艦船機(jī)電產(chǎn)品可靠性驗(yàn)收試驗(yàn)方法

黎 南 陳 放

1 海軍裝備部駐錦州地區(qū)軍事代表局，遼寧錦州 121000

2 海軍裝備部駐沈陽地區(qū)軍事代表局，遼寧沈陽 110031

0 引 言

隨著用戶對(duì)通用機(jī)電產(chǎn)品可靠性要求的提高，這些產(chǎn)品的可靠性試驗(yàn)驗(yàn)收必不可少。但由于可靠性試驗(yàn)費(fèi)用高、周期長(zhǎng)、試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)性不強(qiáng)，指導(dǎo)作用發(fā)揮不顯著，使得這些產(chǎn)品的可靠性驗(yàn)收工作往往難以有效開展。艦船通用機(jī)電產(chǎn)品的使用頻率很高，現(xiàn)有的產(chǎn)品由于以前多未進(jìn)行過可靠性試驗(yàn)驗(yàn)收，因此，設(shè)備廠家向用戶提出的可靠性指標(biāo)往往很不真實(shí)，使得用戶獲得的可靠性設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，給艦船維護(hù)及保養(yǎng)帶來了較大困難［1-2］。

按照 GJB899A-2009 可靠性通用大綱［3］的要求，可靠性試驗(yàn)內(nèi)容非常復(fù)雜，程序也很嚴(yán)格，但其主要用于研制項(xiàng)目［4-5］。隨著各級(jí)用戶對(duì)通用機(jī)電產(chǎn)品可靠性要求的提高，需要對(duì)各種原先未進(jìn)行過可靠性試驗(yàn)的通用機(jī)電產(chǎn)品開展可靠性試驗(yàn)驗(yàn)證，以確保能夠滿足用戶提出的產(chǎn)品可靠性指標(biāo)。在經(jīng)費(fèi)有限和供貨周期緊張的情況下，如何順利開展這項(xiàng)工作，確保產(chǎn)品能夠滿足用戶要求就成了困擾許多機(jī)電產(chǎn)品生產(chǎn)廠家和用戶的難題。

針對(duì)這一問題，本文通過對(duì)相關(guān)試驗(yàn)方法進(jìn)行研究分析，提出了周期較短、便于實(shí)施、試驗(yàn)精度可信的可靠性試驗(yàn)驗(yàn)收方法，有助于指導(dǎo)此類產(chǎn)品可靠性試驗(yàn)工作的順利開展。

1 基本方法及其存在的問題

1.1 基本方法

可靠性驗(yàn)收試驗(yàn)是在規(guī)定的條件下對(duì)提交的批生產(chǎn)產(chǎn)品進(jìn)行試驗(yàn)，以驗(yàn)證提交的產(chǎn)品經(jīng)過生產(chǎn)期間的工藝、工裝、工作流程變化后是否滿足規(guī)定的可靠性要求。其主要方法是按生產(chǎn)條件構(gòu)成產(chǎn)品檢驗(yàn)批，并從檢驗(yàn)批中隨機(jī)抽取試驗(yàn)樣品，在與可靠性鑒定試驗(yàn)相同的綜合環(huán)境試驗(yàn)條件下進(jìn)行可靠性驗(yàn)收試驗(yàn)。試驗(yàn)內(nèi)容包括試驗(yàn)要求、環(huán)境條件、子樣數(shù)、試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)方案、性能測(cè)試、過程管理、故障等級(jí)判別、數(shù)據(jù)處理、批接收與批拒收判決等。

根據(jù)國(guó)軍標(biāo)的基本要求，產(chǎn)品的可靠性驗(yàn)收試驗(yàn)包括試驗(yàn)前準(zhǔn)備、綜合環(huán)境條件檢查、驗(yàn)收方案編制、試驗(yàn)中的性能測(cè)試及維護(hù)、制定失效判據(jù)、故障的分析處理以及試驗(yàn)結(jié)論判定等內(nèi)容［6］。由于試驗(yàn)準(zhǔn)備周期長(zhǎng)、實(shí)施難度大，很多產(chǎn)品承制單位均以各種理由推脫開展此項(xiàng)試驗(yàn)，使得產(chǎn)品的故障隱患難以充分暴露，產(chǎn)品質(zhì)量也因此難以得到保證。

