面向并行工程的武器装备可靠性设计研究

    科学技术的发展，不仅改善了军事装备的性能，也使装备本身复杂化。一方面，装备的复杂化，对装备的使用和保障技术提出了更高的要求，对相关技术的革新更加迫切；另一方面，重性能、轻效能传统观念的影响，忽视可靠性、维修性、保障性、安全性等的设计，造成装备使用寿命短，故障严重，维修效率低，停用时间长，寿命周期费用高。实践证明：可靠性是提高装备作战能力、控制全寿命周期费用的主要因素，武器装备复杂程度和技术含量越高，对装备的可靠性要求也越来越高。随着我军武器装备新型号研制中，较多采用了新技术、新材料、新设备等，因而，必然存在着较大的技术风险。加之在研制进度、研制技术保障条件和研制经费等各方面因素的制约，也会给武器系统的研制带来一定影响。因此，深入开展我军武器装备系统的可靠性分析与研究，既是预防和解决型号研制中技术风险的基本技术手段，又是降低装备全寿命周期费用，提高装备整体效能的关键，同时也是实施综合保障工程、开发配套保障资源、确保装备在部署后尽快形成战斗力的前提条件，因此，开展武器装备可靠性设计研究是一项十分必要又迫在眉睫的研究课题。

1 我军武器装备可靠性研究现状及问题

    我军武器装备的可靠性工作，由于多种因素的影响和制约，相对来说起步较晚，发展也比较迟缓，七十年代以前基本上是空白。进入80年代以后，武器装备的可靠性问题，作为一个具有明确内涵的新概念，才在我国逐步被认识、接受，并普及开来。特别是我国武器装备研制和使用维修实践中出现的许多重大质量问题，更进一步加深了对可靠性维修性保障性重要作用的认识，促进了可靠性维修性保障性工作的发展。陆续编译出版了一批可靠性维修性保障性文献资料，制定了一批急需的可靠性维修性保障性军用标准、手册，颁布了若干有关可靠性维修性保障性工作的指令性文件，如GJB368装备维修性通用规范》、GJB450《装备研制与生产的可靠性通用大纲》、GJB1371《装备保障性分析》以及国防科工委《关于加强可靠性维修性工作的若干规定》、《关于进一步加强武器装备可靠性维修性工作的通知》等。在型号研制工作中也正在逐步贯彻落实可靠性维修性保障性要求，对可靠性、维修性、保障性方面的问题也进行了一些研究，积累了不少有益经验，但是，武器装备的可靠性工作在我国仍面临着严峻的形势，主要面临的一个明显问题是可靠性分析与设计技术或方法越来越难以适应武器系统日益复杂化、产品设计高技术化的发展现状与趋势，突出表现为：

    (1)可靠性分析、评估和试验常常要等到有了实体样机才能进行，难以跟上研制的进程，在产品研制早期，可靠性设计与分析基本上是“看不见，摸不着”，设计人员对产品的可靠性设计“心中无数”，使可靠性设计严重滞后于产品研制过程，不容易影响设计，从而使可靠性要求很难在装备上实现。

    (2)在没有实体样机的早期阶段可靠性分析、预计的准确性相当差，预计结果有时与实测值相差达一倍以上，对于某些复杂的武器系统甚至束手无策。

    (3)在国防科技部门，CAD技术越来越得到广泛的使用，许多研制单位开始实施“无纸化设计”计划，传统的可靠性分析、验证或演示技术将跟不上设计的步伐。

    可见，传统的可靠性分析、评估和试验对实体样机的依赖性相当大，究其原因，核心的问题是没有将上下游结合好，没有并行的观念。其主要原因为缺乏信息的集成与共享，在早期的设计阶段不能得到下游信息的支持，不能充分利用产品设计的信息来开展可靠性的设计与分析。因此本文提出以并行工程的理论为指导，开展面向并行工程的武器装备可靠性性设计研究。

2 面向并行工程的武器装备可靠性设计的基本理论

    2.1 并行工程内涵

    并行工程的基本思想是将产品质量需求和质量特征融入产品设计和制造过程中，在设计过程中就准确地把握市场与用户需求，全面考虑产品全生命周期各个阶段的质量需求与质量目标，通过为设计者提供实现产品的要求质量所必需的知识及各类辅助手段，把一系列质量保证工具与设计系统有机集成，确保设计和制造质量，缩短设计和制造时间，降低设计和制造成本。

