專利名稱：艦船可靠性定量要求論證方法
技術領域：
本發明提供一種艦船可靠性定量要求論證方法，屬于可靠性工程技術領域。
背景技術：
艦船論證是以科學技術和經濟發展水平為依據，以現有艦船的質量、規模為背景，以科學的理論及方法為手段進行的系統分析和設計過程。艦船論證是艦船發展過程中的首 要環節，是艦船發展工作的基礎。實踐證明，凡論證充分的，項目確定比較客觀，目標明確， 所提要求和指標比較合理，研制出的艦船成功率高、周期短；反之，論證不充分的項目，或者 艦船遲遲研制不出來，或者研制出來后不能有效使用，造成人力財力的極大浪費。因此，艦 船論證在艦船發展中處于十分重要的地位。其中，艦船可靠性要求論證是艦船論證的重要 組成部分，而艦船可靠性定量要求論證又是艦船可靠性要求論證中最重要的組成部分。艦船可靠性要求論證，包括定量要求論證、定性要求論證、工作項目論證，定量要 求論證包括可靠性參數的選擇和定量指標的確定。艦船的研制在一定程度上開展了可靠性 工作，論證中根據自己的需要和特點選用了可靠性參數，提出了各參數的指標值。但是從總 體來說還存在一定的缺陷，如參數不完整、所提參數的概念不明確、參數的可行性不足等， 另外論證技術、手段的缺乏也大大制約了可靠性工程在艦船研制中的開展。由于可靠性工 程技術相對武器傳統工程技術發展較晚，再加上傳統觀念，即重視作戰性能，沒有重視可靠 性性能的存在(現在仍然不同程度的存在)，致使可靠性論證存在著不規范、不合理，論證 手段科學性差的問題。針對上述問題，本發明研究并提供了一種符合我國國情、操作性強的 艦船可靠性定量要求論證方法。
發明內容
(一)目的本發明的目的是提供一種艦船可靠性定量要求論證方法，它是針對艦船的特點和 可靠性論證的需求以及現有技術的不足，在總結經驗的基礎上，從論證的程序、參數體系的 形成、指標的確定、權衡優化等方面進行研究，提供一種符合我國國情、操作性強的艦船可 靠性定量要求論證方法，指導艦船的可靠性定量要求論證工作，進而提高艦船的可靠性水 平。( 二)技術方案本發明一種艦船可靠性定量要求論證方法，以艦船的基本信息為前提，這些基本 信息包括立項背景及任務需求、艦船基本情況、使用方案、初始保障方案和國內外相似艦船 可靠性水平信息。本發明一種艦船可靠性定量要求論證方法，其步驟如下步驟1，確定艦船可靠性頂層參數指標通過分析艦船的基本信息及影響艦船可 靠性水平的因素，將艦船使用要求轉化成艦船可靠性頂層參數的指標。該艦船可靠性頂層 參數是指艦船訂購方根據使用需求提出的影響艦船效能的可靠性參數，它包括有使用可用度、固有可用度和任務可靠度。使用可用度、固有可用度和任務可靠度的指標確定依據艦船 使用要求及艦船結構特性可采用使用統計法、作戰仿真法、可靠性系統仿真法、相似產品類 比法、相似產品類比和德爾菲法相結合的方法、分解轉換法、任務需求法中的一種或數種方 法進行確定。步驟2，對艦船可靠性頂層參數指標進行分解在艦船總體層次將總體可靠性參 數指標進行分配，一直分配到設備層次，在設備層次綜合考慮后勤保障因素，再以設計指標 進行權衡，計算出設備層次的平均故障間隔時間(MTBF)、平均修復時間(MTTR)和平均保障 延誤時間(MLDT)，最后預計并檢驗總體的任務可靠度是否滿足要求。如果不滿足，則需要重 新進行步驟2對艦船可靠性頂層參數進行分解從而反復迭代得到一個滿意的結果，即為可 靠性參數目標值。艦船總體可靠性參數指標的分解根據實際情況可采用平均分配法、復雜 度法、相似法、評分法、多因子評分系數分配法中的一種或數種方法進行分解。設備層次的 平均修復時間采用經驗類比法進行確定，設備層次的平均保障延誤時間采用工程經驗法進 行確定，設備層次的平均故障時間依據設備層次的使用可用度、平均修復時間和平均保障 延誤時間進行確定。