1.2 存在的問題

1）指標(biāo)要求存在爭(zhēng)議

艦船機(jī)電產(chǎn)品在簽訂合同時(shí)，產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格書一般都會(huì)提出一項(xiàng)可靠性指標(biāo)，該項(xiàng)指標(biāo)有的只有一個(gè)平均故障間隔時(shí)間（MTBF）的均值，有的則確定MTBF的上限值θ0和下限值θ1，有的明確了試驗(yàn)總時(shí)間，有的則允許自定試驗(yàn)時(shí)間，這使得驗(yàn)收試驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)方案很難統(tǒng)一，試驗(yàn)結(jié)論爭(zhēng)議較大，試驗(yàn)工作難以開展。

2）試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)方案難以明確

按照國(guó)軍標(biāo)的要求，可靠性驗(yàn)收試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)方案一般從標(biāo)準(zhǔn)的概率比序貫試驗(yàn)方案、定時(shí)截尾試驗(yàn)方案和全數(shù)試驗(yàn)方案中選取，也可以采用其他經(jīng)訂購方認(rèn)可的方案。其中，序貫試驗(yàn)有8種統(tǒng)計(jì)方案（方案1～8），定時(shí)截尾試驗(yàn)有12種統(tǒng)計(jì)方案（方案9～17，方案19～21），全數(shù)試驗(yàn)方案只有1種（方案18）。

按照標(biāo)準(zhǔn)，可靠性驗(yàn)收試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)方案的選取要考慮參試產(chǎn)品的成熟度及預(yù)期壽命、試驗(yàn)經(jīng)費(fèi)、產(chǎn)品可供試驗(yàn)的時(shí)間、決策風(fēng)險(xiǎn)（生產(chǎn)及使用方）以及類似產(chǎn)品的驗(yàn)證值等因素。通常情況下，若事先未規(guī)定明確的試驗(yàn)時(shí)間而希望盡快對(duì)產(chǎn)品的MTBF值作出接收或拒收判斷時(shí)，可選用序貫試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)方案；若合同或規(guī)范要求按明確的MTBF值開展可靠性驗(yàn)證試驗(yàn)，并且有固定的試驗(yàn)截止時(shí)間時(shí)，必須采用定時(shí)試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)方案；若要求在可靠性驗(yàn)收試驗(yàn)中對(duì)每臺(tái)產(chǎn)品都進(jìn)行試驗(yàn)，則應(yīng)選用全數(shù)試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)方案。

在決策風(fēng)險(xiǎn)的選擇上也存在較大困難。選擇決策風(fēng)險(xiǎn)小的統(tǒng)計(jì)方案需要較長(zhǎng)的試驗(yàn)時(shí)間和較高的運(yùn)行費(fèi)用；而選擇決策風(fēng)險(xiǎn)大的方案，生產(chǎn)方和使用方都面臨較大的風(fēng)險(xiǎn)，即生產(chǎn)方認(rèn)為產(chǎn)品合格，卻可能通不過試驗(yàn)，使用方得到的產(chǎn)品雖然通過了試驗(yàn)，卻可能是不合格產(chǎn)品。

按照標(biāo)準(zhǔn)要求，確定可靠性驗(yàn)收試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)方案的方法比較復(fù)雜，較難掌握。以序貫統(tǒng)計(jì)方案的確定方法為例，首先根據(jù)可靠性指標(biāo)規(guī)定值θ0和最低可接受值θ1得出鑒別比d=θ0θ1，然后再根據(jù)事先確定的生產(chǎn)方風(fēng)險(xiǎn)值α和使用方風(fēng)險(xiǎn)值β選取r，使得下式成立：

