地地导弹可靠性定量要求论证方法

摘要

一种地地导弹可靠性定量要求论证方法，其步骤如下：1，确定地地导弹可靠性顶层参数指标；2，对地地导弹可靠性顶层参数指标进行分解；3，确定地地导弹可靠性参数门限值；4，对地地导弹可靠性参数指标和费用进行权衡；5，对地地导弹可靠性参数指标的技术经济可行性进行分析。本发明为地地导弹可靠性参数确定提供了一种符合我国国情、操作性强的地地导弹可靠性定量要求论证方法，指导了地地导弹可靠性定量要求论证工作，提高了地地导弹的可靠性水平。

主权项

1.一种地地导弹可靠性定量要求论证方法，该方法是以地地导弹的基本信息为前提，这些基本信息包括立项背景及任务需求、地地导弹基本情况、使用方案、初始保障方案和国内外相似地地导弹可靠性水平信息；其特征在于：该方法的具体步骤如下：步骤1，确定地地导弹可靠性顶层参数指标：通过分析地地导弹的基本信息及影响地地导弹可靠性水平的因素，将地地导弹使用要求转化成地地导弹可靠性顶层参数的指标；该地地导弹可靠性顶层参数是指地地导弹订购方根据使用需求提出的影响地地导弹效能的可靠性参数，它包括有技术准备完好率、待机准备完好率和任务成功率；技术准备完好率、待机准备完好率和任务成功率的指标确定依据地地导弹使用要求及地地导弹结构特性采用模型法或作战仿真法或相似产品类比法进行确定；步骤2，对地地导弹可靠性顶层参数指标进行分解：地地导弹可靠性顶层参数指标的分解依据实际情况采用数值分解法或平均分配法或比例分配法或评分分配法进行分解；该步骤将地地导弹的技术准备完好率、待机准备完好率和任务成功率进行分解得到地地导弹的平均故障间隔时间、平均修复时间、平均保障延误时间、发射可靠度、飞行可靠度和引爆可靠度的指标，即为可靠性参数的目标值；步骤3，确定地地导弹可靠性参数门限值：根据步骤2得到的可靠性参数目标值采用杜安模型确定地地导弹可靠性参数门限值；步骤4，对地地导弹可靠性参数指标和费用进行权衡：采用层次分析法、方案优序法和质量评价法对复数个地地导弹可靠性参数指标方案进行指标和费用的权衡分析，从而确定最优的地地导弹可靠性参数指标方案；步骤5，对地地导弹可靠性参数指标的技术经济可行性进行分析：（1）对地地导弹可靠性参数指标的技术可行性分析时首先应掌握该地地导弹所提的可靠性参数体系及其指标值，然后采用工程经验或相似产品类比的方法展开分析；（2）对地地导弹可靠性参数指标的经济可行性分析时逐个分析可靠性参数指标对寿命周期费用的影响，以确定所提出的可靠性参数指标是否在经济上能够承受；如果经过步骤5分析后认为地地导弹可靠性参数指标在技术或经济上缺乏可行性，则需要重新进行步骤1到步骤5的操作，直到得到满意的结果；其中，所述的“基本信息”包括有：（1）立项背景及任务需求信息：是用于描述地地导弹的研制立项背景及使命任务信息；（2）地地导弹基本情况信息：用于描述地地导弹的基本组成和主要功能；（3）使用方案信息：是根据地地导弹研制的任务需求或者其假设的使用想定确定使用方案，明确具体使用要求，并在此基础上详细拟定寿命剖面，并且对任务周期、环境应力和处于各种环境中的时间给出定量数值；（4）初始保障方案：是用于描述地地导弹基本的维修、保障方案；（5）国内外相似地地导弹可靠性水平信息：是指开展深入的调研和分析工作，了解并掌握国内外同类型地地导弹的详细情况，经论证分析后，选择相似地地导弹作为参考；其中，在步骤1中所述的技术准备完好率、待机准备完好率和任务成功率的指标确定方法，是采用模型法，该方法是指依据地地导弹杀伤目标概率的计算模型，计算出地地导弹的战备完好性与任务成功性的乘积值，然后采用平均分配法或评分分配法或比例分配法将战备完好性与任务成功性的乘积值分解为战备完好性目标值和任务成功率，最后采用平均分配法或评分分配法或比例分配法将战备完好性目标值分解为技术准备完好率和待机准备完好率；该模型法中计算战备完好性与任务成功性的乘积值的模型为：$P_1\times