龐 多, 程文鑫, 陳 歡, 張共愿, 張?jiān)狼?/p>

魚(yú)雷可靠性信息的收集與應(yīng)用

龐 多1, 程文鑫2, 陳 歡1, 張共愿1, 張?jiān)狼?

(1. 中國(guó)船舶集團(tuán)有限公司 第705研究所, 陜西 西安, 710077; 2. 海裝裝備項(xiàng)目管理中心, 北京, 100071)

可靠性信息對(duì)于優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)、評(píng)估定量指標(biāo)具有十分重要的意義, 而魚(yú)雷可靠性信息的收集尚處于起步階段, 信息收集的方法及應(yīng)用還未進(jìn)行系統(tǒng)研究。針對(duì)此現(xiàn)狀, 文中分析了魚(yú)雷可靠性信息收集的必要性, 給出了信息收集的內(nèi)容、用途及方法, 結(jié)合信息收集的工程經(jīng)驗(yàn), 提供了部分信息收集表格以供參考, 結(jié)合計(jì)算公式給出了應(yīng)用示例, 旨在為魚(yú)雷可靠性信息收集工作提供思路。

魚(yú)雷; 可靠性信息; 信息收集

0 引言

可靠性信息是指產(chǎn)品壽命周期各階段的可靠性工作及活動(dòng)中所產(chǎn)生的描述產(chǎn)品可靠性水平及狀況的各種信息和數(shù)據(jù)等[1], 主要包括裝備論證、研制、生產(chǎn)和使用期間產(chǎn)生的可靠性相關(guān)數(shù)據(jù)、報(bào)告和文件等[2]。

目前, 航海、航天和航空領(lǐng)域均已對(duì)產(chǎn)品可靠性信息收集進(jìn)行了研究, 例如文獻(xiàn)[3]對(duì)艦船在使用階段如何開(kāi)展信息收集工作進(jìn)行了闡述; 文獻(xiàn)[4]結(jié)合航天產(chǎn)品的可靠性工作要求, 給出了可靠性信息數(shù)據(jù)庫(kù)的整體設(shè)計(jì)方案; 文獻(xiàn)[5]通過(guò)利用直-11外場(chǎng)信息, 減少了飛行試驗(yàn)時(shí)間, 加快了試驗(yàn)進(jìn)度。這些已有的研究成果雖然具有先導(dǎo)性, 但并不適用于魚(yú)雷的可靠性信息收集, 魚(yú)雷行業(yè)雖已陸續(xù)開(kāi)展相關(guān)信息收集工作, 但還未進(jìn)行系統(tǒng)的研究。

文章基于魚(yú)雷可靠性信息收集現(xiàn)狀, 就研制階段可靠性信息收集的內(nèi)容、方法和形式等進(jìn)行了總結(jié), 為魚(yú)雷可靠性信息收集工作提供參考。

1 可靠性信息收集必要性

魚(yú)雷可靠性信息收集的必要性主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)。

1) 可靠性信息是優(yōu)化魚(yú)雷設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)可靠性增長(zhǎng)的重要依據(jù), 掌握充足的可靠性信息, 能夠了解現(xiàn)有魚(yú)雷型號(hào)的可靠性水平, 并為改型及新型號(hào)魚(yú)雷裝備的方案論證、指標(biāo)制定提供參考。

2) 魚(yú)雷研制階段的可靠性評(píng)估主要依賴于可靠性信息, 但由于可靠性信息產(chǎn)生的時(shí)間和地點(diǎn)不同, 因而較為分散, 有必要將這些信息整合起來(lái), 便于查閱及使用。

3) 可靠性信息是可靠性研究的基礎(chǔ), 通過(guò)積累可靠性信息, 掌握魚(yú)雷研制的薄弱環(huán)節(jié), 降低設(shè)計(jì)成本, 縮短研制時(shí)間, 提高研制單位效益。

4) 目前, 魚(yú)雷行業(yè)對(duì)于可靠性信息還未有系統(tǒng)收集的先例, 積累的素材過(guò)少, 不利于專業(yè)及行業(yè)發(fā)展, 應(yīng)逐步形成信息收集的意識(shí)及系統(tǒng)收集信息的方法。

