李 星，譚 麟

（1.中國電子科學(xué)研究院，北京 100041； 2.空軍駐京昌地區(qū)軍事代表室 北京 100041）

大型復(fù)雜電子系統(tǒng)可靠性增長方法探討

李 星，譚 麟

（1.中國電子科學(xué)研究院，北京 100041； 2.空軍駐京昌地區(qū)軍事代表室 北京 100041）

本文論述了基于緊縮系統(tǒng)開展大型復(fù)雜電子系統(tǒng)可靠性增長工作的試驗(yàn)及評估方法?？梢砸勒誂MSAA模型對緊縮系統(tǒng)可靠性增長試驗(yàn)進(jìn)行評估，計(jì)算所得的MTBF考慮緊縮系統(tǒng)與全系統(tǒng)關(guān)系后，即可得對全系統(tǒng)可靠性進(jìn)行估算。在綜合應(yīng)力下對系統(tǒng)性能功能進(jìn)行考核、驗(yàn)證的同時(shí)，有效提高了全系統(tǒng)評估精度，更貼近工程實(shí)際。

大型復(fù)雜電子系統(tǒng)；緊縮系統(tǒng)；可靠性增長

引言

隨著我軍現(xiàn)代化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化武器裝備的發(fā)展，武器裝備的組成結(jié)構(gòu)、功能越來越復(fù)雜，信息化程度越來越高，大型電子系統(tǒng)在現(xiàn)代化武器裝備中被廣泛應(yīng)用。實(shí)踐表明，可靠性增長試驗(yàn)一直是提高電子產(chǎn)品可靠性的重要途徑，但對于大型電子系統(tǒng)，單純的增長試驗(yàn)往往需要耗費(fèi)大量的資源。一是由于其本身體積龐大，試驗(yàn)技術(shù)復(fù)雜，目前國內(nèi)沒有相應(yīng)的試驗(yàn)設(shè)備能夠滿足其進(jìn)行可靠性試驗(yàn)的需求。如：如某大型電子系統(tǒng)需要試驗(yàn)設(shè)施容積在90m3以上，加上連接電纜、冷卻系統(tǒng)等所需100m3以上的試驗(yàn)設(shè)備（試驗(yàn)箱），而我國當(dāng)前最大的試驗(yàn)箱僅為40m3，遠(yuǎn)不能滿足試驗(yàn)需求；另外，由于組成系統(tǒng)的設(shè)備可靠性指標(biāo)高，平均故障時(shí)間（MTBF）高達(dá)數(shù)千小時(shí)以上（單臺/套），且采購數(shù)量又少，如果采用新研設(shè)備全數(shù)試驗(yàn)方法，即傳統(tǒng)試驗(yàn)方法，不僅試驗(yàn)時(shí)間長，單是試驗(yàn)件的投入及試驗(yàn)費(fèi)用也是難于承受的。尤其對于單臺套大型電子系統(tǒng)，可靠性增長試驗(yàn)具有破壞性，試驗(yàn)后產(chǎn)品無法交付使用。因此，對于大型復(fù)雜電子設(shè)備不具備開展可靠性增長試驗(yàn)的條件，急需適用于工程實(shí)踐的可靠性增長方法，以縮短研制周期，使其可靠性得到切實(shí)的增長。

1 可靠性增長及評估的總體思路

工程中一般難以實(shí)施全系統(tǒng)可靠性增長試驗(yàn)，通常只能盡量收集分系統(tǒng)及以下各組裝等級的試驗(yàn)信息，根據(jù)金字塔式可靠性增長試驗(yàn)的思想[1]，確定各級可靠性置信下限，并對全系統(tǒng)可靠性進(jìn)行綜合評估。 除少量外場的使用數(shù)據(jù)之外，可用的系統(tǒng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)極少，評估精度有待提高。另外，由于無法實(shí)施系統(tǒng)級可靠性增長試驗(yàn)，對綜合環(huán)境下系統(tǒng)功能和性能的考核也難以達(dá)成，只能通過外場試驗(yàn)來實(shí)現(xiàn)，經(jīng)常會在實(shí)際交付部隊(duì)后，還存在一定數(shù)量故障。

本文針對以上兩個(gè)問題，提出基于緊縮系統(tǒng)的大型復(fù)雜電子系統(tǒng)可靠性增長方法。所謂緊縮系統(tǒng)，即指在系統(tǒng)整體試驗(yàn)方案基礎(chǔ)上，對系統(tǒng)中冗余子系統(tǒng)（包括常規(guī)冗余子系統(tǒng)、功能冗余子系統(tǒng)）按照規(guī)定數(shù)量抽取受試設(shè)備，抽樣設(shè)備和系統(tǒng)整體中非冗余子系統(tǒng)組合成一個(gè)新的小型系統(tǒng)，由新的小型系統(tǒng)替代系統(tǒng)整體開展可靠性增長試驗(yàn)，并進(jìn)行全系統(tǒng)外場試飛。

對于緊縮系統(tǒng)，可靠性增長試驗(yàn)既可在綜合環(huán)境應(yīng)力下考核系統(tǒng)功能和性能，又和全系統(tǒng)可靠性指標(biāo)之間存在一定關(guān)系，其試驗(yàn)數(shù)據(jù)更貼近真實(shí)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，對系統(tǒng)可靠性評估的貢獻(xiàn)度更高，有助于提高評估精度。

緊縮系統(tǒng)可靠性增長試驗(yàn)可以依照AMSAA模型進(jìn)行評估，計(jì)算所得的MTBF考慮緊縮系統(tǒng)與全系統(tǒng)關(guān)系后，即可得對全系統(tǒng)可靠性進(jìn)行估算。

