装备研制过程中的可靠性指标控制

9.4.1 使用参数与合同参数

装备的泛可靠性参数分为使用参数和合同参数。

使用参数是直接反映对装备的使用需求的可靠性参数，合同参数是在合同和研制任务书中表述订购方对装备可靠性要求的参数，并且是承制方在研制与生产过程中能够控制的参数。这两类参数的定义、关系和区别如表9-5所示。

表9-5 泛可靠性使用参数和合同参数

9.4.2 泛可靠性使用指标与合同指标

泛可靠性参数的量值称为泛可靠性指标，分为使用指标与合同指标。

可靠性使用指标是订购方对装备可靠性指标的期望值，通常用目标值和门限值来衡量。合同指标是合同和研制任务书中规定的装备必须达到的指标，合同指标规定的值称为规定值。

可靠性目标值，是订购方期望装备研制完成并达到成熟期后所能达到的可靠性水平。在装备的研制过程中，由于装备尚未成熟期，其目标值是不考核的，直到装备到成熟期后，才进行统计，评估装备可靠性指标是否达到目标值。

可靠性门限值，是订购方期望装备研制完成（定型）时所能达到的可靠性水平。门限值是装备满足使用需求的基本门槛。在研制过程中，门限值要转化为合同值，作为使用方验收考核的依据，所以门限值确定得合理与否，对使用方来说至关重要，它直接影响装备研制结束时的可靠性水平。

合同指标，是承制方进行可靠性设计的依据，也是进行实验室鉴定试验和现场验证的依据。

通常情况下，装备的研制都要经历论证、预先研究、演示验证、型号研究、定型生产阶段。每个阶段的使用指标和合同指标如表9-6所示。

表9-6 装备的研制阶段可靠性指标类型

注：“×”表示该指标在该研究阶段不考核；“√”表示该指标在该研究阶段考核。

在装备论证阶段，通过对新研装备进行作战使命和任务需求分析，对国内外相似现役装备的可靠性水平进行分析，论证确定装备的寿命剖面、任务剖面及初始保障方案，并明确装备定型生产并达到成熟期后期望达到的可靠性指标（即目标值）和装备研制结束时所能达到的可靠性指标（门限值）。

装备可靠性使用指标，即目标值和门限值，贯穿装备的整个研制过程，作为各研究阶段合同指标确定的依据。但是，可靠性使用指标的考核并不贯穿全过程。使用指标目标值仅在装备达到成熟期后才考核，门限值在装备定型生产阶段考核。

合同指标作为各研制阶段设计和验收的依据，因此在每个阶段（预先研究、演示验证、型号科研和定型生产阶段）都要考核。

9.4.3 可靠性目标值、门限值与合同值的确定

1）可靠性目标值的确定

装备可靠性参数目标值确定的过程，就是装备可靠性综合顶层参数指标分解的过程，即由论证人员，结合装备具体要求，将战备完好性参数/任务成功性参数指标进行分解，建立同该参数相对应的、能够反映装备可靠性、维修性、保障性参数指标要求的数学模型的过程。

（1）可靠性参数目标值确定过程中需要注意的原则。

①数学模型的建立过程，是一个反复迭代、不断深化的过程，随着对装备使用要求分析的不断深入，该数学模型也会不断地细化。

②对于作战飞机、导弹或装甲车辆等装备，可直接按照该装备的使用状况，确定其使用可用度的数学模型，并进行指标的分解。对于舰船则需要将装备的总体战备完好性参数（使用可用度Ao）指标，向下分配到各个系统，并进一步分配到各系统中的主要设备。

③对于已经获得使用可用度Ao要求的系统或设备，按照该系统或设备的使用状况，确定其使用可用度模型，进行参数的分解，不同使用方式的系统的使用可用度模型是不同的。

④建立装备任务成功性模型过程中，应当按照装备具体作战任务要求，详细描述典型任务剖面中各任务事件的次序、确定不同任务条件下的任务成功判定准则。

⑤对作战飞机等任务阶段不可维修系统，可采用任务可靠度作为系统任务成功性的参数，对装甲车辆、舰船等任务阶段可维修系统，可采用任务成功概率（含维修）作为系统任务成功性的参数。

⑥参数分解时，可以根据装备设计要求或相似系统/设备的RMS参数值，从工程合理性的角度，确定战备完好性参数/任务成功性参数模型中相关参数（如MTBF，MTTR， MLDT）的初始值。