2 可靠性信息收集內(nèi)容及用途

結(jié)合目前魚(yú)雷可靠性信息涉及的內(nèi)容及信息收集的工程經(jīng)驗(yàn), 魚(yú)雷可靠性信息收集的內(nèi)容主要可歸納為以下幾個(gè)方面。

1) 文檔信息。主要包括魚(yú)雷可靠性要求, 可靠性工作計(jì)劃及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則, 故障模式、影響及危害性分析(failure mode effects and criticality analysis, FMECA)報(bào)告, 關(guān)重件清單以及可靠性試驗(yàn)報(bào)告和評(píng)估報(bào)告等。文檔信息的收集可為工作總結(jié)及新型號(hào)魚(yú)雷指標(biāo)論證提供充足的參考素材。

2) 試驗(yàn)信息。主要包括在實(shí)航試驗(yàn)及各類陸上試驗(yàn)等過(guò)程中產(chǎn)生的可靠性信息。實(shí)航試驗(yàn)信息指魚(yú)雷在湖、海實(shí)航試驗(yàn)中產(chǎn)生的信息, 主要包括試驗(yàn)有效條次數(shù)、成功條次數(shù)等, 用于評(píng)估魚(yú)雷實(shí)航工作可靠度水平。陸上試驗(yàn)主要關(guān)注異常問(wèn)題的解決途徑、為提升魚(yú)雷可靠性水平而采取的措施等信息, 這類試驗(yàn)信息可為提升可靠性設(shè)計(jì)水平積累經(jīng)驗(yàn)。

3) 故障信息。指魚(yú)雷在研制階段各類試驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生的故障信息, 如故障件信息、故障改進(jìn)措施等。該部分信息有助于了解魚(yú)雷薄弱環(huán)節(jié), 優(yōu)化魚(yú)雷設(shè)計(jì), 同時(shí)可為提煉設(shè)計(jì)準(zhǔn)則提供參考。

4) 維修性/保障性信息。維修性與保障性信息往往同時(shí)產(chǎn)生, 通常一起收集。主要包括魚(yú)雷在技術(shù)準(zhǔn)備過(guò)程中的安裝、分解操作信息, 該過(guò)程中的維修作業(yè)工序、所需人數(shù)和時(shí)間, 以及工具、備件、消耗品和壽命件等保障資源的使用情況等。收集維修性/保障性信息主要是為優(yōu)化維修性設(shè)計(jì)及制定綜合保障方案提供參考, 同時(shí)還可為維修性和保障性定量指標(biāo)評(píng)估提供數(shù)據(jù)支撐。

5) 測(cè)試性信息。主要包括全雷、艙段或組件對(duì)故障的檢測(cè)、定位情況, 以及魚(yú)雷或檢測(cè)設(shè)備的虛警情況等, 還需將這些自然發(fā)生的故障與FMECA報(bào)告比對(duì), 對(duì)其進(jìn)行及時(shí)補(bǔ)充完善。測(cè)試性信息的收集主要是為了完善魚(yú)雷測(cè)試性設(shè)計(jì)、提高檢測(cè)設(shè)備檢測(cè)能力及回答測(cè)試性指標(biāo)要求。

6) 保障設(shè)備信息。在收集魚(yú)雷信息的同時(shí), 為評(píng)估保障設(shè)備指標(biāo), 還要同步收集與設(shè)備有關(guān)的信息, 主要包括保障設(shè)備的任務(wù)時(shí)間、故障情況和使用情況等。與魚(yú)雷產(chǎn)品不同, 保障設(shè)備的信息常常易被忽略, 很可能導(dǎo)致定型時(shí)沒(méi)有充足的數(shù)據(jù)而無(wú)法回答指標(biāo), 因此, 保障設(shè)備的可靠性信息同等重要, 應(yīng)同步收集。

文中暫不涉及魚(yú)雷安全性及環(huán)境適應(yīng)性方面的信息。

3 收集方法

以上可靠性信息除文檔信息外, 其他幾類信息都屬于試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)信息。根據(jù)各類信息產(chǎn)生的時(shí)間和地點(diǎn)不同, 分別由不同負(fù)責(zé)人開(kāi)展收集工作, 最終匯集到可靠性負(fù)責(zé)人, 進(jìn)行統(tǒng)一整理與分析。