步驟3，確定艦船可靠性參數門限值根據步驟2得到的可靠性參數目標值采用杜 安(Duane)模型確定艦船可靠性參數門限值。步驟4，對艦船可靠性 參數指標和費用進行權衡本發明采用層次分析法或方案 優序法或質量評價法對數個艦船可靠性參數指標方案進行指標和費用的權衡分析，從而確 定最優的艦船可靠性參數指標方案。步驟5，對艦船可靠性參數指標的技術經濟可行性進行分析(1)對艦船可靠性參 數指標的技術可行性分析時首先應掌握該艦船所提的可靠性參數體系及其指標值，然后采 用工程經驗或相似產品類比的方法展開分析。(2)對艦船可靠性參數指標的經濟可行性分 析時逐個分析可靠性參數指標對壽命周期費用的影響，以確定所提出的可靠性參數指標是 否在經濟上可以承受。如果經過步驟5分析后認為艦船可靠性參數指標在技術或經濟上缺 乏可行性，則需要重新進行步驟1到步驟5的操作，直到得到滿意的結果。其中，所述的“基本信息”，是指本發明所述的方法是在下列基本信息基礎上進行 的，該基本信息包括有(1)立項背景及任務需求信息是用于描述艦船的研制立項背景及任務信息；(2)艦船基本情況信息用于描述艦船的基本組成和主要功能；(3)使用方案信息是根據艦船研制的任務需求或者其假設的使用想定確定使用 方案，明確具體使用要求，并在此基礎上詳細擬定壽命剖面，并且對任務周期、環境應力和 處于各種環境中的時間給出定量數值；(4)初始保障方案是用于描述艦船基本的維修、保障方案；(5)國內外相似艦船可靠性水平信息是指開展深入的調研和分析工作，了解并 掌握國內外同類型艦船的詳細情況，經論證分析后，選擇已有的相似艦船作為參考。其中，在步驟1中所述的使用可用度、固有可用度和任務可靠度是艦船的可靠性 頂層參數。使用可用度是與能工作時間和不能工作時間有關的一種可用性參數，它的一種 度量方法為產品的能工作時間與能工作時間、不能工作時間的和之比。固有可用度是僅與 工作時間和修復性維修時間有關的一種可用性參數，它的一種度量方法為產品的平均故障間隔時間與平均故障間隔時間、平均修復時間的和之比。任務可靠度是產品在規定的任 務剖面中完成規定功能的能力的量度。
其中，在步驟1中所述的使用可用度、固有可用度和任務可靠度的指標確定方法 是指使用統計法、作戰仿真法、可靠性系統仿真法、相似產品類比法、相似產品類比和德爾 菲法相結合的方法、分解轉換法和任務需求法中的一種或數種。這些方法的具體情況如 下a)使用統計法該方法是指結合艦船的實際使用情況對各種時間因素進一步明 確，區分艦船的使用技術狀態，對各種狀態的時間進行統計以獲取可靠性參數的計算式。b)作戰仿真法該方法是指按照艦船的典型任務剖面和具體作戰使用要求，由軍 方負責該艦船總體論證的人員，從艦船系統效能或作戰效能的角度，給出能夠反映該艦船 任務需求的、同可靠性相關參數要求相關的、定量化的綜合戰技指標或相應的作戰評估模 型，根據對該艦船的實際作戰要求或其綜合戰技指標要求，通過計算和分析得到可靠性參 數要求的初始值。c)可靠性系統仿真法該方法通過可靠性系統仿真模型計算，得出艦船可靠性參 數指標。d)相似產品類比法該方法是指通過對現役艦船的信息數據統計，分析現役艦船 的相應參數達到的水平，從而確定艦船的可靠性參數指標。e)相似產品類比和德爾菲法相結合的方法該方法是指選用相似艦船作為相似 產品，采用相似產品類比法和德爾菲法相結合的方法論證。德爾菲法對于解決那些不能通 過解析法進行量化的問題十分有效。由于德爾菲法是建立在專家們的主觀判斷基礎上，強 調了專家主觀判斷的客觀性，因而它特別適用于缺少確切數據的評估問題。是將所要評估 的問題和必要的背景材料用通信的形式向專家們提出，得到答復后，把各種意見經過綜合、 歸納和整理在反饋給專家，進一步征詢意見，在進行綜合、整理和反饋，如此反復多次，直到 評估的問題得到了較為滿意的結果。