式中，χ2(1- α)，2r和χ2β，2r是自由度為2r 的 χ2分布的上側(cè)分位數(shù)，通過查標(biāo)準(zhǔn)中附錄表A.1的1-α和β概率可以得到這兩個(gè)值，直至這兩個(gè)值的比率不小于θ0θ1為止。當(dāng)找到這個(gè)點(diǎn)時(shí)，就可以確定自由度2r0，根據(jù)該值，便可計(jì)算出最大試驗(yàn)時(shí)間T0：

試驗(yàn)總時(shí)間T0內(nèi)的最大允許故障數(shù)即為r0。

根據(jù)上述事例可以看出，可靠性驗(yàn)收試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)方案數(shù)量多、選擇過程變量多、人為確定因素多，不同的選取條件、要求和理解都會(huì)得到不同的試驗(yàn)方案，因此，當(dāng)試驗(yàn)出現(xiàn)問題后必然會(huì)產(chǎn)生較大爭(zhēng)議，導(dǎo)致試驗(yàn)難以順利開展。

3）試驗(yàn)故障難以判定

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，可靠性試驗(yàn)中出現(xiàn)的產(chǎn)品故障分為關(guān)聯(lián)故障和非關(guān)聯(lián)故障。非關(guān)聯(lián)故障不作為受試設(shè)備合格與否的依據(jù)，而關(guān)聯(lián)故障則應(yīng)進(jìn)一步分為責(zé)任故障和非責(zé)任故障，只有責(zé)任故障才能用于可靠性驗(yàn)收試驗(yàn)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析。由于故障需要人為界定，因此在故障的確認(rèn)上也容易產(chǎn)生分歧。

4）試驗(yàn)結(jié)論難以確定

基于上述原因，在最終試驗(yàn)意見的判定上，各方意見很難統(tǒng)一，從而導(dǎo)致艦船機(jī)電產(chǎn)品可靠性驗(yàn)收工作難以順利開展。

2 提出的艦船機(jī)電產(chǎn)品的可靠性試驗(yàn)方法

為了更好地推廣艦船機(jī)電產(chǎn)品的可靠性驗(yàn)收工作，本文提出了兩種較為可行的可靠性驗(yàn)收試驗(yàn)方法。其中，簡(jiǎn)化方法算法簡(jiǎn)單，操作容易，但試驗(yàn)結(jié)果不夠準(zhǔn)確，風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較大；復(fù)雜方法比標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方案的適應(yīng)性更好，可以不受鑒別比的限制而制定出比標(biāo)準(zhǔn)更為合理的試驗(yàn)方案，但操作相對(duì)復(fù)雜。

2.1 簡(jiǎn)單方法

本方案采取定時(shí)截尾試驗(yàn)方案（可靠性指標(biāo)必須事先明確為接受值，即試驗(yàn)結(jié)果大于此值即可接收）。當(dāng)被試設(shè)備總的試驗(yàn)時(shí)間達(dá)到試驗(yàn)方案規(guī)定的時(shí)間時(shí)就停止，或者總試驗(yàn)時(shí)間雖未達(dá)到方案規(guī)定的時(shí)間，但故障數(shù)已大于或等于試驗(yàn)方案規(guī)定的拒收判決數(shù)時(shí)，也應(yīng)停止試驗(yàn)。試驗(yàn)參數(shù)制定方法如下［7-8］：

1）總試驗(yàn)時(shí)間T的計(jì)算

設(shè)備試驗(yàn)的總時(shí)間T一般以如下方式計(jì)算：將抽取的n個(gè)樣品在規(guī)定條件下進(jìn)行試驗(yàn)，至規(guī)定時(shí)間t停止，總時(shí)間應(yīng)為全部的樣品試驗(yàn)時(shí)間t的n倍。若在試驗(yàn)中有樣品發(fā)生故障，需立即修復(fù)后繼續(xù)試驗(yàn)，則總試驗(yàn)時(shí)間仍按式（3）計(jì)算；若不修復(fù)而直接取出r個(gè)故障樣品，其他樣品繼續(xù)試驗(yàn)，至規(guī)定的時(shí)間t停止，則總時(shí)間按式（4）計(jì)算。

