引信可靠性試驗(yàn)論述及分析方法

1、引信可靠性試驗(yàn)論述及分析方法敘述了引信可靠性的試驗(yàn)現(xiàn)狀及應(yīng)用。并且通過分析環(huán)境力對(duì)引信可靠性的影響，簡(jiǎn)單羅列了兩種有關(guān)可靠性分析的技術(shù)方法，即GO法、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法關(guān)鍵詞：引信；可靠性；試驗(yàn)；分析II目錄摘要II1引言1.2可靠性試驗(yàn)的現(xiàn)狀及應(yīng)用2.2.1 試驗(yàn)現(xiàn)狀2.2.2 可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)在引信中的應(yīng)用22.3 試驗(yàn)初析3.3環(huán)境力的影響分析4.3.1 安全系統(tǒng)與環(huán)境力概念43.2 環(huán)境力的作用可靠度計(jì)算4.3.3 環(huán)境力的作用時(shí)間的安全可靠度54可靠性分析方法6.4.1 GO法6.4.2 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)計(jì)法7.結(jié)束語9.參考文獻(xiàn)10iii1引言隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，引信系統(tǒng)由傳統(tǒng)的機(jī)械結(jié)

2、構(gòu)系統(tǒng)過渡到復(fù)雜的機(jī)電或電子系統(tǒng)，各類新型機(jī)電引信，無線電近炸引信，電容近炸引信，電子時(shí)間引信不斷涌現(xiàn)，各種新型電引信的研究方興未艾，引信的結(jié)構(gòu)變得越來越復(fù)雜，所采用的零部件數(shù)量也越來越多，必然會(huì)帶來總體可靠性下降的問題1。為了在未來戰(zhàn)爭(zhēng)中搶占先機(jī)，要求高性能高可靠性的引信盡快裝備部隊(duì)，如何改善和提高電引信的可靠性、縮短引信的研制周期，以及降低全壽命周期的費(fèi)用已經(jīng)成為引信研究領(lǐng)域中一個(gè)不容忽視的問題。2可靠性試驗(yàn)的現(xiàn)狀及應(yīng)用2.1 試驗(yàn)現(xiàn)狀引信作為長(zhǎng)期儲(chǔ)存、一次使用的產(chǎn)品，對(duì)引信儲(chǔ)存可靠性進(jìn)行研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。引信儲(chǔ)存可靠性是指引信在規(guī)定的儲(chǔ)存條件和規(guī)定的儲(chǔ)存時(shí)間內(nèi)保持規(guī)定功能的能力。規(guī)

3、定的儲(chǔ)存條件主要是指儲(chǔ)存狀態(tài)（密封、非密封）和儲(chǔ)存環(huán)境（溫度和濕度）；規(guī)定的儲(chǔ)存時(shí)間主要是指合格的引信從入庫到準(zhǔn)備使用的這段時(shí)間；規(guī)定的功能主要是指引信原有的戰(zhàn)技指標(biāo)20從上述定義中可以看出，本研究討論的引信儲(chǔ)存可靠性包括安全性、可靠性和功能性。為保證交付部隊(duì)的引信產(chǎn)品的儲(chǔ)存可靠性，目前，研制方通常需要進(jìn)行研制摸底試驗(yàn)、設(shè)計(jì)與生產(chǎn)定型試驗(yàn)、生產(chǎn)驗(yàn)收試驗(yàn)。上述試驗(yàn)的目的雖然不同但都包含環(huán)境模擬可靠性試驗(yàn)。如我國(guó)參照美國(guó)軍用標(biāo)準(zhǔn)MIL-STD-331B引信及引信零部件的環(huán)境與性能試驗(yàn)修訂了GJB573.1-573.32引信環(huán)境與性能試驗(yàn)方法后制定的GJB573A-98引信環(huán)境與性能試驗(yàn)方法。GJB

4、573A-98中除氣候試驗(yàn)采用加速環(huán)境試驗(yàn)外，其余的試驗(yàn)都是盡可能地模擬引信在儲(chǔ)存過程中可能會(huì)遇到的真實(shí)環(huán)境，考核引信儲(chǔ)存可靠性。傳統(tǒng)的環(huán)境模擬可靠性試驗(yàn)的特點(diǎn)是，盡可能地模擬真實(shí)環(huán)境，而且是典型的真實(shí)環(huán)境，再加上設(shè)計(jì)裕度確保引信的可靠性，因此，環(huán)境模擬的真實(shí)程度和設(shè)計(jì)裕度的大小就成為2個(gè)關(guān)鍵的因素。要提高引信儲(chǔ)存可靠性就必須對(duì)引信儲(chǔ)存環(huán)境進(jìn)行更真實(shí)的模擬，以提高設(shè)計(jì)裕度，這樣以來難度增大、周期拖長(zhǎng)、成本增加。雖然GJB573A-98中氣候試驗(yàn)采用了加速環(huán)境試驗(yàn)，但試驗(yàn)時(shí)間還是偏長(zhǎng)如溫度與濕度試驗(yàn)需要將裸露的引信在溫度和濕度變化的條件下放置28天。此外可靠性鑒定試驗(yàn)是考核引信可靠性設(shè)計(jì)指標(biāo)是否

