科學技術的發展，不僅改善了軍事裝備的性能，也使裝備本身復雜化。一方面，裝備的復雜化，對裝備的使用和保障技術提出了更高的要求，對相關技術的革新更加迫切；另一方面，重性能、輕效能傳統觀念的影響，忽視可靠性、維修性、保障性、安全性等的設計，造成裝備使用壽命短，故障嚴重，維修效率低，停用時間長，壽命周期費用高。實踐證明：可靠性是提高裝備作戰能力、控制全壽命周期費用的主要因素，武器裝備復雜程度和技術含量越高，對裝備的可靠性要求也越來越高。隨著我軍武器裝備新型號研制中，較多采用了新技術、新材料、新設備等，因而，必然存在著較大的技術風險。加之在研制進度、研制技術保障條件和研制經費等各方面因素的制約，也會給武器系統的研制帶來一定影響。因此，深入開展我軍武器裝備系統的可靠性分析與研究，既是預防和解決型號研制中技術風險的基本技術手段，又是降低裝備全壽命周期費用，提高裝備整體效能的關鍵，同時也是實施綜合保障工程、開發配套保障資源、確保裝備在部署后盡快形成戰斗力的前提條件，因此，開展武器裝備可靠性設計研究是一項十分必要又迫在眉睫的研究課題。

1 我軍武器裝備可靠性研究現狀及問題

    我軍武器裝備的可靠性工作，由于多種因素的影響和制約，相對來說起步較晚，發展也比較遲緩，七十年代以前基本上是空白。進入80年代以后，武器裝備的可靠性問題，作為一個具有明確內涵的新概念，才在我國逐步被認識、接受，并普及開來。特別是我國武器裝備研制和使用維修實踐中出現的許多重大質量問題，更進一步加深了對可靠性維修性保障性重要作用的認識，促進了可靠性維修性保障性工作的發展。陸續編譯出版了一批可靠性維修性保障性文獻資料，制定了一批急需的可靠性維修性保障性軍用標準、手冊，頒布了若干有關可靠性維修性保障性工作的指令性文件，如GJB368裝備維修性通用規范》、GJB450《裝備研制與生產的可靠性通用大綱》、GJB1371《裝備保障性分析》以及國防科工委《關于加強可靠性維修性工作的若干規定》、《關于進一步加強武器裝備可靠性維修性工作的通知》等。在型號研制工作中也正在逐步貫徹落實可靠性維修性保障性要求，對可靠性、維修性、保障性方面的問題也進行了一些研究，積累了不少有益經驗，但是，武器裝備的可靠性工作在我國仍面臨著嚴峻的形勢，主要面臨的一個明顯問題是可靠性分析與設計技術或方法越來越難以適應武器系統日益復雜化、產品設計高技術化的發展現狀與趨勢，突出表現為：

    (1)可靠性分析、評估和試驗常常要等到有了實體樣機才能進行，難以跟上研制的進程，在產品研制早期，可靠性設計與分析基本上是“看不見，摸不著”，設計人員對產品的可靠性設計“心中無數”，使可靠性設計嚴重滯后于產品研制過程，不容易影響設計，從而使可靠性要求很難在裝備上實現。

    (2)在沒有實體樣機的早期階段可靠性分析、預計的準確性相當差，預計結果有時與實測值相差達一倍以上，對于某些復雜的武器系統甚至束手無策。

    (3)在國防科技部門，CAD技術越來越得到廣泛的使用，許多研制單位開始實施“無紙化設計”計劃，傳統的可靠性分析、驗證或演示技術將跟不上設計的步伐。

    可見，傳統的可靠性分析、評估和試驗對實體樣機的依賴性相當大，究其原因，核心的問題是沒有將上下游結合好，沒有并行的觀念。其主要原因為缺乏信息的集成與共享，在早期的設計階段不能得到下游信息的支持，不能充分利用產品設計的信息來開展可靠性的設計與分析。因此本文提出以并行工程的理論為指導，開展面向并行工程的武器裝備可靠性性設計研究。

2 面向并行工程的武器裝備可靠性設計的基本理論

    2.1 并行工程內涵

    并行工程的基本思想是將產品質量需求和質量特征融入產品設計和制造過程中，在設計過程中就準確地把握市場與用戶需求，全面考慮產品全生命周期各個階段的質量需求與質量目標，通過為設計者提供實現產品的要求質量所必需的知識及各類輔助手段，把一系列質量保證工具與設計系統有機集成，確保設計和制造質量，縮短設計和制造時間，降低設計和制造成本。

