生产定型可靠性鉴定试验检验下限研究
摘要： ? ? ?对应于设计定型可靠性鉴定试验中的检验下限取最低可接受值， 生产定型可靠性鉴定试验的检验下限是否取规定值。 针对这一疑问， 首先阐述了产品生产定型的时机是在设计定型试生产后批量生产前。 结合产品可靠性在寿命期内不断增长这一理论， 说明了产品可靠性在生产定型时尚达不到规定值。 对不同可靠性水平的产品通过可靠性鉴定试验的概率分析， 指出检验下限取规定值时好产品通过可靠性鉴定试验的概率很低。 分析认为， 生产定型可靠性鉴定试验的检验下限应取最低可接受值。
关键词： ? ? 生产定型; 可靠性鉴定试验; 检验下限; 目标值; 规定值; 最低可接受值
中图分类号： ? ?TJ760.6+23文献标识码： ? ?A文章编号： ? ? 1673-5048（2019）02-0081-05
0引言
GJB1362A《军工产品定型程序和要求》中明确， 生产定型是“国家军工产品定型机构对军工产品批量生产的质量稳定性和成套、 批量生产条件进行全面考核， 确认其达到批量生产要求的活动”， 与之对应， 设计定型是“国家军工产品定型机构对军工产品的战术技术指标和作战使用性能进行全面考核， 确认其达到批准的研制总要求和规定标准的活动”[1]。 由此看出， 设计定型主要是考核指标的达成情况， 而生产定型主要是检验生产条件是否满足批量生产要求。 类似描述在国务院中央军委颁发的《军工产品定型工作规定》等资料中也有体现。[2]
设计定型可靠性鉴定试验中检验下限取最低可接受值， 这在GJB899A《可靠性鉴定和验收试验》中有明确规定[3]， 且为型号广泛采用。 而业内对生产定型可靠性鉴定试验中检验下限的选取意见不一致。 本文在介绍生产定型试验、 可靠性指标阶段性的基础上， 对生产定型可靠性鉴定试验中检验下限的选取进行分析。
1生产定型试验
生产定型主要检验生产工艺是否满足稳定批量生产的要求， 通过生产定型确认已设计定型的产品是否具备批量生产条件， 产品在研制转入生产的过程中是否能够保持设计定型阶段的质量， 避免由于工艺和生产条件不完善导致批量生产产品的质量下降。
《军工产品定型工作规定》第二十八条规定， “需要进行生产定型的军工产品， 应当在小批量试生产后组织部队试用， 必要时进行生产定型试验” [2]。 GJB1362A第6.1节规定， “需要生产定型的军工产品， 在完成设计定型并经小批量试生产后、 正式批量生产前， 应进行生产定型”[1]。 因此需进行生产定型的产品应在小批试生产后、 批量生产前再进行生产定型。
不一定进行生产定型试验， 这在相关标准和专业书籍中有明确说明。 如GJB1362A第6.8节规定， “对于批量生产工艺与设计定型试验样品工艺有较大变化， 并可能影响产品主要战术技术指标的， 应进行生产定型试验; 对于产品在部队试用中暴露出影响使用的技术、 质量问题的， 经改进后应进行生产定型试验”[1]。
生产定型试验一般依据考核工艺稳定性这一目的， 从设计定型试验中剪裁掉主要受设计质量影响的试验项目。 如经分析某型空空导弹的生产定型试验包括功能试验、 性能试验、 环境试验、 可靠性试验等， 其中前三项试验可结合生产中的军检验收试验和环境例行试验进行， 而可靠性试验需单独进行。
2可靠性指标的阶段性
与射程、 制导精度等专用质量特性不同的是， 装备的可靠性在其寿命期内会不断增长。 在产品研制、 生产与使用过程中， 通过分析产品故障和问题， 采取改进措施完善设计、 工艺、 制造及使用维修， 从而使产品可靠性不断提高[4]， 因此产品可靠性在不同阶段并不一样， 图1为可靠性定量要求的阶段性[5]。 如美国空军某弹道导弹对成功率这一可靠性指标的要求是： 形成初步作战能力时的门限值为0.6， 形成初步作战能力1年后的门限值为0.75， 形成初步作战能力4年后的门限值为0.86， 目标值为0.9[6]。 以上提到的门限值、 目标值是使用可靠性指标， 与之对应合同的可靠性指标是最低可接受值、 规定值。