5、達(dá)到，有“通過”與“不通過”問題，即使暴露了設(shè)計(jì)缺陷，由于鑒定試驗(yàn)是在引信設(shè)計(jì)定型時(shí)完成的，已經(jīng)沒有重大修改的時(shí)間，潛在的缺陷仍然殘存，隨時(shí)都可能在使用時(shí)暴露并引發(fā)故障。2.2 可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)在引信中的應(yīng)用可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)與傳統(tǒng)的環(huán)境模擬試驗(yàn)（SimulationTest）的思品&相反，它是一種激發(fā)試驗(yàn)，該技術(shù)的理論依據(jù)是故障物理學(xué)，它是用人為施加環(huán)境應(yīng)力、加速激發(fā)產(chǎn)品潛在缺陷的方法來清除產(chǎn)品的潛在缺陷，以達(dá)到提高可靠性的目的，試驗(yàn)時(shí)不考核是否“通過”，激發(fā)出的潛在缺陷越徹底越好，并且試驗(yàn)所能施加的應(yīng)力并不模擬真實(shí)的環(huán)境，而以提高激發(fā)效率為目標(biāo)。對(duì)新研制的產(chǎn)品來說，可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)包括HA

6、LT,HASS,HALT和HASS是一個(gè)整體。HALT采用步進(jìn)應(yīng)力的方法進(jìn)行試驗(yàn)。故HALT又稱步進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn)。HALT試驗(yàn)是以步進(jìn)方式對(duì)產(chǎn)品施加一系列單應(yīng)力（如溫度，溫度循環(huán)，多軸隨機(jī)振動(dòng)，電應(yīng)力等）和綜合應(yīng)力，并逐步增加強(qiáng)度直至產(chǎn)品失效。在HALT過程中對(duì)發(fā)生的每一個(gè)失效都進(jìn)行根本原因分析（RootCauseAnalysiS,不斷進(jìn)行試驗(yàn)、分析、驗(yàn)證和改進(jìn)。HALT是進(jìn)行HASS的前提，只有完成了適當(dāng)?shù)腍ALT,而且所發(fā)現(xiàn)的問題均已得到解決,才允許進(jìn)行HASS.G.K.Hobbs博士認(rèn)為不管采用什么篩選方法，篩選過程總要消耗產(chǎn)品一部分疲勞壽命，如果使用應(yīng)力和破壞應(yīng)力之間的余量很小，就根本不能

7、運(yùn)用任何應(yīng)力篩選方法進(jìn)行篩選。因此必須根據(jù)HALT得到的工作極限和破壞極限，摸清產(chǎn)品的設(shè)計(jì)余量，以此來制訂HASS方案，確定HASS的應(yīng)力量級(jí)，以保證篩選所消耗的疲勞壽命量是可以接受的。2.3 試驗(yàn)初析鑒于傳統(tǒng)引信可靠性試驗(yàn)難以適應(yīng)快速發(fā)展的引信技術(shù)需要，結(jié)合可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)的基本原理，對(duì)于新研制的各類結(jié)構(gòu)復(fù)雜的電引信，在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)階段可以采用加大應(yīng)力的辦法快速暴露其所有的缺陷，然后改進(jìn)設(shè)計(jì)和工藝，這就是可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)在引信產(chǎn)品中的應(yīng)用。初步分析表明，在引信產(chǎn)品的研制和生產(chǎn)中應(yīng)用可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)技術(shù)，具有如下意義：1）可以為引信的設(shè)計(jì)者和制造者減少引信設(shè)計(jì)和工藝的薄弱環(huán)節(jié)提供準(zhǔn)確的改進(jìn)信息，快速提

