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內(nèi)外場(chǎng)結(jié)合的驗(yàn)證方法主要是將裝備在內(nèi)場(chǎng)試驗(yàn)箱內(nèi)進(jìn)行的可靠性試驗(yàn)與裝備在外場(chǎng)進(jìn)行的各項(xiàng)試驗(yàn)綜合起來(lái)，充分利用裝備研制過(guò)程中的各項(xiàng)試驗(yàn)信息，達(dá)到驗(yàn)證裝備可靠性指標(biāo)的目的。該方法可分為基于可靠性數(shù)據(jù)充分性的內(nèi)外場(chǎng)結(jié)合驗(yàn)證法和基于試驗(yàn)剖面裁剪的內(nèi)外場(chǎng)結(jié)合驗(yàn)證法。

（1）若裝備外場(chǎng)各項(xiàng)試驗(yàn)開展很充分，則可考慮采用可靠性評(píng)估的方法，即收集裝備在外場(chǎng)各項(xiàng)試驗(yàn)中的可靠性數(shù)據(jù)，來(lái)定量評(píng)估裝備的可靠性水平。假定裝備已在外場(chǎng)進(jìn)行了N項(xiàng)試驗(yàn)，第n項(xiàng)試驗(yàn)的試驗(yàn)時(shí)間為tn，環(huán)境折合系數(shù)為Kn，第n項(xiàng)試驗(yàn)發(fā)生的責(zé)任故障次數(shù)為rn，n＝1，2，…，N。設(shè)置信水平為c，則裝備可靠性指標(biāo)MTBF的單側(cè)置信下限為[2]：（式1）

此處利用環(huán)境折合系數(shù)將各項(xiàng)試驗(yàn)信息進(jìn)行綜合。環(huán)境折合系數(shù)表示試驗(yàn)的環(huán)境條件相對(duì)與使用環(huán)境條件下的可靠性特征量的比值，即：（式2）

（2）若裝備外場(chǎng)各項(xiàng)試驗(yàn)開展的不充分，則可考慮采用補(bǔ)充內(nèi)場(chǎng)可靠性試驗(yàn)并結(jié)合內(nèi)外場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)估的方法。假定裝備已在外場(chǎng)進(jìn)行了M項(xiàng)試驗(yàn)，第m項(xiàng)試驗(yàn)的試驗(yàn)時(shí)間為tm，環(huán)境折合系數(shù)為Km，第m項(xiàng)試驗(yàn)發(fā)生的責(zé)任故障次數(shù)為rm，m＝1，2，…，M。選定GJB 899A-2009中某定時(shí)截尾試驗(yàn)方案，該試驗(yàn)方案允許故障數(shù)為r＃，根據(jù)該試驗(yàn)方案確定的總試驗(yàn)時(shí)間為T總，則內(nèi)場(chǎng)試驗(yàn)箱內(nèi)需要補(bǔ)充的可靠性試驗(yàn)時(shí)間為：（式3）

則此處對(duì)裝備可靠性指標(biāo)MTBF的單邊置信下限的估計(jì)，可采用如下公式確定：（式4）

此處需要說(shuō)明的是，r內(nèi)表示內(nèi)場(chǎng)可靠性試驗(yàn)時(shí)發(fā)生的責(zé)任故障數(shù)；T收表示外場(chǎng)已收集到的累計(jì)有效試驗(yàn)時(shí)間；T補(bǔ)表示在內(nèi)場(chǎng)補(bǔ)充進(jìn)行的可靠性試驗(yàn)時(shí)間。各項(xiàng)試驗(yàn)包括在內(nèi)場(chǎng)補(bǔ)充的可靠性試驗(yàn)，其責(zé)任故障總數(shù)不應(yīng)該超過(guò)試驗(yàn)方案允許的責(zé)任故障總數(shù)，即r≤r＃。

