艦載武器系統(tǒng)可靠性模型及其探索性研究

王勤，黃力偉，蘇琦

（海軍大連艦艇學(xué)院，遼寧大連116018）

艦載武器系統(tǒng)可靠性模型及其探索性研究

王勤，黃力偉，蘇琦

（海軍大連艦艇學(xué)院，遼寧大連116018）

從系統(tǒng)可靠性、任務(wù)可靠性、通道可靠性3個(gè)方面，通過(guò)模型分析、影響分析和參數(shù)討論對(duì)武器系統(tǒng)可靠性進(jìn)行探索性研究，并給出研究結(jié)論，闡述了三者的關(guān)系和對(duì)武器系統(tǒng)效能發(fā)揮的影響，為提高武器系統(tǒng)效能決策研究提供了理論依據(jù)。

武器系統(tǒng)可靠性，串并聯(lián)系統(tǒng)，探索性研究

1　武器系統(tǒng)可靠性與探索性研究

1.1系統(tǒng)可靠性、任務(wù)可靠性和通道可靠性

以任務(wù)完好性為中心的裝備保障研究中，可靠性是一個(gè)非常重要的指標(biāo)［1］?？煽啃允侵冈a(chǎn)品、系統(tǒng)在一定時(shí)間內(nèi)、在一定條件下無(wú)故障的執(zhí)行指定功能的能力或可能性。對(duì)于武器系統(tǒng)而言，可靠性又稱(chēng)為工作可靠性，可由固有可用度和任務(wù)可靠度來(lái)表示。如果定義一個(gè)武器系統(tǒng)的可靠性為Kk，其固有可用度為A，任務(wù)可靠度為R，則有如下表達(dá)式：

根據(jù)表現(xiàn)形式不同，武器系統(tǒng)可靠性可分為系統(tǒng)可靠性、通道可靠性和任務(wù)可靠性。

系統(tǒng)可靠性［2］是指武器系統(tǒng)的基本可靠性，指系統(tǒng)本身能工作的可信賴(lài)程度，受系統(tǒng)設(shè)計(jì)和研制影響，系統(tǒng)一旦研制成功并列裝，其基本可靠性初始值就能確定。

任務(wù)可靠性是指武器系統(tǒng)按要求完成該任務(wù)的可能性，任務(wù)可靠性大小由執(zhí)行任務(wù)的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)可靠性值確定。

任務(wù)體系結(jié)構(gòu)是由完成任務(wù)的一個(gè)個(gè)武器系統(tǒng)通道組成，通道是武器系統(tǒng)發(fā)揮功能的一個(gè)串聯(lián)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，一般的武器通道由“探測(cè)系統(tǒng)-指控系統(tǒng)-武器系統(tǒng)”組成，顯然通道可靠性的大小也是由系統(tǒng)可靠性值確定。

1.2探索性研究

探索性分析是對(duì)大量不確定性因素的一個(gè)整體研究，使得決策分析更加靈活、高效，并且具有較強(qiáng)的適應(yīng)性［3］。本文借鑒這一思想，在原始數(shù)據(jù)缺乏的情況下，采用系統(tǒng)分析的思想，綜合使用“解析模型+概率模型+初始數(shù)據(jù)+參數(shù)討論”方法對(duì)武器系統(tǒng)可靠性進(jìn)行探索，目的是通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)規(guī)律，以期對(duì)艦載武器系統(tǒng)裝備保障研究提供有益的思考。

2　武器系統(tǒng)可靠性模型

2.1系統(tǒng)可靠性軌跡

根據(jù)參考文獻(xiàn)［2］，可以確定典型艦載武器系統(tǒng)的初始固有可用度和任務(wù)可靠度參考值，見(jiàn)表1。

表1　艦載系統(tǒng)固有可用度和任務(wù)可靠度初始值

隨著系統(tǒng)工作時(shí)間的增加，系統(tǒng)的固有可用度和任務(wù)可靠度都會(huì)下降，系統(tǒng)可靠性會(huì)下降，而且這種下降不是線性下降的，定義系統(tǒng)固有可用度和任務(wù)可靠度的下降強(qiáng)度為λ，根據(jù)可靠性指數(shù)分布特性的普遍性，可以認(rèn)為固有可用度和任務(wù)可靠度的下降具備指數(shù)特性，即：

