3 研制阶段

该阶段是可靠性研制的重要阶段，绝大部分可靠性设计分析、试验验证和改进都是在该阶段完成的，必须采取有效措施，加强监督管理，使可靠性设计和分析试验工作落到实处。本阶段重点应抓好以下工作。

a）开展可靠性试验及评估技术研究

鉴于鱼雷可靠性试验技术尚无军标可依，为了适应型号可靠性验证试验的需要，需要承试方开展可靠性验证试验方法的研究工作，制定鱼雷产品可靠性实航工作可靠性、装载可靠性、贮存可靠性试验和寿命试验方法与评估方法，研究并提出适用于产品的陆上可靠性试验剖面、试验方案、判别标准和评估方法等。

b）制定贮存寿命综合评估方案和寿命试验策划

根据鱼雷组成、各组件的结构特点、失效机理和承受的环境应力等，规划各类组件的贮存寿命试验方法、实施要求和评估要求等，包括新研非金属材料的加速老化试验、元器件、零部件的检测分析、电子组件的加速寿命试验、关键部件加速退化试验和全雷的加速寿命试验等。

c）制定环境条件和可靠性试验剖面

根据方案阶段获得的环境实测数据和鱼雷任务剖面，制定环境条件和可靠性试验剖面，同时针对方案阶段测试样本量少、部分工况未测到等情况，在研制阶段进一步开展环境应力实测和实测数据分析，完善环境条件和可靠性试验剖面。

d）系统开展可靠性设计分析工作

系统开展可靠性建模、可靠性预计、故障树（FTA）、故障模式影响/危害度分析（FMECA）、可靠性设计准则和关重件确定等可靠性设计分析工作。通过有限元分析、概率设计、耐久性分析、热设计、降额设计和各种仿真设计分析方法，发现产品设计薄弱环节，及时采取纠正措施，确保在产品设计早期阶段消除故障源、提高健壮性、减少试验量和缩短研制周期。

e）关键、重要的新研电子组件可靠性仿真试验

针对关键、薄弱和大功率电子组件实施基于故障物理的可靠性仿真试验技术，分析其在热和振动环境下的环境效应，模拟其在各类失效物理模式下的可靠性水平，确保在产品设计早期阶段消除故障源、提高健壮性、减少试验量且缩短开发周期。

f）主要结构件和关键运动机构耐久性仿真试验

针对主要结构件和关键运动机构开展耐久性仿真试验，分析其在疲劳、腐蚀和磨损等环境下耐久性水平，采取必要的优化改进措施。耐久性仿真试验所发现的耐久性薄弱环节应及时分析，以指导耐久性设计改进。承制方在更改设计后应更新数字样机，并再次进行耐久性仿真试验，以此循环迭代直至达到规定的要求。

g）关键组件可靠性强化试验

针对关键、重要组件和设备实施可靠性强化试验，帮助承制方了解产品的设计水平及失效模式，快速激发产品设计及工艺缺陷，提出改进优化措施，以尽快提高产品设计健壮性，降低产品使用过程中发生故障的概率，从而加快研制进度，降低研制成本和外场试验风险，有助于承制方建立产品设计能力资料库，使其作为研发依据并缩短设计制造的进程。

h）新研和改进产品（组件、设备或分系统）可靠性摸底试验

选取复杂的、重要度较高的和无继承性的新研或改型产品进行可靠性摸底试验，一方面评估产品在模拟实际环境下的可靠性水平，另一方面是通过综合应力试验暴露产品缺陷，提高产品的固有可靠性。

i）机械产品使用寿命摸底试验

对有使用寿命要求的机械组件或设备开展使用寿命摸底试验。

j）非金属材料加速老化摸底试验及新研结构件、元器件等天然暴露试验

为评估新研非金属材料、金属材料、结构件和元器件等的贮存寿命，选取非金属材料进行加速老化摸底试验，选取典型结构件、元器件和新工艺材料在贴近装备的实际工况环境的海岛天然暴露试验场，开展自然环境下天然暴露试验。

k）元器件优选

制定材料和元器件控制要求，严格执行元器件大纲及元器件优选目录，控制元器件的选择和使用，杜绝设计源头可靠性问题。

l）可靠性信息收集

制定可靠性信息收集处理计划，根据可靠性增长管理要求，确定分系统或组件所需要的可靠性信息量，保证陆上可靠性试验数据充分且有效，并通过加强对陆上试验和湖海实航试验数据的综合分析，使各研制阶段产品的可靠性水平受控且有本质上的增长。

m）依托第三方可靠性技术支撑专家系统开展可靠性设计核查

依托技术支撑专家系统开展鱼雷装备可靠性设计指导、过程控制和节点检查，确保承制方严格按照工作要求开展可靠性工作。核查内容包括可靠性设计准则核查，可靠性预计核查，FME（C）A 核查，元器件、零部件和原材料选择与控制核查，元器件降额核查，热设计核查，振动设计核查等。

2.4 鉴定阶段

鉴定阶段主要工作是开展可靠性鉴定试验，按照规定的可靠性评估方法，对相关可靠性指标进行评估，具体包括以下几个方面的工作。

a）分系统、全雷可靠性鉴定试验

为验证分系统、全雷是否达到规定的可靠性要求，按选定的抽样方案在规定的条件下开展可靠性鉴定试验。

经过使用方同意，成功的可靠性增长试验可代替可靠性鉴定试验。

b）装载/贮存可靠度验证试验

针对装载/贮存可靠性，可采用陆上装载/贮存可靠性加速试验和实际装载/贮存试验相结合的方式进行。在不改变装备故障模式和失效机理的条件下，采用加大试验应力（如温度应力、振动应力和电应力等）方法，开展装载/贮存可靠性加速试验，利用与物理失效规律相关的统计模型对在超出正常应力水平的加速环境下获得的全雷装载/贮存可靠性信息进行转换，快速评估产品在额定应力水平下的可靠性。

c）贮存寿命试验

寿命试验的目的为：1）发现产品中可能过早发生损耗的零部件，以确定影响产品寿命的根本原因和可能采取的纠正措施；

2）验证产品在规定条件下的使用寿命、贮存寿命是否达到规定的要求。

选取全雷、分系统或组件开展加速贮存寿命试验、关键部件加速退化试验和全雷环境适应性试验验证等，对全雷寿命进行验证和评估。

d）可靠性评估

按照规定的可靠性评估方法，对相关可靠性指标进行评估，确认产品的可靠性水平是否达到规定的指标要求。