8、高引信儲(chǔ)存可靠性，大大縮短引信裝備部隊(duì)的周期；2）可以使引信可靠性驗(yàn)證試驗(yàn)的故障減少，甚至可以取消部分可靠性驗(yàn)證試驗(yàn)；3）可以降低引信全壽命周期的費(fèi)用。關(guān)于引信可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)，國(guó)外已經(jīng)開展了相關(guān)的研究工作，由于保密原因，這方面資料比較少。但從文獻(xiàn)3中可知，美國(guó)在響尾蛇導(dǎo)彈的美國(guó)在響尾蛇導(dǎo)彈的無線電引信研制階段應(yīng)用了可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)技術(shù)，使該引信產(chǎn)品獲得了高可靠性。3環(huán)境力的影響分析安全性與作用可靠性是引信的兩項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo)。引信的工作過程和工作環(huán)境比較特殊，不同于一般的機(jī)電產(chǎn)品。在一般機(jī)電產(chǎn)品的安全可靠性建模過程中，環(huán)境因素不被考慮，但對(duì)于引信而言，其可靠性與環(huán)境力卻有著密切關(guān)系。3.1 安全系

9、統(tǒng)與環(huán)境力概念引信安全系統(tǒng)主要由隔爆機(jī)構(gòu)及其保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)組成。建立引信安全系統(tǒng)的可靠性模型和數(shù)學(xué)模型，首先要明確系統(tǒng)功能和各部件功能之間的關(guān)系，其次要對(duì)各種零部件進(jìn)行失效模式及其影響分析，分析零部件的各種失效模式及其對(duì)安全系統(tǒng)的安全可靠性和作用可靠性的影響，從而確定部件在系統(tǒng)中的邏輯系。引信安全系統(tǒng)失效，是指隔爆系統(tǒng)不正常解除隔爆或隔爆不可靠以及保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)未能解除保險(xiǎn)，而環(huán)境力的大小和作用時(shí)間則是指決定引信保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)能否解除保險(xiǎn)的決定性因素。由此可見，環(huán)境力對(duì)于引信安全系統(tǒng)有著重大影響。當(dāng)然，環(huán)境力及其作用時(shí)間的安全可靠度和作用可靠度，也是與保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)中的保險(xiǎn)器的性能參數(shù)密切相關(guān)的4。3.2 環(huán)境力的作

10、用可靠度計(jì)算環(huán)境力的作用可靠度指作用于保險(xiǎn)零件是的環(huán)境力能夠使保險(xiǎn)零件克服保險(xiǎn)器抗力而解除保險(xiǎn)的概率。在膛內(nèi)或彈丸發(fā)射以后的其它時(shí)期，引信安全系統(tǒng)需要利用環(huán)境力來解除保險(xiǎn)使引信開始工作，這是要求作用于保險(xiǎn)零件是的環(huán)境力XL要大于保險(xiǎn)器解除保險(xiǎn)位置時(shí)的抗力Xs,但在膛內(nèi)任一時(shí)刻環(huán)境力XL和抗力Xs也都是隨機(jī)變量，服從一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律分布，因此，可以用與計(jì)算環(huán)境力的安全可靠度同樣的方法來求得環(huán)境力的作用可靠度RLZ。設(shè)環(huán)境力XL的分布密度函數(shù)為f(XL),保險(xiǎn)器抗力的分布密度函數(shù)為f(Xs),則：8%Azz=J0°dXu3.3 環(huán)境力的作用時(shí)間的安全可靠度環(huán)境力的作用時(shí)間的安全可靠度，指作

11、用于保險(xiǎn)零件上的環(huán)境力的作用時(shí)間小于保險(xiǎn)零件解除保險(xiǎn)所需時(shí)間的概率。環(huán)境力的作用時(shí)間的作用可靠度指作用于保險(xiǎn)零件上的環(huán)境力的作用時(shí)間大于保險(xiǎn)零件解除保險(xiǎn)所需時(shí)間的概率。對(duì)引信而言，其保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)解除保險(xiǎn)與否，取決于兩個(gè)因素：環(huán)境力大小和作用時(shí)間。要保證保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)的平時(shí)安全性，則環(huán)境力及其作用時(shí)間只要有一個(gè)安全就可以了，要保證膛內(nèi)保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)的只要可靠性，則需要環(huán)境力及其作用時(shí)間同時(shí)作用可靠才行。設(shè)環(huán)境力作用時(shí)間為T,保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)解除保險(xiǎn)所需時(shí)間為t,則T和t均為隨機(jī)變量，且都服從一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律分布。設(shè)作用時(shí)間T的分布密度函數(shù)為f(T),t的分布密度函數(shù)為f，由用與前述相同的方法可以得到環(huán)境力的作用時(shí)間T的安