    2.2 并行可靠性設計與傳統可靠性設計的區別與聯系

    2.2.1 并行可靠性設計與傳統可靠性設計的區別

    并行可靠性設計與傳統可靠性設計的根本區別就在于并行可靠性設計是建立在信息高度集成基礎之上的，而傳統的可靠性設計由于更多地采用手工方式進行，是一種周期較長的串行過程，沒有信息的集成，因此不可能真正實現設計的并行。

    (1)并行可靠性設計是現代集成制造、并行設計的一個有機組成部分，不僅實現高度的信息集成與共享，而且強調通過組織多學科、多領域的、跨部門的設計團隊共同來完成設計任務；傳統的可靠性設計往往不能與其它性能設計有機地結合起來，各自單獨開展，很難真正將可靠性設計到產品中，使得可靠性設計與產品設計成為互不相關的兩個方面。

    (2)并行可靠性設計以現代CAD、CAX、DFX工具為基礎，更加強調與其它工具的集成，不是傳統可靠性設計分析方法的簡單計算機化。CAX工具是實現產品的數字化描述與定義的基礎，當前的CAD工具如Pro/E，NX等實現了產品的數字化描述與定義，并行可靠性設計所需的產品模型數據可直接從相關的工程數據庫中提取；而DFX工具如面向分配、預計結果、人為因素、環境因素的設計等可以在設計早期盡快發現下游與可靠性相關的各種問題，是最具并行可靠性設計特征的工具；各種計算機輔助可靠性設計分析工具的應用集成使得可靠性設計的輸入、輸出信息數字化，設計信息的共享更加方便、傳遞更加準確和迅速、設計過程更加快捷。

    (3)并行可靠性設計突出計算機仿真的應用，分析的對象由傳統的圖紙變為虛擬的數字化樣機，強調可靠性分析、可靠性分配、可靠性預計以及可靠性評估的一體化。并行可靠性設計利用數字化整機的可靠性數據仿真可以獲得早期的可靠性設計反饋，發現各種相關故障問題和干涉現象，從而有效地減少因設計錯誤或返工而引起的工程更改，通過數字化的樣機對故障率的仿真從而快速高效地對可靠性進行定性與定量的分析和評價，并以分析與評價結果來修正產品的數字化模型，然后生成新的數字樣機，重新進行可靠性仿真和評價，循環往復，直到得到最佳的設計方案。通過可靠性仿真以及與產品設計的實時交互，真正實現了可靠性設計與產品設計的一體化，真正將可靠性設計到產品中。

    2.2.2 并行可靠性設計與傳統可靠性設計的聯系

    并行可靠性設計與傳統可靠性設計的聯系主要體現在可靠性設計的目標相同、工作內容相同以及可靠性設計方法與設計技術的繼承性。

    (1)并行可靠性設計與傳統可靠性設計有著共同的目標，那就是達到規定的可靠性要求，以提高武器裝備的戰備完好性和任務成功性，減少對維修人力和其它資源的要求，降低全壽命費用，并為裝備全壽命管理提供必要的信息。

    (2)并行可靠性設計所應進行的可靠性設計、分析與評價的工作內容并沒有本質的變化，所需要做的工作仍然是提出可靠性定性、定量要求以作為設計的依據，進行可靠性分配以作為低層次的設計指標，進行可靠性預計以預測產品的可靠性水平，進行可靠性分析以確定與故障有關的可靠性設計信息，制訂可靠性設計準則作為產品可靠性設計的指導，對可靠性設計進行綜合分析以從可靠性的角度評估或優選最佳的設計方案。

    (3)傳統的可靠性設計分析方法在并行可靠性設計中仍然起著重要的作用，如可靠性分配、可靠性預計、FMEA、可靠性分析、可靠性綜合分析等方法在并行可靠性設計中仍會使用。各種可靠性設計分析方法和技術是并行設計中進行維修性設計與分析的技術支撐，因此傳統的可靠性設計分析方法和技術仍然是進行并行可靠性設計的基礎，只是將用到這些方法與技術的過程進行了優化重組，將應用這些方法與技術的工具進行了集成，使它們之間可以方便的進行信息交互與共享，避免了信息的不一致和信息的冗余。