P_2=\frac{1-\sqrt[n]{1-W\left(h\right)}}{P_4}$其中，P₁为战备完好性目标值；P₂为任务成功率；P₄为单发地地导弹杀伤目标概率；W(n)为n发地地导弹在同一条件下向同一目标发射，至少有一发杀伤目标的概率，即地地导弹杀伤目标的概率；n为地地导弹的个数；该模型法中得到战备完好性与任务成功性的乘积值后采用平均分配法或评分分配法或比例分配法将战备完好性与任务成功性的乘积值即P₁×P₂分解为战备完好性目标值和任务成功率；平均分配法、评分分配法和比例分配法对战备完好性与任务成功性的乘积值即P₁×P₂进行分解时的具体实施情况如下：（a）采用平均分配法分解战备完好性与任务成功性的乘积值：该平均分配法是给战备完好性和任务成功性分配同样的数值，其分配模型如下：$P_1=P_2=\sqrt{P_1\times P_2}$其中，P₁为战备完好性目标值；P₂为任务成功率；P₁×P₂战备完好性与任务成功性的乘积值；（b）采用评分分配法分解战备完好性与任务成功性的乘积值：该评分分配法是在数据非常缺乏的情况下，通过有经验的论证人员或专家对影响战备完好性与任务成功性的几种因素评分，并对评分值进行综合分析获得战备完好性与任务成功性相对比值，再根据相对比值分配指标；该评分分配法中考虑评分因素包括：重要度、工作复杂程度、工作时间、环境条件；该评分分配法的分配模型如下：$P_1={(\frac{{\omega }_1}{{\omega }_2}\times (P_1\times P_2))}^{0.5}$$P_2={(\frac{{\omega }_2}{{\omega }_1}\times (P_1\times P_2))}^{0.5}$式中：${\omega }_i=\underset{j=1}{\overset{4}{\Pi }}{r}_{\mathrm{ij}},i=\mathrm{1,2}$其中，P₁为战备完好性目标值；P₂为任务成功率；P₁×P₂战备完好性与任务成功性的乘积值；ω₁为战备完好性目标值的评分总分数；ω₂为任务成功率的评分总分数；ω_i为第i个指标的评分总分数；r_ij为第i个指标第j个影响因素的评分值；i为第i项指标；j为第j个影响因素；（c）采用比例分配法分解战备完好性与任务成功性的乘积值：该比例分配法是依据战备完好性与任务成功性指标所占的比率，对战备完好性与任务成功性的乘积值即P₁×P₂进行分配，该比例分配法的分配模型如下：P₁=a×(P₁×P₂)P₂=(1-a)×(P₁×P₂)其中，P₁为战备完好性目标值；P₂为任务成功率；P₁×P₂战备完好性与任务成功性的乘积值；a为战备完好性目标值在战备完好性与任务成功性的乘积值中所占的比率；模型法中得到战备完好性目标值后采用平均分配法或评分分配法或比例分配法将战备完好性目标值分解为技术准备完好率和待机准备完好率；采用平均分配法或评分分配法或比例分配法将战备完好性目标值分解为技术准备完好率和待机准备完好率时的具体实施情况如下：（a）采用平均分配法分解战备完好性目标值：该平均分配法是对技术准备完好率和待机准备完好率分配相等的数值，其分配模型如下：$P_{\mathrm{tp}}=P_{\mathrm{wp}}=\sqrt{P_1}$其中，P_tp为技术准备完好率；P_wp为待机准备完好率；P₁为战备完好性目标值；（b）采用评分分配法分解战备完好性目标值：该评分分配法是在数据非常缺乏的情况下，通过有经验的论证人员或专家对影响技术准备完好率和待机准备完好率的几种因素评分，并对评分值进行综合分析获得技术准备完好率和待机准备完好率相对比值，再根据相对比值分配指标；该评分分配法中考虑评分因素包括：重要度、影响因素、工作时间、工作环境；该评分分配法的分配模型如下：$P_{\mathrm{tp}}={(\frac{{\omega }_1}{{\omega }_2}\times P_1)}^{0.5}$$P_{\mathrm{wp}}={(\frac{{\omega }_2}{{\omega }_1}\times P_1)}^{0.5}$式中：${\omega }_i=\underset{j=1}{\overset{4}{\Pi }}{r}_{\mathrm{ij}},i=\mathrm{1,2}$其中，P_tp是技术准备完好率；P_wp是待机准备完好率；P₁为战备完好性目标值；ω₁为技术准备完好率的评分总分数；ω₂为待机准备完好率的评分总分数；ω_i为第i个指标的评分总分数；r_ij为第i个指标第j个影响因素的评分值；i为第i项指标；j为第j个影响因素；（c）采用比例分配法分解战备完好性目标值：该比例分配法是依据技术准备完好率与待机准备完好率在战备完好性目标值中所占的比率，对战备完好性目标值进行分配，其分配模型如下：Pt_p=a×P₁P_wp=(1-a)×P₁其中，P_tp是技术准备完好率；P_wp是待机准备完好率；P₁为战备完好性目标值；a为技术准备完好率在战备完好性目标值中所占的比率；其中，在步骤1中所述的技术准备完好率、待机准备完好率和任务成功率的指标确定方法，是采用作战仿真法，该方法通过作战对抗仿真，分析地地导弹可靠性水平对作战的影响，得出满足作战需求的技术准备完好率、待机准备完好率和任务成功率；其中，在步骤1中所述的技术准备完好率、待机准备完好率和任务成功率的指标确定方法，是采用相似产品类比法，该方法通过对现役地地导弹的信息数据统计分析，分析现役地地导弹的相应参数达到的水平，从而确定地地导弹的技术准备完好率、待机准备完好率和任务成功率；其中，在步骤2中所述的数值分解法，是分解技术准备完好率的方法，该数值分解法的分解模型如下：$P_{\mathrm{tp}}=\frac{1}{{\lambda }_{Z}T}\times (1-e^{-{\lambda }_{Z}T})\times e^{-\frac{t_j}{\mathrm{MTBF}}}+(1+\frac{1}{{\lambda }_{Z}T}\times (1-e^{-{\lambda }_{Z}T})\times e^{-\frac{t_j}{\mathrm{MTBF}}})(1-e^{-\frac{t_d}{\mathrm{MTTR}+\mathrm{MLDT}}})$其中，P_tp为技术准备完好率；λ_Z为贮存失效率；T为贮存期；t_j为技术准备时间；t_d为武器系统在技术准备阶段能用来进行维修工作及延误的时间；MTBF为平均故障间隔时间；MTTR为平均修复时间；MLDT平均保障延误时间；e为自然对数；该数值分解法的具体实施步骤如下：a）确定基本数据：该基本数据包括地地导弹的贮存失效率，贮存期，技术准备时间，武器系统在技术准备阶段能用来进行维修工作及延误的时间和技术准备完好率即P_tp；b）给定平均故障间隔时间即MTBF和平均修复时间即MTTR的范围及变化步长；c）根据技术准备完好率的模型，针对每个不同的平均修复时间即MTTR计算P_tp-MTBF曲线；d）根据需要分解的实际技术准备完好率值，计算在不同的平均修复时间即MTTR下的P_tp-MTBF曲线上对应的点，得到在预定的技术准备完好率下平均故障间隔时间即MTBF和平均修复时间即MTTR的组合；e）根据国内外地地导弹实际指标情况，从不同的平均故障间隔时间即MTBF和平均修复时间即MTTR的组合中选择一组作为分解值；其中，在步骤2中所述的数值分解法，是分解待机准备完好率的方法，该数值分解法的分解模型如下：$P_{\mathrm{wp}}=e^{-{\lambda }_{T}t}·e^{-\frac{t_w}{\mathrm{MTBF}}}+(1-e^{-{\lambda }_{T}t}·e^{-\frac{t_w}{\mathrm{MTBF}}})(1-e^{-\frac{t_{\mathrm{wd}}}{\mathrm{MTTR}+\mathrm{MLDT}}})$其中，P_wp为待机准备完好率；λ_T为待机失效率；t为待机时间；t_w为待机准备时间；t_wd为武器系统在待机时允许进行维修及等待的时间；e为自然对数；MBTF为平均故障间隔时间；MTTR为平均修复时间；MLDT平均保障延误时间；该数值分解法的具体实施步骤如下：a）确定基本数据：该基本数据包括地地导弹的待机失效率，待机时间，待机准备时间，武器系统在待机时允许进行维修及等待的时间和待机准备完好率即P_wp；b）给定平均故障间隔时间即MTBF和平均修复时间即MTTR的范围及变化步长；c）根据待机准备完好率的模型，针对每个不同的平均修复时间即MTTR计算P_wp-MTBF曲线；d）根据需要分解的实际待机准备完好率值，计算在不同的平均修复时间即MTTR下的P_wp-MTBF曲线上对应的点，得到在预定的待机准备完好率下平均故障间隔时间即MTBF和平均修复时间即MTTR的组合；e）根据国内外地地导弹实际指标情况，从不同的平均故障间隔时间即MTBF和平均修复时间即MTTR的组合中选择一组作为分解值；其中，在步骤2中所述的平均分配法、比例分配法、评分分配法，是分解任务成功率的方法；任务成功率的分解模型依据地地导弹的情况可分为四种分解模型，这四种模型的具体情况如下：1）当地地导弹在发射阵地时认为不可维修且引爆可靠度单独提时，任务成功率与发射可靠度、飞行可靠度、引爆可靠度有关，这种情况下的任务成功率分解模型为：P_rc=R_fs×R_fx×R_yb其中，P_rc为任务成功率；R_fs为发射可靠度；R_fx为飞行可靠度；R_yb为引爆可靠度；在这种分解模型下，采用平均分配法或比例分配法或评分分配法进行分配时的具体实施情况如下：a.采用平均分配法：该平均分配法是给发射可靠度、飞行可靠度和引爆可靠度分配同样的数值，其分配模型如下：$R_{\mathrm{fs}}=R_{\mathrm{fx}}=R_{\mathrm{yb}}=\sqrt[3]{P_{\mathrm{rc}}}$其中，P_rc为任务成功率；R_fs为发射可靠度；R_fx为飞行可靠度；R_yb为引爆可靠度；b.采用比例分配法：该比例分配法是依据发射可靠度、飞行可靠度和引爆可靠度在任务成功率中所占的比率，对任务成功率进行分配，其分配模型如下：R_fs=a×P_rcR_fx=b×P_rcR_yb=c×P_rca+b+c=1其中，P_rc为任务成功率；R_fs为发射可靠度；R_fx为飞行可靠度；R_yb为引爆可靠度；a为发射可靠度在任务成功率中所占的比率；b为飞行可靠度在任务成功率中所占的比率；c为引爆可靠度在任务成功率中所占的比率；c.采用评分分配法：该评分分配法是通过有经验的论证人员或专家对影响发射可靠度、飞行可靠度和引爆可靠度的几种因素评分，并对评分值进行综合分析获得发射可靠度、飞行可靠度和引爆可靠度的相对比值，再根据相对比值分配指标；该评分分配法中考虑评分因素包括：重要度、影响因素、工作时间、工作环境；该评分分配法的分配模型如下：$R_i={\omega }_i\sqrt[3]{\frac{P_{\mathrm{rc}}}{\omega }}$${\omega }_i=\underset{j=1}{\overset{4}{\Pi }}{r}_{\mathrm{ij}}$$\omega =\underset{i=1}{\overset{3}{\Pi }}{\omega }_i$其中，P_rc为任务成功率；R_i为第i项指标，指标包括发射可靠度、飞行可靠度和引爆可靠度；ω_i为第i项指标的评分分数；ω为各项指标的评分分数乘积值；r_ij为第i项指标第j个评分因素的评分分数；i为第i项指标，i=1,2,3；j为第j个评分因素，j=1，2，3，4；2）当地地导弹在发射阵地时认为不可维修且引爆可靠度不单独提时，任务成功率与发射可靠度和飞行可靠度有关，这种情况下的任务成功率分解模型为：P_rc=R_fs×R_fx其中，P_rc为任务成功率；R_fs为发射可靠度；R_fx为飞行可靠度；在这种分解模型下，采用平均分配法或比例分配法或评分分配法进行分配时的具体实施情况如下：a.采用平均分配法：该平均分配法是给发射可靠度和飞行可靠度分配同样的数值，其分配模型如下：$R_{\mathrm{fs}}=R_{\mathrm{fx}}=\sqrt{P_{\mathrm{rc}}}$其中，P_rc为任务成功率；R_fs为发射可靠度；R_fx为飞行可靠度；b.