f)分解轉換法該方法是指通過分解轉換模型，進行參數指標轉換，建立與某些 容易獲得的艦船特性參數的關系，從而確定可靠性參數指標。g)任務需求法該方法通過對艦船的使命任務要求分析，得出滿足使命任務要求 的可靠性參數指標。使用可用度、固有可用度和任務可靠度指標的確定采用的方法具體如下(1)艦船總體的使用可用度可采用相似產品類比和德爾菲法相結合的方法或使用 統計法或分解轉換法或作戰仿真法或相似產品類比法進行確定，各方法的具體實施情況如 下a)采用相似產品類比和德爾菲法相結合的方法該相似產品類比和德爾菲法相 結合的方法是選用相似艦船作為相似裝備，采用相似產品類比和德爾菲法相結合的方法論 證，其結果如下
Σ50·^A0=I-(I-A0v) k H n~
Σ(^Σα,)
M η tt J
其中，Ao為艦船使用可用度；Aov為相似艦船使用可用度；a」為第j個因素的權 重，Qij為第i個專家給第j個影響因素打的分數；k為影響艦船使用可用度因素的個數；η 為打分專家的位數；i為第i個打分專家；j為第j個影響因素。b)采用使用統計法該使用統計法結合艦船的實際使用情況對各種時間因素進 一步明確，區分艦船的使用技術狀態，對各種狀態的時間進行統計以獲取使用可用度的計 算式，計算式如下
權利要求
1.一種艦船可靠性定量要求論證方法，該方法是以艦船的基本信息為前提，這些基本 信息包括立項背景及任務需求、艦船基本情況、使用方案、初始保障方案和國內外相似艦船 可靠性水平信息；其特征在于該方法的具體步驟如下步驟1，確定艦船可靠性頂層參數指標通過分析艦船的基本信息及影響艦船可靠性 水平的因素，將艦船使用要求轉化成艦船可靠性頂層參數的指標；該艦船可靠性頂層參數 是指艦船訂購方根據使用需求提出的影響艦船效能的可靠性參數，它包括有使用可用度、 固有可用度和任務可靠度；使用可用度、固有可用度和任務可靠度的指標確定依據艦船使 用要求及艦船結構特性采用使用統計法、作戰仿真法、可靠性系統仿真法、相似產品類比 法、相似產品類比和德爾菲法相結合的方法、分解轉換法、任務需求法中的一種或復數種方 法進行確定；步驟2，對艦船可靠性頂層參數指標進行分解在艦船總體層次將總體可靠性參數指 標進行分配，一直分配到設備層次，在設備層次綜合考慮后勤保障因素，再以設計指標進行 權衡，計算出設備層次的平均故障間隔時間即MTBF、平均修復時間即MTTR和平均保障延誤 時間即MLDT，最后預計并檢驗總體的任務可靠度是否滿足要求；如果不滿足，則需要重新 進行步驟2對艦船可靠性頂層參數進行分解從而反復迭代得到一個滿意的結果，即為可靠 性參數目標值；艦船總體可靠性參數指標的分解根據實際情況采用平均分配法或復雜度法 或相似法或評分法或多因子評分系數分配法進行分解；設備層次的平均修復時間采用經驗 類比法進行確定，設備層次的平均保障延誤時間采用工程經驗法進行確定，設備層次的平 均故障時間依據設備層次的使用可用度、平均修復時間和平均保障延誤時間進行確定；步驟3，確定艦船可靠性參數門限值根據步驟2得到的可靠性參數目標值采用杜安模 型確定艦船可靠性參數門限值；步驟4，對艦船可靠性參數指標和費用進行權衡采用層次分析法或方案優序法或質 量評價法對復數個艦船可靠性參數指標方案進行指標和費用的權衡分析，從而確定最優的 艦船可靠性參數指標方案；步驟5，對艦船可靠性參數指標的技術經濟可行性進行分析(1)對艦船可靠性參數指 標的技術可行性分析時首先應掌握該艦船所提的可靠性參數體系及其指標值，然后采用工 程經驗或相似產品類比的方法展開分析；(2)對艦船可靠性參數指標的經濟可行性分析時 逐個分析可靠性參數指標對壽命周期費用的影響，以確定所提出的可靠性參數指標是否在 經濟上能夠承受；如果經過步驟5分析后認為艦船可靠性參數指標在技術或經濟上缺乏可 行性，則需要重新進行步驟1到步驟5的操作，直到得到滿意的結果。
