基于VB的雙路冗余裝置可靠性分配計算軟件

賈 瑾，郭 穎，周守鋒

（西安機電信息技術(shù)研究所，陜西 西安 710065）

0 引言

一直以來，可靠性對軍事的作用十分明顯，能夠提高作戰(zhàn)能力，減少維修人力并降低使用保障費用［1］。建立可靠性模型、進行可靠性分配是可靠性設(shè)計的重要內(nèi)容。建立可靠性模型的目的和用途在于定量分配、估算和評估產(chǎn)品的可靠性?？煽啃苑峙涞慕Y(jié)果為產(chǎn)品零部件和元器件的選擇、設(shè)計、制造及檢驗等提供重要的依據(jù)，明確它們應(yīng)達到的可靠性定量要求，從而估計所需的人力、時間和資源，尋求實現(xiàn)的可能性及辦法［2］。

原雙路冗余安全與解除保險裝置按“串－并”系統(tǒng)建立可靠性模型，過于簡單，其單路串聯(lián)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型與實際工作原理有偏差。對于混聯(lián)系統(tǒng)可靠性模型，在進行可靠性分配時，傳統(tǒng)的手工計算量大，尤其是在反復(fù)進行可靠性分配時更顯得繁復(fù)，且出錯后不宜查證。雙路冗余裝置的系列產(chǎn)品，其混合系統(tǒng)模型相似，當(dāng)串、并聯(lián)單元數(shù)量或單元零部件數(shù)量、重要程度發(fā)生改變時，需要重新進行復(fù)雜的可靠性分配計算，通用性不足。為此，本文應(yīng)用VB平臺編制了雙路冗余安全與解除保險裝置可靠性分配計算軟件。

1 背景

1.1 原可靠性模型

雙路冗余安全與解除保險裝置原可靠性模型為“串－并”系統(tǒng)模型，將其單路系統(tǒng)簡單地視為可靠性串聯(lián)模型，其單路可靠性框圖如圖1所示。

圖1 原雙路冗余安全與解除保險裝置單路可靠性框圖Fig.1 The original dual redundant safety and arming device single reliability block diagram

其可靠性數(shù)學(xué)模型直接采用考慮重要度和復(fù)雜度可靠性分配方法（又稱為AGREE分配法）。該裝置第i個部件的可靠度：

式（1）中，ni為第i個部件的基本構(gòu)成零件數(shù)；N為裝置的基本構(gòu)成零件數(shù)為第i個部件的重要度，0≤ωi≤1；為裝置的可靠度指標(biāo)。

1.2 原可靠性分配計算方法

雙路冗余安全與解除保險裝置原先進行可靠性分配計算時采用傳統(tǒng)的手工計算方法，計算繁復(fù)，計算量偏大，常常需要借助計算器。如果發(fā)生一個數(shù)據(jù)輸入錯誤就導(dǎo)致全部計算重新進行。隨著產(chǎn)品設(shè)計工作的進展，產(chǎn)品組件或零部件單元的數(shù)量、工作時間和重要程度均有可能發(fā)生變化，其復(fù)雜度和重要度相應(yīng)改變，導(dǎo)致大量的計算工作需要重新進行，費時費力。

1.3 VB程序平臺

計算機編程對于現(xiàn)代可靠性設(shè)計越來越重要。比較現(xiàn)在的計算機語言編程平臺，VC雖然具有較強的數(shù)據(jù)庫管理及工程繪圖功能，但易學(xué)易用性及計算功能不如VB。對于可靠性設(shè)計編程來說，易學(xué)易用和計算功能強大是最有利的［3］。

VB（Visual Basic）是 Microsoft公司推出的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的高級語言。VB最大的兩個特點是“可視化”和“事件驅(qū)動”。程序員不用編寫大量代碼，而只要把預(yù)先設(shè)置的界面元素拖放到屏幕上的適當(dāng)位置即可建立完備的可視化界面。程序的運行通過事件驅(qū)動完成，用戶或系統(tǒng)觸發(fā)了某一個事件，就執(zhí)行程序員在此事件中編寫的一段代碼［4］。與早期面向過程語言相比，使用VB，程序員可以將更多的時間放在設(shè)計算法上以解決實際問題，以及設(shè)計更友好的用戶界面上［5］。

2 基于VB的雙路冗余裝置可靠性分配程序

2.1 雙路冗余裝置可靠性模型

雙路冗余安全與解除保險裝置可靠度指標(biāo)為0.997 5。為了滿足高可靠性指標(biāo)，該裝置采用冗余設(shè)計，各部件、電路及傳爆序列的一、二級火工品均由相同的兩套機構(gòu)組成，以雙路工作體制，對末級火工品同時輸出起爆信號，有效提高裝置正常作用的可靠性。簡單地將該裝置視為兩個單路系統(tǒng)先串聯(lián)后并聯(lián)的可靠性模型并不合理，依據(jù)對其工作原理的分析，裝置實際為“串－并－串”的混聯(lián)系統(tǒng)模型。各部件單元中一個單元故障則并聯(lián)中一條支路就發(fā)生故障，兩條支路所組成的并聯(lián)冗余系統(tǒng)與末級火工品串聯(lián)。其可靠性框圖如圖2所示。

“串－并－串”的混聯(lián)系統(tǒng)模型較為復(fù)雜，不適宜直接使用考慮重要度和復(fù)雜度可靠性分配方法的公式。設(shè)可靠性框圖中各部件的可靠性依次為R1，R2，…，R8，其可靠性框圖可逐步等效化簡，如圖3所示。

圖2 雙路冗余安全與解除保險裝置可靠性框圖Fig.2 Dual redundancy safety and arming device reliability block diagram