采用比例分配法：该比例分配法是依据发射可靠度和飞行可靠度在任务成功率中所占的比率，对任务成功率进行分配，其分配模型如下：R_fs=a×P_rcR_fx=b×P_rca+b=1其中，P_rc为任务成功率；R_fs为发射可靠度；R_fx为飞行可靠度；a为发射可靠度在任务成功率中所占的比率；b为飞行可靠度在任务成功率中所占的比率；c.采用评分分配法：该评分分配法是通过有经验的论证人员或专家对影响发射可靠度和飞行可靠度的几种因素评分，并对评分值进行综合分析获得发射可靠度和飞行可靠度的相对比值，再根据相对比值分配指标；该评分分配法中考虑评分因素包括：重要度、影响因素、工作时间、工作环境；该评分分配法的分配模型如下：$R_i={\omega }_i\sqrt[2]{\frac{P_{\mathrm{rc}}}{\omega }}$${\omega }_i=\underset{j=1}{\overset{4}{\Pi }}{r}_{\mathrm{ij}}$$\omega =\underset{i=1}{\overset{2}{\Pi }}{\omega }_i$其中，P_rc为任务成功率；R_i为第i项指标，指标包括发射可靠度和飞行可靠度；ω_i为第i项指标的评分分数；ω为各项指标的评分分数乘积值；r_ij为第i项指标第j个评分因素的评分分数；i为第i项指标，i=1,2；j为第j个评分因素，j=1，2，3，4；3）当地地导弹在发射阵地时认为对地面设备可以进行简单的维修且引爆可靠度单独提时，任务成功率与发射准备完好率、飞行可靠度、引爆可靠度有关，这种情况下的任务成功率分解模型为：P_rc=P_fs×R_fx×R_yb其中，P_rc为任务成功率；P_fs为发射准备完好率；R_fx为飞行可靠度；R_yb为引爆可靠度；在这种分解模型下，采用平均分配法或比例分配法或评分分配法进行分配时的具体实施情况如下：a.采用平均分配法：该平均分配法是给发射准备完好率、飞行可靠度和引爆可靠度分配同样的数值，其分配模型如下：$R_{\mathrm{fs}}=R_{\mathrm{fx}}=R_{\mathrm{yb}}=\sqrt[3]{P_{\mathrm{rc}}}$其中，P_rc为任务成功率；P_fs为发射准备完好率；R_fx为飞行可靠度；R_yb为引爆可靠度；b.采用比例分配法：该比例分配法是依据发射准备完好率、飞行可靠度和引爆可靠度在任务成功率中所占的比率，对任务成功率进行分配，其分配模型如下：P_fs=a×P_rcR_fx=b×P_rcR_yb=c×P_rca+b+c=1其中，P_rc为任务成功率；P_fs为发射准备完好率；R_fx为飞行可靠度；R_yb为引爆可靠度；a为发射准备完好率在任务成功率中所占的比率；b为飞行可靠度在任务成功率中所占的比率；c为引爆可靠度在任务成功率中所占的比率；c.采用评分分配法：该评分分配法是通过有经验的论证人员或专家对影响发射准备完好率、飞行可靠度和引爆可靠度的几种因素评分，并对评分值进行综合分析获得发射准备完好率、飞行可靠度和引爆可靠度的相对比值，再根据相对比值分配指标；该评分分配法中考虑评分因素包括：重要度、影响因素、工作时间、工作环境；该评分分配法的分配模型如下：$R_i={\omega }_i\sqrt[3]{\frac{P_{\mathrm{rc}}}{\omega }}$${\omega }_i=\underset{j=1}{\overset{4}{\Pi }}{r}_{\mathrm{ij}}$$\omega =\underset{i=1}{\overset{3}{\Pi }}{\omega }_i$其中，P_rc为任务成功率；R_i为第i项指标，指标包括发射准备完好率、飞行可靠度和引爆可靠度；ω_i为第i项指标的评分分数；ω为各项指标的评分分数乘积值；r_ij为第i项指标第j个评分因素的评分分数；i为第i项指标，i=1,2,3；j为第j个评分因素，j=1，2，3，4；4）当地地导弹在发射阵地时认为对地面设备可以进行简单的维修且引爆可靠度不单独提时，任务成功率与发射准备完好率和飞行可靠度有关，这种情况下的任务成功率分解模型为：P_rc=P_fs×R_fx其中，P_rc为任务成功率；P_fs为发射准备完好率；R_fx为飞行可靠度；在这种分解模型下，采用平均分配法或比例分配法或评分分配法进行分配时的具体实施情况如下：a.