12、全可靠度為：Rta=p（r</）=.dt作用時(shí)間t的作用可靠度為：Rtz二P（T>t-dT由以上兩式可以看出，d平時(shí)情況下，只要T<t,保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)就是安全的。由于引信工作過程的特殊性，決定了其安全的可靠性不同于一般的機(jī)電產(chǎn)品，要合理地評(píng)價(jià)引信安全系統(tǒng)的可靠性，必須建立正確的可靠性模型。沒有正確的可靠性模型，就談不上對(duì)引信進(jìn)行可靠性預(yù)計(jì)和分配。而可靠性模型的建立，決不能忽略環(huán)境力這個(gè)重要因素。研究環(huán)境力的關(guān)鍵，則是解決環(huán)境力及其作用時(shí)間的可靠度計(jì)算問題。4可靠性分析方法4.1 GO法引信系統(tǒng)具有多態(tài)、有時(shí)序和有實(shí)際物流（爆轟或爆燃產(chǎn)物流）的特點(diǎn)。針對(duì)其多態(tài)有時(shí)序的復(fù)雜性，GO法可

13、大大減少故障樹分析法的工作量。因GO法不需將引信的多態(tài)轉(zhuǎn)化成兩態(tài)，而僅采用信號(hào)流和操作符連接成GO圖來分析系統(tǒng)的可靠性，在GO圖建立完成后，根據(jù)系統(tǒng)中操作符的類型、相應(yīng)的數(shù)據(jù)和運(yùn)算規(guī)則就可對(duì)其進(jìn)行可靠性GO運(yùn)算，因此應(yīng)用GO法分析引信可靠性是非常適合和簡(jiǎn)捷的50作為一種系統(tǒng)可靠性的分析方法，GO法以決策樹原理為基礎(chǔ)，通過對(duì)系統(tǒng)分析，用圖形（GO圖）來描述系統(tǒng)，然后進(jìn)行可靠性定量運(yùn)算。應(yīng)用GO法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行可靠性分析的主要步驟是建立GO圖和進(jìn)行GO運(yùn)算。GO圖由GO操作符和信號(hào)流組成，GO操作符表示具體的零件（如擊針、彈簧等）或邏輯關(guān)系；信號(hào)流連接GO操作符，表示系統(tǒng)具體的能量流向或邏輯上的進(jìn)程。

14、建立GO模型以后，對(duì)模型進(jìn)行的定性計(jì)算和定量計(jì)算統(tǒng)稱為GO運(yùn)算。GO運(yùn)算從GO圖輸入操作符的輸出信號(hào)開始，根據(jù)下一個(gè)操作符的運(yùn)算規(guī)則進(jìn)行運(yùn)算，得到其輸出信號(hào)的狀態(tài)和概率，按信號(hào)流序列逐個(gè)操作符進(jìn)行運(yùn)算直至系統(tǒng)的一組輸出信號(hào)。GO法的計(jì)算主要有兩種方法，即狀態(tài)組合法和直接概率法。狀態(tài)組合法是按照操作符的次序依次找出引起相應(yīng)輸出狀態(tài)的所有狀態(tài)組合，從而得到各種輸出狀態(tài)的概率值以及系統(tǒng)成功的路集和系統(tǒng)故障的故障集，狀態(tài)組合法的計(jì)算比較復(fù)雜。直接概率法是根據(jù)信號(hào)流的順序,按照每個(gè)操作符的概率運(yùn)算規(guī)則，依次求得每個(gè)信號(hào)流輸出各種狀態(tài)的概率。直接概率法在一些特定的條件下，可以大大簡(jiǎn)化計(jì)算量，并且直接計(jì)算出

15、系統(tǒng)成功的概率。GO運(yùn)算一般都是由GO程序來完成的，對(duì)于較小的系統(tǒng)也可以由人工計(jì)算來完成。采用故障樹分析法可得引信正常發(fā)火的概率為0.9854,應(yīng)用GO法得出的結(jié)果與此十分接近。這表明應(yīng)用GO法對(duì)引信系統(tǒng)可靠性進(jìn)行分析是完全可行的，并且由于引信系統(tǒng)具有多態(tài)有序的特殊性，而GO法不需要分時(shí)段建立多棵故障樹，它根據(jù)信號(hào)流的順序建立的GO圖清晰明了，利用現(xiàn)有的計(jì)算程序GOAS輸入相應(yīng)數(shù)據(jù)之后，通過計(jì)算機(jī)運(yùn)算就可以得到每個(gè)信號(hào)流具有的狀態(tài)以及相應(yīng)的概率，最終得出引信系統(tǒng)工作各個(gè)狀態(tài)的概率，操作起來十分方便，相對(duì)于故障樹分析方法則可大大減少工作量。GO法具有應(yīng)用靈活的特點(diǎn)，例如對(duì)于引信防止意外解除保險(xiǎn)這