    2.2 并行可靠性设计与传统可靠性设计的区别与联系

    2.2.1 并行可靠性设计与传统可靠性设计的区别

    并行可靠性设计与传统可靠性设计的根本区别就在于并行可靠性设计是建立在信息高度集成基础之上的，而传统的可靠性设计由于更多地采用手工方式进行，是一种周期较长的串行过程，没有信息的集成，因此不可能真正实现设计的并行。

    (1)并行可靠性设计是现代集成制造、并行设计的一个有机组成部分，不仅实现高度的信息集成与共享，而且强调通过组织多学科、多领域的、跨部门的设计团队共同来完成设计任务；传统的可靠性设计往往不能与其它性能设计有机地结合起来，各自单独开展，很难真正将可靠性设计到产品中，使得可靠性设计与产品设计成为互不相关的两个方面。

    (2)并行可靠性设计以现代CAD、CAX、DFX工具为基础，更加强调与其它工具的集成，不是传统可靠性设计分析方法的简单计算机化。CAX工具是实现产品的数字化描述与定义的基础，当前的CAD工具如Pro/E，NX等实现了产品的数字化描述与定义，并行可靠性设计所需的产品模型数据可直接从相关的工程数据库中提取；而DFX工具如面向分配、预计结果、人为因素、环境因素的设计等可以在设计早期尽快发现下游与可靠性相关的各种问题，是最具并行可靠性设计特征的工具；各种计算机辅助可靠性设计分析工具的应用集成使得可靠性设计的输入、输出信息数字化，设计信息的共享更加方便、传递更加准确和迅速、设计过程更加快捷。

    (3)并行可靠性设计突出计算机仿真的应用，分析的对象由传统的图纸变为虚拟的数字化样机，强调可靠性分析、可靠性分配、可靠性预计以及可靠性评估的一体化。并行可靠性设计利用数字化整机的可靠性数据仿真可以获得早期的可靠性设计反馈，发现各种相关故障问题和干涉现象，从而有效地减少因设计错误或返工而引起的工程更改，通过数字化的样机对故障率的仿真从而快速高效地对可靠性进行定性与定量的分析和评价，并以分析与评价结果来修正产品的数字化模型，然后生成新的数字样机，重新进行可靠性仿真和评价，循环往复，直到得到最佳的设计方案。通过可靠性仿真以及与产品设计的实时交互，真正实现了可靠性设计与产品设计的一体化，真正将可靠性设计到产品中。

    2.2.2 并行可靠性设计与传统可靠性设计的联系

    并行可靠性设计与传统可靠性设计的联系主要体现在可靠性设计的目标相同、工作内容相同以及可靠性设计方法与设计技术的继承性。

    (1)并行可靠性设计与传统可靠性设计有着共同的目标，那就是达到规定的可靠性要求，以提高武器装备的战备完好性和任务成功性，减少对维修人力和其它资源的要求，降低全寿命费用，并为装备全寿命管理提供必要的信息。

    (2)并行可靠性设计所应进行的可靠性设计、分析与评价的工作内容并没有本质的变化，所需要做的工作仍然是提出可靠性定性、定量要求以作为设计的依据，进行可靠性分配以作为低层次的设计指标，进行可靠性预计以预测产品的可靠性水平，进行可靠性分析以确定与故障有关的可靠性设计信息，制订可靠性设计准则作为产品可靠性设计的指导，对可靠性设计进行综合分析以从可靠性的角度评估或优选最佳的设计方案。

    (3)传统的可靠性设计分析方法在并行可靠性设计中仍然起着重要的作用，如可靠性分配、可靠性预计、FMEA、可靠性分析、可靠性综合分析等方法在并行可靠性设计中仍会使用。各种可靠性设计分析方法和技术是并行设计中进行维修性设计与分析的技术支撑，因此传统的可靠性设计分析方法和技术仍然是进行并行可靠性设计的基础，只是将用到这些方法与技术的过程进行了优化重组，将应用这些方法与技术的工具进行了集成，使它们之间可以方便的进行信息交互与共享，避免了信息的不一致和信息的冗余。