⑦进行参数分解时，应当根据系统/设备的实际数据和设计要求，首先将易于确定的参数指标确定下来，然后再根据模型推算确定其他参数指标。如在某类舰船装备的可用度分解过程中，首先参考类似系统的维修性指标，确定系统MTTR；然后根据该舰未来维修和保障体制，确定系统的MLDT，数学模型，并根据系统拟定的备件配置方案确定其数值；最后将已经确定的MTTR和MLDT指标代入系统使用可用度模型，得到其MTBF指标。

⑧将初步确定的装备可靠性指标，作为今后进行可靠性指标权衡和验证计算的起始值。

（2）参数目标值确定方法。

在参数目标值确定过程中，可以使用经验与相似装备对比法、统计推断法和公式分解法等。下面以军用飞机使用可用度Ao的分解为例，对公式分解法进行说明。

军用飞机使用可用度Ao模型按定义变换后为

式中：TT为总使用时间（h）；TCM为修复性维修时间（h）；TPM为预防性维修时间（h）；

ALDT为管理和保障延误时间（h）。

设在统计期间的维修次数为nf，则

式中：OT为工作时间（h）；MTBM为平均维修间隔时间（h）。

另外，考虑到修复性维修可能引起延误，则使用可用度可变换为

式中：MMT为平均维修时间（h）；MLDT为平均保障延误时间（h）。

式（9-41）将影响飞机可用度的时间因素转化为常用的RMS参数，其中，MTBM属于可靠性参数，MMT属于可维修性参数，而MLDT则属于保障性参数。进一步可得到下式：

通过式（9-42）可将给定的Ao分解为MTBM和MMT的组合。

2）可靠性门限值的确定

从装备的战备完好性（如可用度）和任务成功性（如任务成功率）要求分解得到的可靠性要求是目标值。在装备不成熟期内，其目标值是不考核的，直到装备成熟期后，才进行统计，而门限值却要转化为合同值，作为使用方验收考核的依据，所以门限值确定得合理与否，对使用方来说至关重要，它直接影响装备研制结束时的可靠性水平。

从可靠性门限值到目标值，是一个可靠性增长的过程，是装备设计定型后经现场使用（含部分厂内试验），发现设计和工艺缺陷，不断改进提高可靠性的过程。可靠性指标的目标值和门限值的关系如图9-7所示。

图9-7 目标值和门限值关系

注：成熟期是指装备投入部署使用一定时间后，装置设计、工艺缺陷得以充分暴露与改进，装备质量已稳定，保障系统基本完善，装备计划的可靠性维修性水平已经达到。

由于从可靠性门限值到目标值是一个可靠性增长的过程，因此可应用杜安模型，由装备成熟期目标值来确定研制结束的门限值。基于杜安模型的可靠性门限值确定方法有以下几个步骤：

第一步：确定新研装备成熟期。

GJB1909将成熟期定义为，产品使用到其可靠性及维修性增长已基本结束且其保障资源业已齐备所经历的累积时间。装备从设计定型到成熟期有相当长的一段时间，这段时间因不同装备而长短不一。从武器装备寿命阶段来看，装备在设计定型后便开始小批量装备部队进行试用，针对部队使用的情况进行设计和工艺的改进，以提高装备的可靠性，然后就生产定型，新装备大批量的装备部队。因此装备成熟期指的是装备投入部署使用一定时间后，装备的设计、工艺缺陷得以充分暴露与改进，装备质量已经稳定，保障系统基本完善，装备计划的可靠性维修性水平已经达到。