16、一過程的可靠性分析，由于GO法適用于從輸入到輸出的整個(gè)系統(tǒng)的可靠性分析。所以不能直接使用GO來進(jìn)行可靠性分析，但如果假設(shè)雷管發(fā)火概率1(將模擬雷管的操作符類型3的成功狀態(tài)設(shè)為1)就可以了。因此在GO法中可以對(duì)操作符的狀態(tài)概率作相應(yīng)的假設(shè)，從而提高GO法應(yīng)用的靈活性，使其應(yīng)用范圍更為廣泛。4.2 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)計(jì)法一個(gè)3層BP(BackPropagation腫經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，包含輸入層、輸出層和隱含層，其特點(diǎn)是：各層神經(jīng)元之間無反饋連接，各層內(nèi)神經(jīng)元之間無任何連接，僅相鄰層神經(jīng)元之間全連接。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)過程由正向傳播和反向傳播兩部分組成。在正向傳播過程中，輸入信號(hào)從輸入層經(jīng)過隱含層神經(jīng)元處理后

17、傳向輸出層，每一層神經(jīng)元的狀態(tài)只影響下一層神經(jīng)元狀態(tài)，如果輸出層得不到期望的輸出，則轉(zhuǎn)入反向傳播，此時(shí)誤差信號(hào)從輸出層向輸入層傳播，并沿途調(diào)整各層間連接權(quán)值，以使誤差不斷減少，直至達(dá)到精度要求。該算法實(shí)際上是求誤差函數(shù)的極小值，它通過多個(gè)樣本的反復(fù)訓(xùn)練，并采用最速下降法使得權(quán)值沿誤差函數(shù)負(fù)梯度方向改變，并收斂于最小點(diǎn)6。根據(jù)GJB166-86引信制造與驗(yàn)收技術(shù)條件和引信戰(zhàn)術(shù)技術(shù)要求，引信經(jīng)過驗(yàn)收后入庫長(zhǎng)期保存，對(duì)于長(zhǎng)貯的引信需要進(jìn)行定期檢查和抽樣測(cè)試，并對(duì)引信的貯存壽命和可靠性進(jìn)行評(píng)估。所謂預(yù)測(cè)，即通過一些已知數(shù)據(jù)對(duì)未來未知數(shù)據(jù)的取值進(jìn)行估計(jì)。設(shè)引信的可靠度序列為Ri,其中歷史數(shù)據(jù)為Rp+1,

18、Rp+2,，Rp+q,對(duì)于未來p+q+r時(shí)亥ij的可靠度進(jìn)行預(yù)測(cè)，即預(yù)測(cè)Rp+q+r的值，預(yù)測(cè)函數(shù)為Rp+q+r=F(Rp+1,Rp+2,，Rp+q,p+q+r)式中：p,q,r均為貯存年份點(diǎn)，且均大于0;q為已收集的引信貯存可靠性年份點(diǎn)數(shù)；p+1為已收集的引信貯存可靠性起始年份；r為將預(yù)測(cè)的年份點(diǎn)。根據(jù)工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，q取5時(shí)具有較好的預(yù)計(jì)效果；網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)取3層，即輸入層、隱含層和輸出層。根據(jù)輸入和輸出數(shù)據(jù)可知：輸入層節(jié)點(diǎn)數(shù)為6,即Rp+1,Rp+2,Rp+5和p+5+r,是輸入值；輸出層節(jié)點(diǎn)數(shù)為1,即Rp+5+r；根據(jù)隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)確定原則，含層節(jié)點(diǎn)數(shù)確定原則，隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)確定為8個(gè)，引信貯存可靠性預(yù)測(cè)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型如圖1所示圖1引信儲(chǔ)存可靠性預(yù)計(jì)模型BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于引信貯存可靠性，對(duì)于判斷庫存引信的質(zhì)量狀況，預(yù)測(cè)其可靠性變化趨勢(shì)，以及安排庫存引信的使用、貯存和進(jìn)行各種技術(shù)處理的決策具有重要意義。結(jié)束語由于引信工作過程的特殊性，決定了其安全的可靠性不同于一般的機(jī)電產(chǎn)品，要合理地評(píng)價(jià)引信安全系統(tǒng)的可靠性，必須建立正確的可靠性模型。沒有正確的可靠性模型就談不上對(duì)引信進(jìn)行可靠性預(yù)計(jì)和分配。由于GO法的分析和運(yùn)算要靠GO程序，而目前我國(guó)的GO程序?qū)σ哦赃€不夠完善，所以推廣GO法先要開發(fā)出一套完善的引信GO法可靠性分析應(yīng)用軟件。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于引信貯存可靠性，對(duì)