采用平均分配法：该平均分配法是给发射准备完好率和飞行可靠度分配同样的数值，其分配模型如下：$R_{\mathrm{fs}}=R_{\mathrm{fx}}=\sqrt{P_{\mathrm{rc}}}$其中，P_rc为任务成功率；P_fs为发射准备完好率；R_fx为飞行可靠度；b.采用比例分配法：该比例分配法是依据发射准备完好率和飞行可靠度在任务成功率中所占的比率，对任务成功率进行分配，其分配模型如下：P_fs=a×P_rcR_fx=b×P_rca+b=1其中，P_rc为任务成功率；P_fs为发射准备完好率；R_fx为飞行可靠度a为发射准备完好率在任务成功率中所占的比率；b为飞行可靠度在任务成功率中所占的比率；c.采用评分分配法：该评分分配法是通过有经验的论证人员或专家对影响发射准备完好率和飞行可靠度的几种因素评分，并对评分值进行综合分析获得发射准备完好率和飞行可靠度的相对比值，再根据相对比值分配指标；该评分分配法中考虑评分因素包括：重要度、影响因素、工作时间、工作环境；该评分分配法的分配模型如下：$R_i={\omega }_i\sqrt[2]{\frac{P_{\mathrm{rc}}}{\omega }}$${\omega }_i=\underset{j=1}{\overset{4}{\Pi }}{r}_{\mathrm{ij}}$$\omega =\underset{i=1}{\overset{3}{\Pi }}{\omega }_i$其中，P_rc为任务成功率；R_i为第i个指标，指标包括发射准备完好率和飞行可靠度；ω_i为第i项指标的评分分数；ω为各项指标的评分分数乘积值；r_ij为第i项指标第j个评分因素的评分分数；i为第i项指标，i=1,2；j为第j个评分因素，j=1，2，3，4；在分解模型3）、4）中，采用平均分配法或比例分配法或评分分配法进行分配时得到的是发射准备完好率，需要通过公式转换成发射可靠度；转换公式如下：$P_{\mathrm{fsd}}=R_{\mathrm{fsm}}\times [R_{\mathrm{fsd}}+(1-R_{\mathrm{fsd}})(1-e^{-\frac{t_{\mathrm{fd}}}{\mathrm{MTTR}+\mathrm{MLDT}}})]$其中，P_fsd为已经分配的发射准备完好率；R_fsm为导弹发射可靠度；R_fsd为地面装备在发射阵地的发射可靠度；MTTR为平均修复时间；MLDT为平均保障延误时间；t_fd为发射准备时能用来维修及等待的时间；其中，在步骤4中所述的层次分析法、方案优序法、质量评价法，其具体情况如下：（1）层次分析法：该方法是一种定性评价与定量评价相结合的综合评价方法；该方法通过建立层次结构、建立判断矩阵、进行综合权衡这三步实现对方案的权衡；建立层次结构时，根据所评价的对象，将所包含的因素分组，每一组作为一个层次；按照最高层，相关的中间层和最低层的形式排列起来；建立的判断矩阵是用于表示针对上一层次某元素，本层次有关元素间相对重要性的状况；进行综合权衡时首先进行单层次排序即根据判断矩阵计算对于上一层某元素而言，本层次与之有联系的元素重要性的权值，然后进行层次总排序即利用同一层次中所有层次单排序的结果，计算针对上一层次而言本层次所有元素重要性的权值；（2）方案优序法：该方法是将所有方案针对每个评价指标进行一次优劣排序，再通过对其优序数的计算，进行综合权衡；（3）质量评价法：该方法是通过分析每个方案对不同质量特性的属性值，然后计算各方案的相对效应值，继而进行方案的优劣权衡。