（3）若裝備外場(chǎng)各項(xiàng)試驗(yàn)還未開展，則可考慮采用內(nèi)場(chǎng)試驗(yàn)和外場(chǎng)試驗(yàn)相結(jié)合的方式。假定裝備在外場(chǎng)待開展的試驗(yàn)有Q項(xiàng)，預(yù)計(jì)第q項(xiàng)試驗(yàn)可累計(jì)的有效試驗(yàn)時(shí)間為tq，第q項(xiàng)試驗(yàn)的環(huán)境折合系數(shù)為Kq，q＝1，2，…，Q。選定GJB 899A-2009中某定時(shí)截尾試驗(yàn)方案，該試驗(yàn)方案允許故障數(shù)為r@，根據(jù)該試驗(yàn)方案確定的總試驗(yàn)時(shí)間為T總，則內(nèi)場(chǎng)試驗(yàn)箱內(nèi)需要進(jìn)行的可靠性試驗(yàn)時(shí)間為：（式5）

此處對(duì)裝備可靠性指標(biāo)MTBF的單邊置信下限的估計(jì)，可采用如下公式確定：（式6）

此處需要說(shuō)明的是，r內(nèi)表示內(nèi)場(chǎng)可靠性試驗(yàn)時(shí)發(fā)生的責(zé)任故障數(shù)；表示外場(chǎng)各項(xiàng)試驗(yàn)實(shí)際累計(jì)的有效試驗(yàn)時(shí)間，其計(jì)算方法與一致；T內(nèi)表示在內(nèi)場(chǎng)進(jìn)行的可靠性試驗(yàn)時(shí)間。各項(xiàng)試驗(yàn)包括在內(nèi)場(chǎng)進(jìn)行的可靠性試驗(yàn)，其責(zé)任故障總數(shù)不應(yīng)該超過(guò)試驗(yàn)方案允許的責(zé)任故障總數(shù)，即r≤r@。

GJB 899A-2009中規(guī)定的可靠性試驗(yàn)剖面，以溫度為主線，包括低溫貯存段、低溫工作段、升溫段、常溫工作段、高溫工作段和高溫貯存段[3]。尤其是對(duì)于海軍電子裝備來(lái)說(shuō)，試驗(yàn)剖面的規(guī)定非常詳細(xì)。一般情況下，外場(chǎng)試驗(yàn)中溫度均可視作常溫段；同時(shí)，從產(chǎn)品加速試驗(yàn)角度考慮，過(guò)快的升溫速度，有利于考核裝備的可靠性。因此，可以對(duì)試驗(yàn)剖面中的常溫工作段以及升溫平緩段進(jìn)行裁剪。

按照GJB 899A，以某型潛用發(fā)射井的試驗(yàn)剖面為例，原試驗(yàn)剖面只有一個(gè)循環(huán)（每循環(huán)24 h），去掉剖面中常溫應(yīng)力段后的剖面占原試驗(yàn)剖面時(shí)間的62.5 ％，剪裁前后試驗(yàn)剖面見圖1。試驗(yàn)剖面裁剪具體情況：將原循環(huán)中溫度22 ℃、相對(duì)濕度50 ％階段以及溫度22 ℃、相對(duì)濕度95 ％階段裁剪掉6h，以及相應(yīng)的降溫段裁剪3 h，共計(jì)9 h，因此，可靠性鑒定試驗(yàn)內(nèi)場(chǎng)試驗(yàn)的時(shí)間占比為15 h/24 h＝62.5 ％。

因此，內(nèi)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)間不小于T內(nèi)＝T×62.5 %，外場(chǎng)累積有效工作時(shí)間不小于T外＝T×37.5 %。

1.1節(jié)闡述的方法中，未對(duì)內(nèi)外場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)間的比例進(jìn)行限定，基于試驗(yàn)剖面裁剪的方法則可以確定內(nèi)外場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)間的比例。該方法對(duì)于可靠性指標(biāo)不是很高的裝備來(lái)講，降費(fèi)作用尤其明顯。

圖1  試驗(yàn)剖面裁剪前后圖

加速可靠性試驗(yàn)方法是裝備進(jìn)行可靠性指標(biāo)驗(yàn)證的一種重要方法。該方法的關(guān)鍵在于加速因子的確定，加速因子定義[4][5]如下所示。（式7）