2 系統(tǒng)描述

系統(tǒng)由可逐級傳遞的多組裝等級組成，不妨以3個(gè)組裝等級組成的系統(tǒng)為例，即假設(shè)系統(tǒng)(可靠性為RS)是由3個(gè)相互獨(dú)立可靠性分別為R1、R2、R3等多裝配級構(gòu)成的，討論系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是串聯(lián)和并聯(lián)的情況，其可靠性函數(shù)分別為：

全系統(tǒng)可靠度可以根據(jù)緊縮系統(tǒng)可靠性增長試驗(yàn)評估結(jié)果以及緊縮系統(tǒng)與全系統(tǒng)可靠度折算關(guān)系得出；也可以根據(jù)系統(tǒng)的可靠性傳遞關(guān)系，以及各級系統(tǒng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)來綜合評估系統(tǒng)的可靠性。將子系統(tǒng)可靠性增長試驗(yàn)數(shù)據(jù)折合為指數(shù)壽命型試驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用系統(tǒng)可靠性結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)可靠性原點(diǎn)矩與子系統(tǒng)可靠性原點(diǎn)矩之間的關(guān)系，將子系統(tǒng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)綜合為系統(tǒng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

假設(shè)各級系統(tǒng)以及系統(tǒng)的可靠性為[0, 1] 之間的隨機(jī)變量, 并分別服從分布f(Ri)、f(Rs), 則子系統(tǒng)可靠性R, i=1,…,n,的k階原點(diǎn)矩E(Rk)與系統(tǒng)可靠性的k階原ii點(diǎn)矩μk有如下關(guān)系：

緊縮系統(tǒng)與全系統(tǒng)可靠度之間關(guān)系可以由下式表示：

其中：

R全為全系統(tǒng)可靠度；

R緊為緊縮系統(tǒng)可靠度；

3 緊縮系統(tǒng)可靠性增長試驗(yàn)

3.1 可靠性增長模型

3.2 MTBF的極大似然估計(jì)

單臺（套）產(chǎn)品時(shí)間截尾的似然函數(shù)為【2】：

式中t1,…,tn為產(chǎn)品依次出現(xiàn)失效的時(shí)刻；T為截尾時(shí)刻。

式（6）分別對a, b求偏導(dǎo)，令其為0，可得：

3.3 失效數(shù)據(jù)

在工程實(shí)踐中，緊縮系統(tǒng)的可靠性增長可以分為兩個(gè)階段：系統(tǒng)調(diào)試、聯(lián)試階段，系統(tǒng)可靠性增長試驗(yàn)階段。由于系統(tǒng)組成和工作原理復(fù)雜、技術(shù)指標(biāo)眾多，不經(jīng)調(diào)試和聯(lián)試，很難達(dá)到技術(shù)指標(biāo)要求，把各分系統(tǒng)組裝為全系統(tǒng)，調(diào)整各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)到達(dá)最優(yōu)，就是系統(tǒng)可靠性增長的過程，所以可以根據(jù)調(diào)試過程中系統(tǒng)失效數(shù)據(jù)結(jié)合可靠性增長試驗(yàn)中的失效數(shù)據(jù)進(jìn)行評估。

以下給出判定驗(yàn)證數(shù)據(jù)是否具有明顯的可靠性增長趨勢的拉普拉斯趨勢檢驗(yàn)法，具體步驟如下：

1）假設(shè)Ho：單臺套系統(tǒng)的失效過程服從泊松分布。

接受Ho：失效時(shí)間間隔ti-ti-1(i=1,…,n)服從指數(shù)分布，產(chǎn)品無可靠性增長趨勢。

拒絕H。失效時(shí)間間隔ti-ti-1(i=1,…,n)隨機(jī)變長或變短(即產(chǎn)品可靠性存在趨勢性變化)。

2）選取統(tǒng)計(jì)量μ；求出假設(shè)H。成立時(shí)μ的分布與分位數(shù)。

3）根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算μ的真實(shí)值。

4 結(jié)束語

本文論述了基于緊縮系統(tǒng)開展大型復(fù)雜電子系統(tǒng)可靠性增長工作的試驗(yàn)及評估方法，可以在綜合應(yīng)力下盡可能地對系統(tǒng)性能功能進(jìn)行考核，有效提高全系統(tǒng)評估精度。該方法貼近工程實(shí)際，可以通過綜合環(huán)境的考核，縮短大型復(fù)雜電子系統(tǒng)研制周期，使其可靠性水平在交付前能得到切實(shí)的增長。

[1] 周源泉，翁朝曦. 可靠性評定[M]. 北京: 科學(xué)出版社，1992.

[2] 梅文華.可靠性增長試驗(yàn)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2003.

Discussion on the Reliability Growth Method of Large and Complex Electronic Systems

LI Xing, TAN Lin
（1. China Academy of Electronics and Information Technology, Beijing 100041; 2. Air Force Military Representative Office in Jingchang Area, Beijing 100041）

This paper discusses the test and evaluation methods to carry out the large and complex electronic systems reliability growth based on the work of tightening system. AMSAA model can be assessed to the tightening system reliability growth test, considering the proportion between the tightening system and the whole system, the reliability of the whole system can be estimated. Function and property of the system were assessed under the integrated st ress. It can improve assessment accuracy of the whole system and the conclusion was more close to practical project.

large and complex electronic systems; tightening system; reliability growth

TB 114.3

A

1004-7204（2014）03-0033-03

李星（1980-），男，北京人，工程師，主要從事“五性”設(shè)計(jì)工作。

譚麟（1983-），女，北京人，工程師，主要從事質(zhì)量管理工作。