3.1 文檔信息收集方法

文檔類信息經(jīng)各方認(rèn)可并簽署完整后, 即可由各文件負(fù)責(zé)人提交給可靠性負(fù)責(zé)人。為了查閱方便, 一般的收集形式為電子文件。由可靠性負(fù)責(zé)人建立型號(hào)專用的信息文件夾, 分類存檔, 方便傳遞及查詢。隨著研制階段的推進(jìn), 文檔信息要隨之更新。

3.2 試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)信息收集方法

實(shí)航試驗(yàn)信息一般由魚(yú)雷總體人員記錄, 但在用于可靠性評(píng)估時(shí), 對(duì)于成功/失敗條次的判定還需根據(jù)可靠性故障判據(jù)等確定。陸上試驗(yàn)信息通常由各參試產(chǎn)品負(fù)責(zé)人收集。一般試驗(yàn)信息以研制階段為單位, 提交給可靠性負(fù)責(zé)人。

魚(yú)雷故障信息通常由質(zhì)量師系統(tǒng)負(fù)責(zé)收集, 并隨著故障的分析解決情況不斷更新, 由于這部分信息更新頻繁, 不適合收集后立刻匯總到可靠性負(fù)責(zé)人處, 需按照階段提交。

維修性/保障性信息中的操作類信息, 由各產(chǎn)品負(fù)責(zé)人隨試驗(yàn)條次收集, 按照研制階段提交給可靠性負(fù)責(zé)人, 收集的有效信息越多, 維修性指標(biāo)的評(píng)估值就越精確。工具、備件和消耗品等可一次性統(tǒng)計(jì)完畢, 由可靠性負(fù)責(zé)人或指派人員負(fù)責(zé)收集; 壽命件等使用信息, 產(chǎn)品負(fù)責(zé)人根據(jù)具體使用及更換情況, 及時(shí)收集。

測(cè)試性信息與故障信息密切相關(guān), 因此常伴隨故障信息統(tǒng)計(jì)。原則上只統(tǒng)計(jì)與測(cè)試性相關(guān)的故障, 如魚(yú)雷殼體的裂痕就不屬于測(cè)試性關(guān)注的范疇。這部分信息一般要待故障原因明確后才能判斷是否屬于測(cè)試性信息, 由各故障技術(shù)負(fù)責(zé)人整理, 按照研制階段提交至可靠性負(fù)責(zé)人。

保障設(shè)備有關(guān)信息應(yīng)在保障設(shè)備使用過(guò)程中, 由使用人或保障設(shè)備負(fù)責(zé)人進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并記錄, 按照研制階段提交。

試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)信息通常選擇在魚(yú)雷及保障設(shè)備狀態(tài)穩(wěn)定、操作人員基本熟練時(shí)開(kāi)始收集, 早期偶發(fā)故障階段及操作不夠熟練時(shí)收集的數(shù)據(jù)缺乏參考價(jià)值。提交的形式主要為經(jīng)過(guò)各方簽字確認(rèn)后的有效信息表格。

4 收集形式

除文檔信息外, 魚(yú)雷可靠性信息收集的形式主要為信息表格, 表格格式統(tǒng)一, 便于匯總。結(jié)合以往信息收集的經(jīng)驗(yàn), 文中給出部分信息收集表格以供參考(見(jiàn)表1~表6), 使用時(shí)可根據(jù)實(shí)際情況作相應(yīng)修改。

表1 故障信息統(tǒng)計(jì)表

Table 1 Statistics of failure information

為確保信息的有效性, 每一份信息需經(jīng)產(chǎn)品技術(shù)負(fù)責(zé)人及質(zhì)檢人確認(rèn)后再提交可靠性負(fù)責(zé)人, 必要時(shí)還需得到使用方的認(rèn)可。