在試驗(yàn)設(shè)備或試驗(yàn)設(shè)施允許的前提下，電子裝備整機(jī)可靠性試驗(yàn)一般應(yīng)施加多重環(huán)境應(yīng)力：溫度循環(huán)、熱暴露、振動(dòng)應(yīng)力、濕度應(yīng)力以及電應(yīng)力。對(duì)于整機(jī)設(shè)備來(lái)說(shuō)，受限于設(shè)備研制要求中允許工作電壓的影響，電應(yīng)力加速不明顯。因此，一般僅對(duì)前四項(xiàng)應(yīng)力進(jìn)行加速。依據(jù)GB/T 34986-2017，整機(jī)加速因子的確定方法如下：

（1）溫度循環(huán)應(yīng)力加速因子（式8）

（2）熱暴露應(yīng)力加速因子（式9）

（3）振動(dòng)應(yīng)力加速因子（式10、式11）

（4）濕度應(yīng)力加速因子（式12）

為了得到電子設(shè)備整機(jī)的加速因子，進(jìn)行如下假設(shè)：

a) 激發(fā)相同失效模式的應(yīng)力，其加速因子為乘積關(guān)系；

b) 激發(fā)不同失效模式的應(yīng)力，其加速因子為相加關(guān)系。

溫度循環(huán)和振動(dòng)應(yīng)力激發(fā)相同的失效模式，熱暴露和濕度會(huì)激發(fā)另外一種失效模式，因此，結(jié)合公式（8）～（12），得到電子設(shè)備整機(jī)加速因子為：（式13）

承試單位在給承研單位制訂可靠性指標(biāo)驗(yàn)證方案時(shí)，往往既要考慮國(guó)軍標(biāo)要求，又要考慮承研單位降低裝備可靠性指標(biāo)驗(yàn)證費(fèi)用的期望。因此，根據(jù)不同裝備的特點(diǎn)，還可采用以下方法。

（1）合并試驗(yàn)剖面法：該方法并不是將設(shè)備的試驗(yàn)剖面合并到一起，而是將同一系統(tǒng)的不同環(huán)境下的設(shè)備，放到同一個(gè)試驗(yàn)箱內(nèi)，按照嚴(yán)酷試驗(yàn)剖面進(jìn)行試驗(yàn)的方法。比如有些艦船裝備包括艙外設(shè)備和艙內(nèi)設(shè)備，在進(jìn)行可靠性試驗(yàn)時(shí)，一般分兩個(gè)試驗(yàn)箱：一個(gè)放艙外設(shè)備，一個(gè)放艙內(nèi)設(shè)備。若將兩個(gè)合并到一個(gè)試驗(yàn)箱內(nèi)，按照艙外設(shè)備的試驗(yàn)剖面進(jìn)行試驗(yàn)，則可顯著降低可靠性試驗(yàn)費(fèi)用。

（2）系統(tǒng)級(jí)試驗(yàn)法：即裝備在進(jìn)行可靠性試驗(yàn)時(shí)，盡量將設(shè)備組成系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)，這是因?yàn)閷?duì)裝備的基本可靠性來(lái)講，串聯(lián)的設(shè)備越多，其可靠性指標(biāo)越低，進(jìn)而降低了可靠性指標(biāo)驗(yàn)證費(fèi)用。比如，某艦船裝備包括設(shè)備A和設(shè)備B，其中設(shè)備A 的可靠性指標(biāo)要求是MTBF＝10萬(wàn)小時(shí)，設(shè)備B的可靠性指標(biāo)要求是MTBF＝1 000 h。若分別進(jìn)行可靠性指標(biāo)驗(yàn)證，則費(fèi)用十分高昂。但將A和B組成一個(gè)系統(tǒng)，其可靠性指標(biāo)變?yōu)镸TBF＝100 h。但此處若按照MTBF＝100 h進(jìn)行可靠性試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，則最終無(wú)法驗(yàn)證A和B的可靠性指標(biāo)要求，比如90加10等于100，但和等于100的自然數(shù)組合卻有無(wú)窮對(duì)。因此，此處可繼續(xù)按照設(shè)備B的可靠性指標(biāo)MTBF＝1 000 h來(lái)設(shè)計(jì)試驗(yàn)，設(shè)備A的可靠性指標(biāo)可根據(jù)可靠性串聯(lián)模型進(jìn)行評(píng)估。