目标值是期望战备达到的使用指标， 其既能满足装备使用需求， 又可使装备达到最佳效费比， 是确定规定值的依据[7-8]。 目标值是期望装备在成熟期可达到的值， 而不是考核指标， 按美国对装备采购激励的经验， 装备在成熟期达到目标值/规定值时可获得奖金[9]。 装备从设计定型到成熟期需一定的时间， 这段时间因不同装备而长短不一。 如文献[10]指出， 过高的指标看来是不现实的， 从最低可接受值提高到规定值， 看来要有十年或更多的时间， 试验并积累经验予以改进才行。 从国内军队装备寿命阶段看， 装备在设计定型后开始小批量装备部队进行试用， 针对部队使用情况等进行改进， 使产品可靠性不断提高， 必要时生产定型， 之后大批量列装。 成熟期是指装备投入部署使用一定时间后， 装备设计、 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。 所以装备的目标值需到成熟期后进行统计评估， 而不是通过试验来考核。[5]
航空兵器2019年第26卷第2期李根成： 生产定型可靠性鉴定试验检验下限研究门限值是装备满足作战使用任务所必须达到的最低使用指标， 其能满足装备使用需求， 是确定最低可接受值的依据， 也是现场验证的依据。 首先该值能满足装备的作战使用; 另外， 装备若达不到这一要求， 将影响使用或很难进行技术保障。[7， 11]
规定值是合同和研制任务书中规定的期望装备达到的合同指标， 是生产方进行可靠性设计的依据。 如经常以装备可靠性预计值是否不小于规定值作为评价产品设计方案是否合理的重要依据， 可靠性预计值是根据产品组成， 用应力分析法、 相似产品法等得出的理论值， 产品固有可靠性一般會小于预计值[6]。 GJB899A第4.7节明确“在进行可靠性鉴定试验之前， 承制方应提供符合产品当前技术状态的可靠性预计报告。 通常只有在可靠性预计值不小于检验上限时， 产品才具有进行可靠性鉴定试验的条件”[3]， 之所以这样要求是因为受试产品可靠性接近检验上限时才能高概率通过试验（并不是100%）[12]， 而产品实际的可靠性一般小于可靠性预计值， 若预计值小于检验上限， 则产品实际的可靠性水平会更低， 产品通过鉴定试验的概率会很小。 这也可从标准中得到印证， GJB899A的A.3.3.4节明确“必须慎重选择鉴别比， 以防止鉴别比过大而导致检验上限过大， 使设计难以实现”[3]， 因为鉴定试验中检验上限为最低可接受值与鉴别比的积。
最低可接受值是合同和研制任务书中规定的装备必须达到的合同指标， 是进行实验室鉴定试验的依据。 GJB899A第3.3节规定， “产品的MTBF检验下限取值等于产品MTBF的最低可接受值”[3]。
3可靠性鉴定试验中的接收概率[3， 11]
可靠性鉴定试验是抽样试验， 因此会犯两类错误： （1）将合格产品误判为不合格产品而加以拒收， 致使生产方受损失， 犯这类错误的概率为生产方风险， 一般用α表示; （2）将不合格产品误判为合格产品而予以接收， 致使使用方受损失， 犯这类错误的概率为使用方风险， 一般用β表示。 产品的可靠性鉴定试验经常选用定时方案， 故本文以定时方案为例计算不同可靠性水平的产品在可靠性鉴定试验中的接收概率。
GJB899A中A.5.2节给出了MTBF真值为θ的产品在定时试验中的接收概率[3]：
P（θ）=P（k≤r|θ）=∑rk=0（T/θ）kk！e-Tθ（1）
式中： r为接收时的判决故障数; T为接收时的判决总试验时间。 抽样特性的OC曲线应满足：
P（θ0）=1-α
P（θ1）=β（2）
由图2可见， 当以最低可接受值作为检验下限θ1时， 若产品MTBF真值θ为最低可接受值， 则通过试验的概率只有20%， 按照式（1）的计算值为21.025%， 所以GJB899A的表A.6中取三位有效数字时的使用方实际风险是21.0%。 虽然产品可靠性水平达到了最低可接受值， 通过可靠性鉴定试验的概率却很低。
设计定型后试生产的产品可靠性有一定提高， 若产品MTBF真值θ=1.2θ1， 由图2知接收概率约40%， 按式（1）的计算值为36.904%。 虽然可靠性已高出最低可接受值20%， 产品通过试验的概率尚不足40%。