表2 操作類信息統(tǒng)計(jì)表

Table 2 Statistics of operation information

表2中: 作業(yè)內(nèi)容是指操作的具體內(nèi)容, 如將頭段與操雷段分解、安裝電子組件等, 為了統(tǒng)計(jì)方便, 事前可根據(jù)操作檢查表將作業(yè)內(nèi)容填寫(xiě)完整; 人數(shù)通常指較為固定、熟練操作的工人數(shù)量, 時(shí)間指針對(duì)某作業(yè)內(nèi)容所用的時(shí)長(zhǎng); 備注用來(lái)注明特殊或異常情況等。

表3 備品/備件/消耗品/壽命件信息統(tǒng)計(jì)表

Table 3 Statistics of spare article/spare part/expenda- bility products/life products information

表3中: 所屬裝配是指更換備品/備件等產(chǎn)品的名稱, 如頭段在裝配過(guò)程中更換了一次件密封圈, 表3中名稱填寫(xiě)密封圈, 其所屬裝配記錄為頭段殼體; 更換時(shí)機(jī)可以為維護(hù)、維修、試驗(yàn)前裝配或試驗(yàn)后分解等; 工位是指發(fā)生更換時(shí)產(chǎn)生的物理位置, 如頭段裝配工位, 可為該維修級(jí)別保障資源的策劃提供參考。

表4 標(biāo)準(zhǔn)/專用工具統(tǒng)計(jì)表

Table 4 Statistics of criterion tool/specialism tool information

表5 測(cè)試性信息統(tǒng)計(jì)表

Table 5 Statistics of testability information

表5中: 檢測(cè)設(shè)備是指定位該故障所用的檢測(cè)設(shè)備; 檢測(cè)時(shí)間是指定位該故障所用的時(shí)間, 用于評(píng)估更換故障件時(shí)的平均修復(fù)時(shí)間; 虛警描述是指魚(yú)雷或檢測(cè)設(shè)備發(fā)生虛警的具體情況。

表6 保障設(shè)備信息統(tǒng)計(jì)表

Table 6 Statistics of guarantee equipment information

表6 中: 工作時(shí)間是指保障設(shè)備按照其任務(wù)剖面工作的時(shí)間; 虛警次數(shù)一般指電子或機(jī)電保障設(shè)備在對(duì)魚(yú)雷產(chǎn)品檢測(cè)時(shí)發(fā)生虛警的次數(shù), 機(jī)械類保障設(shè)備不必填寫(xiě)該項(xiàng)內(nèi)容; 故障修復(fù)時(shí)間是指修復(fù)該保障設(shè)備某故障單元所用的時(shí)間。

為避免理解上的分歧而導(dǎo)致的統(tǒng)計(jì)偏差, 應(yīng)提前對(duì)信息收集表格統(tǒng)計(jì)的內(nèi)容進(jìn)行規(guī)定與說(shuō)明。

5 應(yīng)用示例

以下給出部分可靠性信息在優(yōu)化魚(yú)雷設(shè)計(jì)、定量評(píng)估方面的應(yīng)用示例。

1) 實(shí)航試驗(yàn)信息應(yīng)用示例

研制階段, 共收集到某魚(yú)雷型號(hào)湖、海實(shí)航試驗(yàn)61個(gè)有效條次, 根據(jù)事先確定的故障判據(jù), 判定失敗14條次, 置信度為0.8。根據(jù)式(1)[6]計(jì)算得到該階段魚(yú)雷的實(shí)航工作可靠度單側(cè)置信下限為0.713。

此外, 通過(guò)分析失敗條次的原因, 追蹤故障分析及改進(jìn)措施落實(shí)情況, 將產(chǎn)品改進(jìn)措施落實(shí)到設(shè)計(jì)準(zhǔn)則中, 避免了同類故障再次發(fā)生。

2) 維修性/保障性信息應(yīng)用示例

按照表2的形式, 共收集到某魚(yú)雷電子艙段裝配信息表格11份, 除1份表格備注“更換艙段電纜, 重新安裝”的情況外, 其余均為有效數(shù)據(jù), 剔除重復(fù)安裝信息, 將各作業(yè)內(nèi)容所需的人數(shù)及時(shí)間求取平均值, 整理如表7。