式中，n為試驗(yàn)的樣品總數(shù)；t為試驗(yàn)截尾時(shí)間；r為發(fā)生故障的樣品數(shù)。

2）加權(quán)故障數(shù)計(jì)算

根據(jù)責(zé)任故障的嚴(yán)重性將故障類別分級(jí)，并確定故障加權(quán)數(shù)。如在理論上可以推算出加權(quán)值，則按理論值加權(quán)，在無其他根據(jù)時(shí)，推薦以下經(jīng)驗(yàn)加權(quán)值：

一級(jí)故障w1：r1=1；

二級(jí)故障w2：r2=0.4～0.9；

磚子覺得趙仙童不是小酒拿的，就是發(fā)神經(jīng)。于是問，為期多長(zhǎng)？趙仙童說，我想多長(zhǎng)就多長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)不下去了，就宣告結(jié)束。

三級(jí)故障w3：r3=0.01～0.3

加權(quán)故障數(shù)按下式計(jì)算：

式中，rw為加權(quán)故障數(shù)；ri為不同級(jí)別的加權(quán)系數(shù)（i=1，2，3）；wi為不同級(jí)別的故障數(shù)量（i=1，2，3）。

3）平均故障間隔時(shí)間（MTBF）的估計(jì)

如果有故障發(fā)生，用最后的試驗(yàn)總時(shí)間除以加權(quán)故障數(shù)便可求出MTBF的觀測(cè)值θ，按下式計(jì)算：

式中，T為試驗(yàn)總時(shí)間。

2.2 復(fù)雜方法

根據(jù)國(guó)軍標(biāo)的要求，在設(shè)計(jì)可靠性驗(yàn)收試驗(yàn)方案時(shí)，應(yīng)首先根據(jù)產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格書提出的可靠性指標(biāo)規(guī)定值θ0和最低可接受值θ1得出鑒別比d=θ0/θ1，然后再根據(jù)事先確定的生產(chǎn)方風(fēng)險(xiǎn)值α和使用方風(fēng)險(xiǎn)值 β，利用查表的方法得出試驗(yàn)總時(shí)間T和最大允許故障數(shù)r。但在鑒別比不是1.5，2，3等數(shù)目時(shí)，查表計(jì)算就很困難。在這種情況下，可以通過以下算法得到總的試驗(yàn)時(shí)間T及最大允許故障數(shù)r。

式中，f(x，2c+2)是自由度為2c+2的 x2分布密度函數(shù)。對(duì)于給定的生產(chǎn)方風(fēng)險(xiǎn)值α和使用方風(fēng)險(xiǎn)值 β，以及規(guī)定可接收的MTBF值θ0和最低可接受的MTBF值 θ1，可建立如下方程組［9］：

進(jìn)而可推出如下公式：

確定試驗(yàn)方案后，若在有效試驗(yàn)時(shí)間T內(nèi)產(chǎn)品出現(xiàn)的責(zé)任故障次數(shù)不大于c次，則認(rèn)為產(chǎn)品達(dá)到了可靠性指標(biāo)要求，可以通過可靠性驗(yàn)收。

3 結(jié) 語

根據(jù)國(guó)軍標(biāo)可靠性驗(yàn)收試驗(yàn)的有關(guān)要求，結(jié)合工作實(shí)際，提出的艦船機(jī)電產(chǎn)品的可靠性驗(yàn)收試驗(yàn)方法已在近期的可靠性驗(yàn)收試驗(yàn)中進(jìn)行試用。試驗(yàn)結(jié)果表明，通過這兩種可靠性驗(yàn)收試驗(yàn)方法所確定的試驗(yàn)方案均能達(dá)到預(yù)定的試驗(yàn)?zāi)康?，可以初步認(rèn)為這兩種驗(yàn)收試驗(yàn)方法有望為類似產(chǎn)品的可靠性驗(yàn)收工作提供一定的指導(dǎo)。

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