1、引信可靠性试验论述及分析方法引信可靠性试验论述及分析方法 摘 要叙述了引信可靠性的试验现状及应用。并且通过分析环境力对引信可靠性的影响，简单罗列了两种有关可靠性分析的技术方法，即GO法、BP神经网络法。关键词：引信；可靠性；试验；分析目录摘 要 I1 引言 12 可靠性试验的现状及应用 22.1 试验现状 22.2 可靠性强化试验在引信中的应用 22.3 试验初析 33 环境力的影响分析 43.1 安全系统与环境力概念 43.2 环境力的作用可靠度计算 43.3 环境力的作用时间的安全可靠度 54 可靠性分析方法 64.1 GO法 64.2 BP神经网络预计法 7结束语 9参考文献 101 引
2、言 随着电子技术的迅速发展，引信系统由传统的机械结构系统过渡到复杂的机电或电子系统，各类新型机电引信，无线电近炸引信，电容近炸引信，电子时间引信不断涌现，各种新型电引信的研究方兴未艾，引信的结构变得越来越复杂，所采用的零部件数量也越来越多，必然会带来总体可靠性下降的问题1。为了在未来战争中抢占先机，要求高性能高可靠性的引信尽快装备部队，如何改善和提高电引信的可靠性、缩短引信的研制周期，以及降低全寿命周期的费用已经成为引信研究领域中一个不容忽视的问题。2 可靠性试验的现状及应用2.1 试验现状引信作为长期储存、一次使用的产品，对引信储存可靠性进行研究具有重要的现实意义。引信储存可靠性是指引信在规
3、定的储存条件和规定的储存时间内保持规定功能的能力。规定的储存条件主要是指储存状态（密封、非密封）和储存环境（温度和湿度)；规定的储存时间主要是指合格的引信从入库到准备使用的这段时间；规定的功能主要是指引信原有的战技指标2。从上述定义中可以看出，本研究讨论的引信储存可靠性包括安全性、可靠性和功能性。为保证交付部队的引信产品的储存可靠性，目前,研制方通常需要进行研制摸底试验、设计与生产定型试验、生产验收试验。上述试验的目的虽然不同但都包含环境模拟可靠性试验。如我国参照美国军用标准MIL-STD-331B引信及引信零部件的环境与性能试验修订了GJB573.1-573.32引信环境与性能试验方法后制定
4、的GJB573A-98引信环境与性能试验方法。GJB573A-98中除气候试验采用加速环境试验外，其余的试验都是尽可能地模拟引信在储存过程中可能会遇到的真实环境，考核引信储存可靠性。传统的环境模拟可靠性试验的特点是，尽可能地模拟真实环境，而且是典型的真实环境，再加上设计裕度确保引信的可靠性，因此，环境模拟的真实程度和设计裕度的大小就成为2个关键的因素。要提高引信储存可靠性就必须对引信储存环境进行更真实的模拟，以提高设计裕度，这样以来难度增大、周期拖长、成本增加。虽然GJB573A-98中气候试验采用了加速环境试验，但试验时间还是偏长如温度与湿度试验需要将裸露的引信在温度和湿度变化的条件下放置2
5、8天。此外可靠性鉴定试验是考核引信可靠性设计指标是否达到，有“通过”与“不通过”问题，即使暴露了设计缺陷，由于鉴定试验是在引信设计定型时完成的，已经没有重大修改的时间，潜在的缺陷仍然残存，随时都可能在使用时暴露并引发故障。2.2 可靠性强化试验在引信中的应用可靠性强化试验与传统的环境模拟试验（SimulationTest）的思路相反,它是一种激发试验，该技术的理论依据是故障物理学，它是用人为施加环境应力、加速激发产品潜在缺陷的方法来清除产品的潜在缺陷，以达到提高可靠性的目的，试验时不考核是否“通过”，激发出的潜在缺陷越彻底越好，并且试验所能施加的应力并不模拟真实的环境,而以提高激发效率为目标。