当产品可靠性达到检验上限θ0时， 图2中接收概率约80%， 按式（1）的计算值为80.056%。 即产品可靠性是最低可接受值的2倍时， 通过试验的概率为80.056%。
某型导弹挂飞MTBF的规定值为120 h， 最低可接受值为60 h。 设计定型时该型导弹无故障通过了GJB899A中定时方案20-2（β=20%， r=1， T=2.99θ1）的可靠性鉴定试验。 以下用式（1）分析不同可靠性水平的产品通过试验的概率。
当可靠性仅达到60 h时， 产品通过定时方案20-2可靠性鉴定试验的概率是20.065%; 当可靠性为90 h即1.5倍的最低可接受值时， 通过概率为40.781%; 当可靠性達到规定值120 h时， 应该说产品设计制造已近理想， 应高概率通过试验， 但实际上通过概率仅为55.950%。 原因在于定时方案20-2是基于满足使用方风险20%的情况下考虑试验时间尽量短而确定的， 没有考虑该方案对应的鉴别比大（GJB899A中的图A.23给出， α=20%时鉴别比为3.63）[3]， 致使检验上限高， 设计无法实现[12-13]。
该型产品零故障通过了可靠性鉴定试验， 所以其可靠性应远大于最低可接受值。 产品可靠性可用定时截尾评估公式计算：
θL ?= 2Tχ2γ （2r+2）（3）
式中： θL为置信下限; χ2γ（2r+2）为自由度为2r+2的χ2分布下侧分位数。
由式（3）可得， 置信度为70%时， 产品MTBF置信下限是198.67 h; 置信度为80%和90%时的MTBF置信下限分别为148.62 h和103.88 h。
4生产定型可靠性鉴定试验中的检验下限
生产定型是在试生产后批量生产前进行的， 此时产品可靠性会随着工艺的完善或对部队试用中暴露出问题的改进有适当提高， 但远未达到成熟期目标值或规定值的水平， 若将生产定型可靠性鉴定试验中的检验下限取为成熟期目标值或规定值， 即使是质量好的产品（可靠性水平已接近或高出成熟期目标值或规定值）， 通过鉴定试验的概率约为β， 即概率很小， 这显然与“可靠性水平达到目标值或规定值可获得奖金”背道而驰。 所以生产定型时若进行可靠性鉴定试验， 其检验下限应取最低可接受值， 而不是目标值或规定值。 这种观点在一些标准中也有相应描述， 如GJB4396《微光夜视仪定型试验规程》适用于设计定型和生产定型试验， 其“10.1.3试验方案”中规定可靠性试验“以战术技术指标规定的平均无故障工作时间的最低要求为θ1”[14]。 GJB5414《炮射导弹武器系统定型试验规程》也适用于设计定型和生产定型试验， 其“17.18.3试验方案”中也有完全相同的描述[15]。
之所以有人认为生产定型可靠性鉴定试验的检验下限应取目标值或规定值， 主要受以下错误观点的影响：
一是生产定型后产品的可靠性不再增长。 这种观点主要是基于生产定型后产品的工艺不能再改变， 产品的技术状态也已固化， 所以可靠性不再提高。 实际上产品的可靠性在其寿命期内是不断增长的， 生产定型后产品批量交付并部署使用， 随着对使用中暴露出问题的持续改进、 制造工艺的不断完善和成熟等， 产品的可靠性还会不断增长。 这在2016年中央军委新出台的装备试验鉴定工作要求中有所体现， 即通过性能试验对装备状态进行鉴定， 状态鉴定后进行小批试生产， 将试生产产品交付试用部队使用， 之后进行列装定型， 再批量生产， 进入“在役考核——改进升级”环路， 装备可靠性是在不断的使用中得到增长的。
另一个错误的观点是产品可靠性达到最低可接受值就能顺利通过可靠性鉴定试验， 这种错误是对依据最低可接受值进行设计定型实验室鉴定、 设计定型时产品可靠性应至少达到最低可接受值等正确观点的曲解。 GJB899A规定可靠性鉴定和验收试验的检验下限取最低可接受值， 但可靠性真值为检验下限时产品被接收的概率仅为β。 只有可靠性真值远高于检验下限， 在检验上限附近时产品才能顺利通过试验[12-13]。
参考文献：
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