3 面向并行工程的武器裝備可靠性設計的關鍵技術

    3.1 實現武器裝備并行可靠性設計的使能技術

    并行可靠性設計是武器裝備全生命周期的可靠性設計信息的集成與可靠性設計過程的集成，它不僅需要集成框架的支持，還需要以下各種使能技術來實現：

    (1)質量功能配置(QFD)。通過瀑布分解把用戶使用需求層層分解為對產品及其部件可靠性方面的需求以及保證可靠性質量的后續過程的要求。

    (2)計算機輔助設計與仿真工具的集成。各種計算機輔助設計與仿真工具在可靠性設計領域得到了廣泛的應用，為了實現并行可靠性設計，需要將這些工具進行集成，使它們能夠實現數據交換與共享。

    (3)基于STEP的信息集成。并行可靠性設計基于STEP的統一的數據表達與交換標準，建立完整的產品可靠性信息集成模型，并將其放在共享數據庫中，任一階段的設計修改信息都能直接反映到其它相關活動中，保證數據的唯一性，后續可靠性設計過程可充分利用已有的信息進行設計，并將設計結果反饋給上游進行設計評價和修改。

    (4)計算機支持群組協同工作環境。基于網絡的計算機協同工作環境，包括白板、音頻、視頻及應用共享等基本功能，可支持異地并行可靠性設計。

    3.2 實現并行可靠性設計的瓶頸技術

    實現并行可靠性設計必須解決以下問題：產品可靠性信息的一致性描述，信息的數字化表達，信息的快速共享與應用，面向產品壽命周期的設計以及對各種數據的依賴等，而這些問題的解決都需要集成的產品數據管理技術的支持。因此我們說，集成的產品數據管理是實現并行維修性設計的瓶頸技術。

    (1)并行可靠性設計要求能在不同的階段、不同的領域交互信息，因此不同階段、不同領域對信息的描述必須是一致的，不能產生二義性，這需要將不同階段、不同領域的數據進行集成管理，將它們組織在同一個邏輯環境中，以實現對信息的一致性描述。

    (2)并行可靠性設計必須基于計算機網絡環境協同工作，充分應用各種仿真技術，尤其是依靠虛擬樣機的設計、分析與評價，因此相關的信息描述必須實現數字化，便于計算機對數據的理解和處理。

    (3)并行可靠性設計為了提高設計效率，要求信息的快速共享與應用，因此必須對信息進行集成管理，將它們分層歸類，建立各種引用關聯，實現雜而不亂的目的，以方便信息的快速導航與檢索。

    (4)并行可靠性設計需要解決產品壽命周期內各個階段的可靠性相關問題，其有別于傳統的串行可靠性設計的特點是實現相鄰階段設計活動的盡量并行，這要求上游階段對下游階段的信息預發布以及下游階段對上游階段的信息反饋，因此必須將壽命周期內各個階段的可靠性信息進行集成的管理，以支持壽命周期內各階段可靠性工程活動之間的信息交互。

    (5)并行可靠性設計需要多種產品設計數據的支持，包括幾何數據、管理數據、配置數據等，它們不是可靠性設計領域所產生的信息，但在可靠性設計過程中需要以它們為基礎，對它們進行參照或引用，因此，必須對產品數據進行集成管理，以方便可靠性工程活動對產品設計數據的參照與引用。

    3.3 武器裝備并行可靠性設計流程模型

    由上述分析可見，可靠性設計過程與武器裝備的研發過程是并行的。根據可靠性設計是面向全壽命周期和面向并行工程的思想，結合網絡技術，提出武器裝備并行可靠性設計設計流程總模型。以軍用工程機械的并行可靠性設計為例，可看到信息交流是實施并行可靠性設計的關鍵。由于所有工作在工程實施中是并行進行的，要求所有成員能隨時了解工程、產品設計及實施的變化，工程進度以及其他情況，這就要求各部門之間必須能夠即時進行信息交流。在武器裝備并行可靠性設計流程程中有兩條并行的主線：一條是武器裝備的設計開發，另一條是裝備的可靠性設計技術方法。這兩條主線相互聯系、相互作用，構成了基于并行工程的武器裝備可靠性設計的全過程。

所以，通過軍用工程機械的設計過程可看出，武器裝備的開發可分為（戰術）技術指標論證、方案論證及確認、工程研制（包括初步設計與詳細設計階段）、設計定型、生產定型五個階段。

    根據并行可靠性設計流程，主要的可靠性設計技術方法包括可靠性分析、可靠性分配、可靠性預計、可靠性增長試驗與評估等。

4 結束語

    本文提出了基于并行工程的武器裝備可靠性設計思想，與傳統可靠性設計相比具有很大的優勢，能夠真正實現設計的并行，充分考慮全過程的各種因素。本文分析闡述了武器裝備實現并行可靠性設計的關鍵技術，重點需要解決的問題，為武器裝備并行可靠性設計的研究指明了方向。