6、对新研制的产品来说，可靠性强化试验包括HALT，HASS，HALT和HASS是一个整体。HALT采用步进应力的方法进行试验。故HALT又称步进应力试验。HALT试验是以步进方式对产品施加一系列单应力(如温度，温度循环，多轴随机振动，电应力等)和综合应力，并逐步增加强度直至产品失效。在HALT过程中对发生的每一个失效都进行根本原因分析(RootCauseAnalysis)，不断进行试验、分析、验证和改进。HALT是进行HASS的前提，只有完成了适当的HALT，而且所发现的问题均已得到解决，才允许进行HASS.G.K.Hobbs博士认为不管采用什么筛选方法，筛选过程总要消耗产品一部分疲劳寿命，如果
7、使用应力和破坏应力之间的余量很小，就根本不能运用任何应力筛选方法进行筛选。因此必须根据HALT得到的工作极限和破坏极限，摸清产品的设计余量，以此来制订HASS方案，确定HASS的应力量级，以保证筛选所消耗的疲劳寿命量是可以接受的。2.3 试验初析 鉴于传统引信可靠性试验难以适应快速发展的引信技术需要，结合可靠性强化试验的基本原理，对于新研制的各类结构复杂的电引信，在设计和生产阶段可以采用加大应力的办法快速暴露其所有的缺陷，然后改进设计和工艺，这就是可靠性强化试验在引信产品中的应用。初步分析表明,在引信产品的研制和生产中应用可靠性强化试验技术，具有如下意义: 1)可以为引信的设计者和制造者减少引
8、信设计和工艺的薄弱环节提供准确的改进信息，快速提高引信储存可靠性,大大缩短引信装备部队的周期； 2)可以使引信可靠性验证试验的故障减少，甚至可以取消部分可靠性验证试验； 3)可以降低引信全寿命周期的费用。关于引信可靠性强化试验，国外已经开展了相关的研究工作，由于保密原因，这方面资料比较少。但从文献3中可知，美国在响尾蛇导弹的美国在响尾蛇导弹的无线电引信研制阶段应用了可靠性强化试验技术，使该引信产品获得了高可靠性。3 环境力的影响分析安全性与作用可靠性是引信的两项重要技术指标。引信的工作过程和工作环境比较特殊，不同于一般的机电产品。在一般机电产品的安全可靠性建模过程中，环境因素不被考虑，但对于引
9、信而言，其可靠性与环境力却有着密切关系。3.1 安全系统与环境力概念引信安全系统主要由隔爆机构及其保险机构组成。建立引信安全系统的可靠性模型和数学模型，首先要明确系统功能和各部件功能之间的关系，其次要对各种零部件进行失效模式及其影响分析，分析零部件的各种失效模式及其对安全系统的安全可靠性和作用可靠性的影响，从而确定部件在系统中的逻辑系。引信安全系统失效，是指隔爆系统不正常解除隔爆或隔爆不可靠以及保险机构未能解除保险，而环境力的大小和作用时间,则是指决定引信保险机构能否解除保险的决定性因素。由此可见，环境力对于引信安全系统有着重大影响。当然，环境力及其作用时间的安全可靠度和作用可靠度，也是与保险
10、机构中的保险器的性能参数密切相关的4。3.2 环境力的作用可靠度计算环境力的作用可靠度指作用于保险零件是的环境力能够使保险零件克服保险器抗力而解除保险的概率。在膛内或弹丸发射以后的其它时期，引信安全系统需要利用环境力来解除保险使引信开始工作，这是要求作用于保险零件是的环境力XL要大于保险器解除保险位置时的抗力Xs，但在膛内任一时刻环境力XL和抗力Xs也都是随机变量，服从一定的统计规律分布，因此，可以用与计算环境力的安全可靠度同样的方法来求得环境力的作用可靠度RLZ。设环境力XL的分布密度函数为f(XL),保险器抗力的分布密度函数为f(Xs)，则：3.3 环境力的作用时间的安全可靠度 环境力的作