某型潛用發(fā)射井包括井蓋、液壓模塊和發(fā)射井控制器，其中液壓模塊和發(fā)射井控制器屬于電子部分，井蓋屬于機(jī)械部分；井蓋以及發(fā)射井控制器的部分部件安裝在艙外，其它安裝在艙內(nèi)。該裝備可靠性指標(biāo)要求是：開關(guān)蓋可靠度R≥0.998，置信度0.8（最長(zhǎng)任務(wù)時(shí)間80 min）。按照軍工產(chǎn)品定型的要求，該裝備必須在鑒定時(shí)完成可靠性指標(biāo)的驗(yàn)證。

井蓋部分體積龐大，并且常年工作在海水中，而試驗(yàn)箱內(nèi)無(wú)法模擬這種環(huán)境；并且該型裝備屬于研改型裝備。因此，采用內(nèi)外場(chǎng)結(jié)合的形式開展試驗(yàn)。

按照GJB 899A-2009的要求“對(duì)于能夠構(gòu)成系統(tǒng)進(jìn)行可靠性驗(yàn)證試驗(yàn)的產(chǎn)品，應(yīng)盡可能在系統(tǒng)級(jí)進(jìn)行可靠性驗(yàn)證試驗(yàn)”，外場(chǎng)試驗(yàn)采用發(fā)射井整系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)，模擬水下工作環(huán)境條件，能很好的驗(yàn)證發(fā)射井整機(jī)進(jìn)行開關(guān)蓋的性能，但是發(fā)射井的電子控制部分是在常溫下工作，沒(méi)有經(jīng)歷高低溫、振動(dòng)工作環(huán)境的考核，無(wú)法驗(yàn)證發(fā)射井的電子控制部分在綜合環(huán)境下正常工作的能力。因此，內(nèi)場(chǎng)試驗(yàn)僅對(duì)發(fā)射井的電子控制部分即發(fā)射井控制器和液壓模塊，按照GJB 899A-2009中對(duì)潛艇設(shè)備的相關(guān)要求，采用綜合環(huán)境應(yīng)力開展。

外場(chǎng)試驗(yàn)針對(duì)發(fā)射井整機(jī)進(jìn)行開關(guān)蓋性能的驗(yàn)證，1次開關(guān)蓋指的是從控制器接收到開蓋指令到井蓋打開然后關(guān)閉的過(guò)程，此處不包括實(shí)際發(fā)射導(dǎo)彈時(shí)的等待時(shí)間，僅指開關(guān)蓋的過(guò)程。對(duì)于成敗型可靠性指標(biāo)的評(píng)定方法，采用L-Q型可靠性試驗(yàn)方案，置信度：，使用方風(fēng)險(xiǎn)。發(fā)射井開關(guān)蓋可靠性置信下限與開關(guān)蓋可靠性試驗(yàn)次數(shù)之間存在如下關(guān)系[6]：（式14）

上式中：n為開關(guān)蓋試驗(yàn)次數(shù)；f為試驗(yàn)中出現(xiàn)的嚴(yán)重故障（影響任務(wù)完成的故障）數(shù)。

本次試驗(yàn)允許嚴(yán)重故障數(shù)選定為f=0，此時(shí)：開關(guān)蓋次數(shù)n達(dá)到804次后，試驗(yàn)終止。嚴(yán)重故障數(shù)的累計(jì)包含內(nèi)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)發(fā)生的嚴(yán)重故障數(shù)。