2.根據權利要求1所述的一種艦船可靠性定量要求論證方法，其特征在于所述的“基 本信息”包括有(1)立項背景及任務需求信息是用于描述艦船的研制立項背景及使命任 務信息；(2)艦船基本情況信息用于描述艦船的基本組成和主要功能；(3)使用方案信息 是根據艦船研制的任務需求或者其假設的使用想定確定使用方案，明確具體使用要求，并 在此基礎上詳細擬定壽命剖面，并且對任務周期、環境應力和處于各種環境中的時間給出 定量數值；(4)初始保障方案是用于描述艦船的維修、保障方案；(5)國內外相似艦船可靠 性水平信息是指開展深入的調研和分析工作，了解并掌握國內外同類型艦船的詳細情況， 經論證分析后，選擇已有的相似艦船作為參考。
3.根據權利要求1所述的一種艦船可靠性定量要求論證方法，其特征在于在步驟1中所述的使用可用度、固有可用度和任務可靠度的指標確定方法是指使用統計法、作戰仿 真法、可靠性系統仿真法、相似產品類比法、相似產品類比和德爾菲法相結合的方法、分解 轉換法、任務需求法中的一種或復數種。
4.根據權利要求3所述的一種艦船可靠性定量要求論證方法，其特征在于該艦船總 體的使用可用度的確定采用的方法具體如下a)采用相似產品類比和德爾菲法相結合的方法該相似產品類比和德爾菲法相結合 的方法是選用相似艦船作為相似裝備，采用相似產品類比和德爾菲法相結合的方法論證， 其結果如下Σ50·^Ao =I-(I-Aov)-~-~-Σ(^Σα,)J=I η <=1其中，Ao為艦船使用可用度；Aov為相似艦船使用可用度；％為第j個因素的權重，Qij 為第i個專家給第j個影響因素打的分數；k為影響艦船使用可用度因素的個數；η為打分 專家的位數；i為第i個打分專家；j為第j個影響因素；b)采用使用統計法該使用統計法結合艦船的實際使用情況對各種時間因素進一步 明確，區分艦船的使用技術狀態，對各種狀態的時間進行統計以獲取使用可用度的計算式， 計算式如下Ao = Tch/ (Tch+Tth)其中，Ao為艦船使用可用度指標；Tai為可出航時間；Tth為停航時間；c)采用分解轉換法該分解轉換法是通過建立與在航率的關系，由在航率計算得出使 用可用度Ao，其結果如下Ao = kAXa = Lse/(Lse-Tjliwx) Xa其中，Ao為艦船使用可用度指標；a為在航率；轉換系數；Lse是為艦船使用壽命； Tjhwx是為艦船總的計劃維修時間；d)采用作戰仿真法該作戰仿真法是通過作戰對抗仿真，分析艦船可靠性水平對作戰 的影響，得出滿足作戰需求的使用可用度；e)采用相似產品類比法該相似產品類比法是通過對現役艦船的信息數據統計，分析 現役艦船的相應參數達到的水平，從而確定艦船的使用可用度指標。
5.根據權利要求3所述的一種艦船可靠性定量要求論證方法，其特征在于該艦船總 體的固有可用度的的確定采用的方法具體如下a)采用分解轉換法該分解轉換法是通過建立與使用可用度的關系，由使用可用度計 算得出固有可用度Ai，其結果如下A,=kxA0 = (l+)χΑο』0 +』CMT其中，Ai為艦船的固有可用度；Ao為艦船的使用可用度；k為轉換系數；Ttj為能工作時 間；Tau為管理和保障資源延誤時間；Tqit為修復性維修總時間；b)采用相似產品類比法該相似產品類比法是通過對現役艦船的信息數據統計，分析 現役艦船的相應參數達到的水平，從而確定艦船的固有可用度指標；C)采用可靠性系統仿真法該可靠性系統仿真法通過可靠性系統仿真模型計算，得出 艦船總體固有可用度指標。