11、用时间的安全可靠度，指作用于保险零件上的环境力的作用时间小于保险零件解除保险所需时间的概率。环境力的作用时间的作用可靠度指作用于保险零件上的环境力的作用时间大于保险零件解除保险所需时间的概率。对引信而言,其保险机构解除保险与否，取决于两个因素:环境力大小和作用时间。要保证保险机构的平时安全性，则环境力及其作用时间只要有一个安全就可以了，要保证膛内保险机构的只要可靠性，则需要环境力及其作用时间同时作用可靠才行。设环境力作用时间为T,保险机构解除保险所需时间为t，则T和t均为随机变量，且都服从一定的统计规律分布。设作用时间T的分布密度函数为f(T)，t的分布密度函数为f(t)，由用与前述相同的方法
12、可以得到环境力的作用时间T的安全可靠度为:作用时间t的作用可靠度为:由以上两式可以看出，d平时情况下，只要Tt，保险机构就是安全的。 由于引信工作过程的特殊性，决定了其安全的可靠性不同于一般的机电产品，要合理地评价引信安全系统的可靠性，必须建立正确的可靠性模型。没有正确的可靠性模型，就谈不上对引信进行可靠性预计和分配。而可靠性模型的建立，决不能忽略环境力这个重要因素。研究环境力的关键，则是解决环境力及其作用时间的可靠度计算问题。4 可靠性分析方法4.1 GO法 引信系统具有多态、有时序和有实际物流（爆轰或爆燃产物流)的特点。针对其多态有时序的复杂性，GO法可大大减少故障树分析法的工作量。因GO
13、法不需将引信的多态转化成两态,而仅采用信号流和操作符连接成GO图来分析系统的可靠性，在GO图建立完成后，根据系统中操作符的类型、相应的数据和运算规则就可对其进行可靠性GO运算，因此应用GO法分析引信可靠性是非常适合和简捷的5。作为一种系统可靠性的分析方法，GO法以决策树原理为基础，通过对系统分析，用图形(GO图)来描述系统，然后进行可靠性定量运算。应用GO法对系统进行可靠性分析的主要步骤是建立GO图和进行GO运算。GO图由GO操作符和信号流组成，GO操作符表示具体的零件(如击针、弹簧等)或逻辑关系；信号流连接GO操作符，表示系统具体的能量流向或逻辑上的进程。建立GO模型以后，对模型进行的定性计
14、算和定量计算统称为GO运算。GO运算从GO图输入操作符的输出信号开始，根据下一个操作符的运算规则进行运算，得到其输出信号的状态和概率,按信号流序列逐个操作符进行运算直至系统的一组输出信号。GO法的计算主要有两种方法,即状态组合法和直接概率法。状态组合法是按照操作符的次序依次找出引起相应输出状态的所有状态组合,从而得到各种输出状态的概率值以及系统成功的路集和系统故障的故障集,状态组合法的计算比较复杂。直接概率法是根据信号流的顺序,按照每个操作符的概率运算规则,依次求得每个信号流输出各种状态的概率。直接概率法在一些特定的条件下,可以大大简化计算量,并且直接计算出系统成功的概率。GO运算一般都是由G
15、O程序来完成的，对于较小的系统也可以由人工计算来完成。采用故障树分析法可得引信正常发火的概率为0 . 9854，应用GO法得出的结果与此十分接近。这表明应用GO法对引信系统可靠性进行分析是完全可行的，并且由于引信系统具有多态有序的特殊性，而GO法不需要分时段建立多棵故障树，它根据信号流的顺序建立的GO图清晰明了，利用现有的计算程序GOAS输入相应数据之后，通过计算机运算就可以得到每个信号流具有的状态以及相应的概率，最终得出引信系统工作各个状态的概率，操作起来十分方便，相对于故障树分析方法则可大大减少工作量。 GO法具有应用灵活的特点，例如对于引信防止意外解除保险这一过程的可靠性分析，由于GO法