表7 電子艙段裝配信息統(tǒng)計(jì)表

裝配電子艙段的時(shí)間可由下式計(jì)算

式中:為總操作時(shí)間;為各作業(yè)內(nèi)容時(shí)間的平均值;為作業(yè)內(nèi)容個(gè)數(shù)。

根據(jù)表7數(shù)據(jù)及式(2), 得到裝配電子艙段的時(shí)間約為33.7 min, 至多需要2個(gè)裝配工人。如果不滿足分配給電子艙段的平均修復(fù)時(shí)間(mean time to repair, MTTR)或保障資源規(guī)劃給該艙段的維修人數(shù)時(shí), 應(yīng)及時(shí)更改維修性設(shè)計(jì), 保證滿足指標(biāo)要求。

需要注意的是, 魚(yú)雷在裝配或分解的過(guò)程中存在很多工序并行開(kāi)展的情況, 這時(shí)在利用式(2)計(jì)算整體操作所需的時(shí)間時(shí), 不能同時(shí)將并行工序所用時(shí)間累積到總體時(shí)間中, 而應(yīng)選取并行工序用時(shí)較長(zhǎng)的參與計(jì)算。

3) 測(cè)試性信息應(yīng)用示例

按照表5的形式收集到某魚(yú)雷測(cè)試性信息表格, 統(tǒng)計(jì)出發(fā)生在全雷調(diào)試時(shí)的故障共25個(gè), 均被準(zhǔn)確定位到各現(xiàn)場(chǎng)可更換單元(line replaceable unit, LRU)。已知該階段發(fā)生的與測(cè)試性相關(guān)的故障總數(shù)為32, 無(wú)虛警發(fā)生。

由于該魚(yú)雷測(cè)試性要求是針對(duì)全雷狀態(tài)下提出的, 并要求能將故障隔離到各LRU。因此, 在全雷狀態(tài)下, 根據(jù)式(5)和式(6)[7]計(jì)算得到故障檢測(cè)率和故障隔離率分別為78.1%和100%。

式中:N為用規(guī)定的方法正確檢測(cè)到的故障數(shù);N為被測(cè)單元發(fā)生的故障總數(shù);N為用規(guī)定的方法正確隔離到不大于個(gè)可更換單元的故障數(shù)。

該魚(yú)雷的故障檢測(cè)率未能滿足指標(biāo)要求, 因此需改進(jìn)測(cè)試性設(shè)計(jì), 增加測(cè)試點(diǎn)或測(cè)試芯線, 并落實(shí)到設(shè)計(jì)準(zhǔn)則中。

4) 保障設(shè)備信息應(yīng)用示例

根據(jù)式(7), 評(píng)估該保障設(shè)備的平均故障間隔時(shí)間(mean time between failure, MTBF)為175.16 h。

式中,為累計(jì)虛警次數(shù)。

根據(jù)式(9)求得MTTR的點(diǎn)估計(jì)值為1.63 h。

式中:為設(shè)備總數(shù);為實(shí)際使用設(shè)備數(shù);為使用時(shí)合格設(shè)備數(shù)。

6 補(bǔ)充說(shuō)明

根據(jù)魚(yú)雷可靠性信息收集工作中積累的經(jīng)驗(yàn), 有以下幾點(diǎn)需要說(shuō)明:

1) 在分析可靠性信息時(shí), 應(yīng)注意剔除無(wú)效數(shù)據(jù), 如重復(fù)操作時(shí)間、人員操作失誤等;

2) 試驗(yàn)信息、故障信息、測(cè)試性信息和保障設(shè)備使用信息收集的越多越好, 而維修性/保障性信息不會(huì)隨著收集的多少而有較大的變化, 當(dāng)樣本量足以評(píng)估指標(biāo)時(shí), 可停止收集。

3) 評(píng)估所用數(shù)據(jù)必須是產(chǎn)品在同一技術(shù)狀態(tài)下統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù), 或經(jīng)分析后認(rèn)為狀態(tài)的微小變化不會(huì)對(duì)評(píng)估結(jié)果產(chǎn)生影響, 否則評(píng)估結(jié)果不可信。

4) 鑒于試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)信息涉及到魚(yú)雷裝備的使用, 試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)信息收集過(guò)程中給出的改進(jìn)建議應(yīng)予以充分重視。

7 結(jié)束語(yǔ)