第二步：给出影响装备可靠性增长的因素集合。

在研制结束到成熟期这段时期内影响可靠性增长的因素很多，且各类装备也不尽相同，主要有以下几点：

（1）装备的复杂程度：装备越复杂，研制结束能达到的可靠性水平就越低，可靠性增长率就越高。

（2）进度要求：研制周期越长，则研制中可靠性工作就越充分，可靠性增长率就越低。

（3）技术能力：研制水平越高，研制结束能达到的可靠性水平就越高，可靠性增长率就越低。

（4）技术成熟度：成熟度高则研制结束时所能达到的可靠性水平就越高，可靠性增长率就越低。

（5）研制经费投入：经费投入越大，研制结束能达到的可靠性水平就越高，可靠性增长率就越低。

（6）部署使用改进经费投入：经费投入越多对使用中所暴露问题越有可能改进，增长率就越高。

（7）部署期使用频度：部署期使用频度越高，装备的设计、工艺缺陷暴露得越充分，只要进行更改，则增长率就会提高，所以部署使用频度越高，可靠性增长率越高。

（8）研制阶段试验强度：试验强度越大，缺陷在设计阶段暴露得越充分，研制结束能达到的可靠性水平就越高，则研制结束后增长的潜力就越小，可靠性的增长率就越低。

（9）故障报告、分析与纠正措施系统（FRACAS）运行的有效性：运行越有效，暴露的缺陷就越能及时改进，可靠性增长率就高。

通过分析可将影响因素分为两类：一是影响装备固有可靠性增长潜力的因素，如装备的复杂程度、研制进度要求、技术能力、技术成熟度、研制经费投入；二是在具有增长潜力的前提下影响可靠性增长的保障因素，如部署使用频度、FRACAS系统运行的有效性、部署使用改进经费投入等。根据装备自身特点综合考虑选取两类相关影响因素，并对其进行相应的分析。重点考虑对固有可靠性增长潜力的影响因素。

第三步：计算各因素对于可靠性增长的权重系数。

将影响可靠性增长率的因素进行两两比较，通过专家打分，确定各影响因素的权重。分值有5级，即：5，4，3，2，1，影响越大，分值越高。形成打分矩阵：式中：i为专家，i=1，2，3，…，n；j为影响因素，j=1，2，3，…，m；kij=[1，2，3，4，5]，为分数。

计算影响因素权重为

权重集为

ω=[a1，a2，…，am]（9-45）

第四步：影响因素的综合评判和增长率计算。

（1）确定评语集。

令V=[v1，v2，…，vn]为可靠性增长率评语集，n=5，为（很高，较高，一般，较低，极低）。

因为研制结束到成熟期有相当长的一段时间，增长率不能取得太高，否则研制结束将会导致装备的可靠性很低，而无法使用。当门限值取目标值65%时，对应的现场增长率为0.0983，如果门限值再低，将是无法接受的。在预计装备投入现场后可靠性不能增长的情况下，门限值等于目标值。

评语集对应的可靠性增长率为{0.1，0.075，0.05，0.025，0}。

（2）确定评判矩阵。

评判矩阵的确定基于单因素评价，即A（ui）=[ri1，ri2，ri3，ri4，rin]。对于复杂程度，请专家评判，认为由于复杂程度导致装备研制结束到成熟期可靠性增长率会很高的占40%，较高的占25%，一般的占15%，较低的占15%，极低的占5%

复杂度评价结果为：A（u1）=[0.4，0.25，0.15，0.15，0.05]

类似地可以通过对其他因素的评价，得到其他因素的单因素评价结果，可以构成评判矩阵为

（3）模糊综合评判得到增长率。

将各因素权重向量ω与评判矩阵R、评语集V相乘，得最终评分结果，即增长率m为

m=ωRVT（9-47）

第五步：利用Duane模型式得到门限值。

式中：M（t0）为可靠性门限值；M（t）为可靠性目标值；t0为设计定型前进行的适应性试验的时间（h）；t为设计定型结束到成熟期的累计工作时间（h）；m为可靠性增长率。

3）可靠性合同指标的确定

装备在论证过程中根据使用需求确定的可靠性指标都是可靠性使用指标，为了给承制单位提供装备可靠性要求的设计目标和考核的依据，必须把这些可靠性使用指标转换为合同指标，并纳入《研制合同》中。

常用的可靠性使用指标转换为合同指标的方法有线性转换模型法和非线性转换模型法。

（1）线性转换模型。

y=a+bx式中：y为合同指标；x为使用指标；a、b为转换系数，与武器装备复杂程度，使用环境条件和维修方案等因素有关。取值通常根据相似武器装备的统计数据，用回归分析法确定。

（2）非线性转换模型。

y=kxa

式中：y为合同指标；x为使用指标；k、a为转换系数，与武器装备复杂程度，使用环境条件和维修方案等因素有关。取值通常根据相似武器装备的统计数据，用回归分析法确定。

当a=1时又称相关系数法，相关系数k主要凭经验确定，它是一个大于1的系数，通常可以取a=1.0～1.8。