16、适用于从输入到输出的整个系统的可靠性分析。所以不能直接使用GO来进行可靠性分析，但如果假设雷管发火概率1(将模拟雷管的操作符类型3的成功状态设为1)就可以了。因此在GO法中可以对操作符的状态概率作相应的假设，从而提高GO法应用的灵活性，使其应用范围更为广泛。4.2 BP神经网络预计法 一个3层BP( Back Pro paga tion)神经网络结构，包含输入层、输出层和隐含层，其特点是: 各层神经元之间无反馈连接，各层内神经元之间无任何连接，仅相邻层神经元之间全连接。BP神经网络的学习过程由正向传播和反向传播两部分组成。在正向传播过程中 ，输入信号从输入层经过隐含层神经元处理后传向输出层，每
17、一层神经元的状态只影响下一层神经元状态，如果输出层得不到期望的输出，则转入反向传播，此时误差信号从输出层向输入层传播，并沿途调整各层间连接权值，以使误差不断减少，直至达到精度要求。该算法实际上是求误差函数的极小值，它通过多个样本的反复训练，并采用最速下降法使得权值沿误差函数负梯度方向改变，并收敛于最小点6。 根据GJB166-86引信制造与验收技术条件和引信战术技术要求，引信经过验收后入库长期保存，对于长贮的引信需要进行定期检查和抽样测试，并对引信的贮存寿命和可靠性进行评估。所谓预测，即通过一些已知数据对未来未知数据的取值进行估计。设引信的可靠度序列为Ri ，其中历史数据为Rp+ 1，Rp+
18、2 ， ，Rp+ q ，对于未来p+ q+ r 时刻的可靠度进行预测，即预测Rp+ q+ r的值，预测函数为Rp+ q+ r = F (Rp+ 1, Rp+ 2, , Rp+ q , p + q+ r) ,式中: p ， q，r 均为贮存年份点，且均大于0；q为已收集的引信贮存可靠性年份点数；p+1为已收集的引信贮存可靠性起始年份；r为将预测的年份点。根据工程实际经验，q取5时具有较好的预计效果；网络结构取3层，即输入层、 隐含层和输出层。根据输入和输出数据可知: 输入层节点数为 6, 即 Rp+ 1 , Rp+ 2 , , Rp+ 5和 p+ 5+ r，是输入值；输出层节点数为1，即 Rp+
19、 5+ r；根据隐含层节点数确定原则，含层节点数确定原则，隐含层节点数确定为8个，引信贮存可靠性预测的神经网络模型如图1所示图1 引信储存可靠性预计模型 BP神经网络应用于引信贮存可靠性，对于判断库存引信的质量状况，预测其可靠性变化趋势，以及安排库存引信的使用、贮存和进行各种技术处理的决策具有重要意义。结束语 由于引信工作过程的特殊性 ,决定了其安全的可靠性不同于一般的机电产品 ,要合理地评价引信安全系统的可靠性 ,必须建立正确的可靠性模型。 没有正确的可靠性模型 ,就谈不上对引信进行可靠性预计和分配。由于GO法的分析和运算要靠GO程序，而目前我国的GO程序对引信而言还不够完善，所以推广GO法
20、先要开发出一套完善的引信GO法可靠性分析应用软件。BP神经网络应用于引信贮存可靠性，对于判断库存引信的质量状况，预测其可靠性变化趋势，以及安排库存引信的使用、贮存和进行各种技术处理的决策具有重要意义。参考文献1 李良巧.引信可靠性设计指南M.北京：兵器工业出版社.19932 范志锋.引信可靠性试验的现状与对策J.四川兵工学报,2008(01):36-383 GJB573A-98.引信环境与性能试验方法S.4 焦国太.环境力对引信安全系统可靠性的影响分析J.中国安全科学 学报,1999(05).5 顾丽敏，王雨时.GO法在引信系统可靠性分析中的应用J.探测与控制学报,2007(05):34-386 赵河明.基于BP神经网络的引信贮存可靠性预计J.测试技术 学报,2005(01):95-97