由此可得到艦載典型武器系統(tǒng)的可靠性軌跡，如圖1所示。

圖1　典型武器系統(tǒng)可靠性軌跡

由圖1得出：①系統(tǒng)可靠性都是單調(diào)指標(biāo)，隨著系統(tǒng)工作時(shí)間增長(zhǎng)，呈現(xiàn)出“越來(lái)越小”的趨勢(shì)；②艦艦導(dǎo)彈可靠性高于主副炮可靠性，主炮可靠性高于副炮可靠性；③隨著系統(tǒng)工作時(shí)間增長(zhǎng)，主副炮可靠性的下降趨勢(shì)大于艦艦導(dǎo)彈。

2.2基于串并聯(lián)系統(tǒng)的武器系統(tǒng)任務(wù)可靠性模型

作戰(zhàn)任務(wù)是在一定的指令下，由艦載系統(tǒng)去完成，如果按照?qǐng)?zhí)行任務(wù)的系統(tǒng)去對(duì)任務(wù)進(jìn)行分解，一般情況下，一個(gè)作戰(zhàn)任務(wù)的完成可由如圖2所示的系統(tǒng)去完成。

圖2　任務(wù)分解的系統(tǒng)構(gòu)成圖

在圖2中，存在兩種結(jié)構(gòu)：串聯(lián)結(jié)構(gòu)和并聯(lián)結(jié)構(gòu)。假設(shè)完成任務(wù)的系統(tǒng)數(shù)量有n個(gè)，第i個(gè)系統(tǒng)的初始固有可用度和任務(wù)可靠度分別為Ai、Ri，則串聯(lián)系統(tǒng)和并聯(lián)系統(tǒng)的固有可用度計(jì)算和任務(wù)可靠度計(jì)算公式為［4］：

（1）串聯(lián)系統(tǒng)

（2）并聯(lián)系統(tǒng)

由此得到圖2所示的任務(wù)可靠性的固有可用度和任務(wù)可靠度計(jì)算公式。假設(shè)指控系統(tǒng)為系統(tǒng)8。

（1）固有可用度

（2）任務(wù)可靠度

式中，b4、b7指的是武器系統(tǒng)的任務(wù)比率，同時(shí)也表明系統(tǒng)4和系統(tǒng)7為武器系統(tǒng)。

2.3通道可靠性模型

因?yàn)槲淦飨到y(tǒng)通道一般都是串聯(lián)系統(tǒng)，因此，通道可靠性可采用串聯(lián)系統(tǒng)的固有可用度和任務(wù)可靠度式（2）和式（3）進(jìn)行計(jì)算。

2.4可靠性影響模型

影響指的是指標(biāo)使武器系統(tǒng)效能向好的方向或壞的方向變化，或者不發(fā)生改變。假設(shè)某一武器系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)效能值是Xlb，受到指標(biāo)影響后的效能為Xlg，則可以采用以下幾種方式來(lái)表示指標(biāo)對(duì)武器系統(tǒng)效能的影響。

根據(jù)不同的指標(biāo)分析需求可以分別采用（1）、（2）來(lái)進(jìn)行影響表示。如果采用影響距離來(lái)表示指標(biāo)體系中的指標(biāo)對(duì)武器系統(tǒng)的影響，n取值為2。

如表1所示，獲得了系統(tǒng)的初始固有可用度和任務(wù)可靠度數(shù)據(jù)，則可獲得某一任務(wù)可靠性的初始值（或者最大值），這個(gè)值可作為可靠性的標(biāo)準(zhǔn)值，假設(shè)為Kk。當(dāng)各系統(tǒng)執(zhí)行任務(wù)之后，其固有可用度和任務(wù)可靠度值下降，任務(wù)可靠性的值也會(huì)下降，假設(shè)為Kkx，如果用影響距離來(lái)表示可靠性影響，則可靠性對(duì)系統(tǒng)效能的影響亦即可靠性的變化為：

3　武器系統(tǒng)可靠性計(jì)算與分析

3.1任務(wù)可靠性計(jì)算

假設(shè)任務(wù)：主炮、副炮對(duì)海射擊。參數(shù)假設(shè)：主炮、副炮系統(tǒng)已經(jīng)工作過(guò)時(shí)間為3 h，相應(yīng)的其他系統(tǒng)已工作時(shí)間均為10 h（其他系統(tǒng)可靠性值查閱《某型艦可靠性分配方法》獲?。?。射擊時(shí)間主炮為30 min，副炮為3 min?？墒紫壤L制任務(wù)分解圖。