發(fā)射井的電子部分按照GJB 899A-2009進(jìn)行內(nèi)場(chǎng)試驗(yàn)，使用方風(fēng)險(xiǎn)：，置信水平：，發(fā)射井任務(wù)可靠性指標(biāo)為，t0表示任務(wù)時(shí)間（80 min/60 min＝4/3 h）。從而得到平均嚴(yán)重故障間隔時(shí)間（MTBCF）的下限：（式15）

根據(jù)使用方風(fēng)險(xiǎn)：，接收嚴(yán)重故障數(shù)f＝0，選用GJB 899A-2009中定時(shí)截尾試驗(yàn)方案20-1，試驗(yàn)總時(shí)間是1.61×666 h＝1072 h。此處接收嚴(yán)重故障數(shù)f取0，是為與外場(chǎng)試驗(yàn)中允許故障數(shù)保持一致，故障數(shù)的統(tǒng)計(jì)包括內(nèi)場(chǎng)試驗(yàn)和外場(chǎng)試驗(yàn)期間發(fā)生的嚴(yán)重故障。

試驗(yàn)時(shí)間的累計(jì)，可按照1.2節(jié)的方法。目前已收集到的實(shí)艇使用時(shí)間有334.5 h，該部分?jǐn)?shù)據(jù)是實(shí)艇使用數(shù)據(jù)，屬于實(shí)際應(yīng)力考核，無(wú)需考慮試驗(yàn)剖面裁剪。根據(jù)內(nèi)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)間不小于T內(nèi)＝T×62.5 %，無(wú)嚴(yán)重故障（f=0）時(shí)：內(nèi)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)間T達(dá)到461 h（（1 072 h-334.5 h）×62.5 ％）后，試驗(yàn)終止。其剩余試驗(yàn)時(shí)間1 072 h-461 h-334.5 h＝276.5 h在外場(chǎng)常溫下進(jìn)行累計(jì)。

最終，發(fā)射井在內(nèi)場(chǎng)試驗(yàn)箱內(nèi)實(shí)際進(jìn)行可靠性試驗(yàn)時(shí)間為465 h，在外場(chǎng)常溫下累計(jì)有效試驗(yàn)時(shí)間為280 h，發(fā)生0次嚴(yán)重故障?？傆?jì)有效試驗(yàn)時(shí)間為334.5 h＋465 h＋280 h＝1079.5 h。則該型裝備的可靠度置信下限為：（式16）

案例應(yīng)用表明，本文提出的降低可靠性指標(biāo)指標(biāo)驗(yàn)證費(fèi)用的工程方法，明顯縮短了裝備在試驗(yàn)箱內(nèi)進(jìn)行的可靠性試驗(yàn)時(shí)間，即可滿足驗(yàn)證可靠性指標(biāo)要求，又可保證裝備的研制進(jìn)度，從而降低承研單位試驗(yàn)成本。需要說(shuō)明的是，案例中的外場(chǎng)試驗(yàn)包含兩部分，一部分是對(duì)開關(guān)蓋性能驗(yàn)證的開關(guān)蓋試驗(yàn)，一部分是累計(jì)有效試驗(yàn)時(shí)間的試驗(yàn)，兩者是同步進(jìn)行的。

可靠性指標(biāo)驗(yàn)證中存在的試驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)，費(fèi)用高的問(wèn)題，一直是承研單位在裝備研制中關(guān)心的重點(diǎn)問(wèn)題之一。本文結(jié)合近年裝備可靠性鑒定的工程經(jīng)驗(yàn)，提出了多種可用于裝備可靠性驗(yàn)證的方法，目的在于解決承研單位裝備可靠性驗(yàn)證的痛點(diǎn)，降低裝備可靠性指標(biāo)驗(yàn)證費(fèi)用。需要說(shuō)明的是，承研單位在采用本文所述的方法進(jìn)行可靠性指標(biāo)驗(yàn)證時(shí)，還需要根據(jù)其裝備特點(diǎn)，具體問(wèn)題具體分析，與訂購(gòu)方進(jìn)行良好的溝通，確保用戶滿意。