6.根據權利要求3所述的一種艦船可靠性定量要求論證方法，其特征在于該艦船總 體的任務可靠度的確定采用的方法具體如下a)采用可靠性系統仿真法該可靠性系統仿真法是通過可靠性系統仿真模型計算，得 出艦船總體任務可靠度指標；b)采用相似產品類比法該相似產品類比法是通過對現役艦船的信息數據統計，分析 現役艦船的相應參數達到的水平，從而確定艦船總體任務可靠度指標；c)采用作戰仿真法該作戰仿真法是通過作戰對抗仿真，分析艦船可靠性水平對作戰 的影響，得出滿足作戰需求的艦船任務可靠度；d)采用任務需求法該任務需求法是通過對艦船的使命任務要求分析，得出滿足使命 任務要求的艦船任務可靠度。
7.根據權利要求1所述的一種艦船可靠性定量要求論證方法，其特征在于在步驟2 中所述的艦船總體可靠性參數指標的分解根據實際情況采用平均分配法或復雜度法或相 似法或評分法或多因子評分系數分配法進行分解；這五種方法的具體情況如下(1)采用平均分配法該平均分配法是對每一底層次部件分配同樣的某可靠性參數 值，當部件相似時用此方法最有效，其定義如下
8.根據權利要求1所述的一種艦船可靠性定量要求論證方法，其特征在于在步驟2 中所述的設備層次的平均保障延誤時間采用工程經驗法進行確定；參照目前我國供應體 制和維修體制，設備層次的平均保障延誤時間按照以下工程經驗模型進行確定
9.根據權利要求1所述的一種艦船可靠性定量要求論證方法，其特征在于在步在步 驟2中所述的設備層次的平均故障間隔時間依據設備層次的使用可用度、平均修復時間 和平均保障延誤時間進行確定；對于連續使用的設備，其平均故障間隔時間計算公式如下AnMTBF =-χ (MTTR +MLDT )I-Ao對于連續使用的設備，其平均故障間隔時間計算公式如下MTBF =-l--χ (MTTR + MLDT)K'X(I-Ao)其中，MTBF為設備的平均故障間隔時間；MTTR為設備的平均修復時間；MLDT為設備的 平均保障延誤時間；Ao為設備的使用可用度；K'為艦船工作時間與設備運行時間的比值。
10.根據權利要求1所述的一種艦船可靠性定量要求論證方法，其特征在于在步驟4 中所述的層次分析法、方案優序法、質量評價法，其具體情況如下(1)層次分析法該方法是一種定性評價與定量評價相結合的綜合評價方法。該方法 通過建立層次結構、建立判斷矩陣、進行綜合權衡這三步實現對方案的權衡；建立層次結構 時，根據所評價的對象，將所包含的因素分組，每一組作為一個層次；按照最高層，有關的中 間層和最低層的形式排列起來；建立的判斷矩陣是用于表示針對上一層次某元素，本層次 有關元素間相對重要性的狀況；進行綜合權衡時首先進行單層次排序即根據判斷矩陣計算 對于上一層某元素而言，本層次與之有聯系的元素重要性的權值，然后進行層次總排序即利用同一層次中所有 層次單排序的結果，計算針對上一層次而言本層次所有元素重要性的 權值；(2)方案優序法該方法是將所有方案針對每個評價指標進行一次優劣排序，再通過 對其優序數的計算，進行綜合權衡；(3)質量評價法該方法是通過分析每個方案對不同質量特性的屬性值，然后計算各 方案的相對效應值，繼而進行方案的優劣權衡。
全文摘要
一種艦船可靠性定量要求論證方法，其步驟如下1.確定艦船可靠性頂層參數指標；2.對艦船可靠性頂層參數指標進行分解；3.確定艦船可靠性參數門限值；4.對艦船可靠性參數指標和費用進行權衡；5.對艦船可靠性參數指標的技術經濟可行性進行分析。本發明為艦船可靠性參數確定提供了一種符合我國國情、操作性強的艦船可靠性定量要求論證方法，指導了艦船可靠性定量要求論證工作，提高了艦船的可靠性水平。
文檔編號G06Q10/00GK102103722SQ20111006622
公開日2011年6月22日 申請日期2011年3月18日 優先權日2011年3月18日
發明者孫宇鋒, 操軍, 曾聲奎, 林武強, 王自力 申請人:北京航空航天大學