圖3　對(duì)海射擊任務(wù)分解

根據(jù)式（1）、式（6）和式（7）可以進(jìn)行主副炮對(duì)海射擊的任務(wù)可靠性計(jì)算，這里假設(shè)主副炮在對(duì)海射擊任務(wù)中任務(wù)比率均為0.5。計(jì)算中時(shí)間取值，主炮為5 min一個(gè)步長(zhǎng)，副炮為30 s一個(gè)步長(zhǎng)。計(jì)算結(jié)果如圖4所示。

3.2任務(wù)可靠性影響分析

根據(jù)式（8）分析和計(jì)算當(dāng)隨著任務(wù)時(shí)間變化，系統(tǒng)可靠性變化后對(duì)任務(wù)可靠性的影響，計(jì)算結(jié)果如圖5。

圖4　對(duì)海射擊任務(wù)可靠性

圖5　可靠性影響分析

由圖4、圖5可以得到結(jié)論：①任務(wù)可靠性是單調(diào)指標(biāo)，隨著任務(wù)時(shí)間增長(zhǎng)，呈現(xiàn)出“越來(lái)越小”的趨勢(shì)；②任務(wù)可靠性對(duì)效能的影響也具有單調(diào)性，隨著任務(wù)可靠性降低，影響越來(lái)越大，任務(wù)效能越來(lái)越低；③由于主副炮的可靠性較低，在完成對(duì)海射擊任務(wù)時(shí)，任務(wù)可靠性不高；④在一個(gè)任務(wù)周期內(nèi)，主副炮的可靠性降低，但是任務(wù)可靠性降低幅度較小。

3.3通道可靠性計(jì)算

仍然以主副炮為例進(jìn)行通道可靠性計(jì)算。根據(jù)式（1）～式（3）計(jì)算通道可靠性值如表2。

表2　武器系統(tǒng)通道可靠性計(jì)算值

由表2可得到結(jié)論：①相同武器系統(tǒng)的通道中，系統(tǒng)數(shù)少的通道可靠性較高；②相同武器系統(tǒng)的通道中，同樣數(shù)量系統(tǒng)的通道，系統(tǒng)可靠性高的通道其通道可靠性較高；③如果采用別的通道替換任務(wù)分解圖3中的主副炮通道，對(duì)海射擊任務(wù)可靠性將發(fā)生改變。

4　結(jié)束語(yǔ)

由上述計(jì)算和分析可以看出，系統(tǒng)可靠性不但決定了通道可靠性和任務(wù)可靠性的大小，通道結(jié)構(gòu)和任務(wù)結(jié)構(gòu)也是決定通道可靠性和任務(wù)可靠性的重要因素，三者相互聯(lián)系并對(duì)效能產(chǎn)生影響。因此，在以完好性為中心的裝備保障研究中，不僅要了解系統(tǒng)可靠性的概念，理解系統(tǒng)可靠性、通道可靠性和任務(wù)可靠性的關(guān)系及模型，而且還要深入分析其對(duì)效能產(chǎn)生影響的本質(zhì)，為提高武器系統(tǒng)效能決策研究提供理論依據(jù)。

［1］李院生，時(shí)和平.裝備戰(zhàn)備完好性及其影響因素分析［J］.電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗(yàn)，2007，25（1）：38-41.

［2］王春生，夏學(xué)知.艦載作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)可靠性模型分析［J］.艦船電子工程，2000（3）：40-42

［3］劉德生，郭靜.基于探索性分析方法的導(dǎo)彈對(duì)抗作戰(zhàn)效能評(píng)估［J］.微計(jì)算機(jī)信息，2010，26（9）：30-32.

［4］馮川，汪文峰，楊建軍.使用可用度分配模型研究［J］.電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗(yàn)，2009，26（6）：49-52.

Ship-board Weapon System Reliability Model and Exploratory Research

WANG Qin，HUANG Li-wei，SU Qi
（Dalian Naval Academy，Dalian 116018，China）

Based on the exploratory research method of model analysis，influence analysis and parameter discussion，This paper investigates the weapon system reliability from the three aspect of system reliability，mission reliability and chunnel reliability.And then，this paper presents the research result，which expounds the relationship of the three aspect and the influence to weapon system efficiency.All of this will offer the theory gist for the weapon system efficiency research.

weapon system reliability，series-parallel connection system，exploratory research

U462

A

1002-0640（2015）01-0067-03

2013-11-20

2014-01-09

王勤（1977-），男，湖北武穴人，碩士。研究方向：艦艇作戰(zhàn)模型等。