文中結(jié)合魚(yú)雷可靠性信息收集的現(xiàn)狀, 總結(jié)了可靠性信息收集的必要性及內(nèi)容, 闡述了各類信息的用途, 給出了可供參考的信息收集方法及表格形式, 并給出了部分應(yīng)用示例, 根據(jù)信息收集的經(jīng)驗(yàn), 說(shuō)明了信息收集過(guò)程中需要注意的幾點(diǎn)事項(xiàng), 可為魚(yú)雷可靠性信息的系統(tǒng)收集提供思路。

文中內(nèi)容尚未涉及魚(yú)雷的裝載/貯存信息、安全性及環(huán)境適應(yīng)性信息, 這些信息同樣值得收集與研究, 隨著魚(yú)雷可靠性信息收集工作的不斷成熟, 應(yīng)逐步完善收集的內(nèi)容。

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8. 仲維彬, 陳歡, 梁志君. 魚(yú)雷延壽試驗(yàn)及壽命評(píng)估方法. 2017, 25(3).

9. 楊立健, 甘祖旺, 付云飛. 基于應(yīng)力-強(qiáng)度干涉理論的O形密封結(jié)構(gòu)可靠性分析. 2017, 25(3).

10. 葉浩亮, 陳濤, 陳遙沛. 一種AUV鋰-亞硫酰氯電池儲(chǔ)存可靠性試驗(yàn)評(píng)估方法. 2017, 25(2).

11. 賀成剛, 高江, 王昊. 魚(yú)雷試驗(yàn)鑒定有關(guān)問(wèn)題認(rèn)識(shí)及改進(jìn)方法. 2016, 24(5).

12. 馬浩文, 田樹(shù)東. 艦載深彈武器裝載可靠度試驗(yàn)方法. 2016, 24(4).

13. 賀成剛, 高江. 一種改進(jìn)的魚(yú)雷裝載可靠度鑒定試驗(yàn)方法. 2016, 24(2).

14. 高俊東. 一種基于費(fèi)用最優(yōu)的可靠度分配及優(yōu)化方法. 2015, 23(6).

15. 邵宗戰(zhàn), 馬浩文. 航空深彈實(shí)航工作可靠度評(píng)定方法. 2015, 23(6).

16. 周煒, 薛來(lái), 趙敏. 水下航行器釋放機(jī)構(gòu)動(dòng)作可靠性分析. 2015, 23(6).

17. 郭廣華, 胡欲立, 何發(fā)堯. 水下航行器電池組可靠性研究. 2015, 23(3).

18. 張遠(yuǎn)彪, 葉豪杰, 朱文振. 基于威布爾分布的魚(yú)雷實(shí)航工作可靠度評(píng)估方法. 2015, 23(2).

Collection and Application of Reliability Information for Torpedo

PANG Duo1, CHENG Wen-xin2, CHEN Huan1, ZHANG Gong-yuan1, ZHANG Yue-qing1

(1. The 705 Research Institute, China State Shipbuilding Corporation Limited, Xi’an 710077, China; 2. Armament Project Management Center of Naval Equipment Department, Beijing 100071, China)

Reliability information is crucial to improve product design and evaluatequantitativeindex.The collection of reliability information for torpedo is in the early phase, and the method and application of reliability information collection have not been systematically studied. Aimed at the actuality, this paper analyses the necessityof the collection of reliability information for torpedo, and gives the content, use, and method of information collection. Combined with engineering experience of information collection, the paper provides information collection forms for reference, and gives application examples combined with the calculation formula. It can supply mentality for information collection of torpedoes and accumulate reliability information of torpedo continually.

torpedo; reliability information;collection of information

TJ630; TB114.37

A

2096-3920(2021)02-0243-06

10.11993/j.issn.2096-3920.2021.02.017

龐多, 程文鑫, 陳歡, 等. 魚(yú)雷可靠性信息的收集與應(yīng)用[J]. 水下無(wú)人系統(tǒng)學(xué)報(bào), 2021, 29(2): 243-248.

2020-01-05;

2020-02-27.

龐 多(1989-), 女, 碩士, 工程師, 主要研究方向?yàn)榭煽啃韵到y(tǒng)工程.

(責(zé)任編輯: 陳 曦)