圖3 雙路冗余安全與解除保險裝置可靠性等效化簡框圖Fig.3 Dual redundancy safety and arming device reliability equivalent simplified block diagram

依據(jù)雙路冗余安全與解除保險裝置可靠性等效化簡框圖，建立其可靠性數(shù)學(xué)模型。將R1、R2…R7的單路串聯(lián)系統(tǒng)視為Rd，再將雙路的Rd冗余系統(tǒng)視為RL，RL和R8為串聯(lián)系統(tǒng)，代入公式（1），得到和R8的分配值。

根據(jù)并聯(lián)系統(tǒng)可靠度的數(shù)學(xué)模型：

計算裝置的可靠度：

將雙路冗余裝置各部件的可靠度分配結(jié)果代入公式（2），依次得到Rd、RL和Rs：

比較Rs和，如果Rs＞，則滿足可靠性指標(biāo)要求，完成可靠性分配。

2.2 基于VB的雙路冗余裝置可靠性分配計算軟件

依據(jù)上述模型，應(yīng)用VB編寫雙路冗余裝置可靠性分配過程的計算程序源代碼，并調(diào)試到計算結(jié)果正確。在窗體中分別建立串聯(lián)系統(tǒng)和并聯(lián)系統(tǒng)各10個單元，每個單元設(shè)有組成單元零件數(shù)、重要度和可靠度分配結(jié)果3個文本框，完成窗體框架。編寫各過程代碼指令，運行程序，調(diào)試到與源代碼運行結(jié)果一致，即達到設(shè)計要求。

該軟件可根據(jù)用戶需求對 “串－并－串”混聯(lián)系統(tǒng)模型的并聯(lián)單元和串聯(lián)單元進行10個以內(nèi)單元的選擇，倘若各單元的零部件數(shù)量或其重要度發(fā)生變化，不需要手工重新代入計算，只需更改VB軟件界面的輸入初始值即可，具有一定通用性，能夠滿足雙路冗余裝置系列產(chǎn)品的可靠性分配計算。

采用VB編程實現(xiàn)可靠性分配，計算量得到簡化，計算速度快捷，計算結(jié)果準(zhǔn)確。不需要再對每一個組部件單元進行分析，只需明確各單元的復(fù)雜度及重要度即可。VB界面清晰簡潔，減少用戶在操作中的混亂和困難，形成醒目直觀的界面，方便查證。

3 驗證實例

3.1 應(yīng)用實例

基于VB編寫的雙路冗余裝置可靠性分配計算軟件界面如圖4所示。依次輸入可靠性目標(biāo)值、并聯(lián)7個單元的組成零件數(shù)量和重要度、串聯(lián)1個單元的組成零件數(shù)量和重要度。點擊"開始計算"按鈕，軟件后臺程序執(zhí)行各過程代碼指令，按照圖3雙路冗余裝置可靠性等效化簡模型，首先計算出R1，R2，…，R8的可靠度值。軟件程序在后臺繼續(xù)運行，反推雙路冗余裝置可靠性等效化簡模型，再依據(jù)計算所得的R1，R2，…，R8可靠度值，得到分配后可靠度的計算結(jié)果Rs，即可進行可靠性分配合理性驗證。

圖4 基于VB的雙路冗余裝置可靠性分配計算軟件界面Fig.4 Based on VB dual redundant device reliability distributed computing software interface

軟件計算所得Rs為0.997 501，大于可靠性目標(biāo)值R＊s，故雙路冗余裝置可靠性分配結(jié)果合理可行。通過該雙路冗余裝置可靠性分配計算軟件，達到實現(xiàn)快速分配計算的目的。

3.2 適用性分析

在研制過程中可靠性分配不止進行一次。對不同的設(shè)計方案進行比較，為設(shè)計決策提供依據(jù)；或是與可靠性預(yù)計結(jié)果進行比較，以便確定分配的合理性；隨著設(shè)計工作的不斷深入，可靠性模型的逐步細化，可靠性分配也要隨之反復(fù)迭代［2］。

基于VB的雙路冗余裝置可靠性分配方法，不需要再去理解、套用公式，省略大量中間環(huán)節(jié)；一鍵即可自動執(zhí)行可靠性分配，改變了傳統(tǒng)繁復(fù)的手工計算，使用簡單方便；節(jié)省時間，快速實時得到計算結(jié)果，且正確率有保證，不受人員計算的中間過程影響；基于VB的軟件界面直觀簡便，適宜反復(fù)迭代操作。

3.3 通用性分析

對于雙路冗余裝置系列產(chǎn)品來說，其可靠性框圖及混聯(lián)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型大體相似，只是其中的串聯(lián)系統(tǒng)和并聯(lián)系統(tǒng)的單元數(shù)量或各單元組成數(shù)量、重要度有區(qū)別。軟件采用VB平臺的界面，設(shè)置足夠的串聯(lián)系統(tǒng)和并聯(lián)系統(tǒng)的單元數(shù)量，可根據(jù)產(chǎn)品具體的混聯(lián)系統(tǒng)模型選擇各單元數(shù)量，具有很好的通用性。每一單元的組成數(shù)量、重要度單獨列出，方便進行調(diào)整計算。

雙路冗余裝置目前技術(shù)成熟，使用廣泛。其系列產(chǎn)品在已定型產(chǎn)品的基礎(chǔ)上還有很大的發(fā)展空間。簡單地將雙路冗余裝置看作串并聯(lián)系統(tǒng)進行可靠性分配并不合理?！按ⅲ钡幕旌舷到y(tǒng)模型雖然建模準(zhǔn)確，但計算復(fù)雜耗時。采用基于VB編程的雙路冗余裝置可靠性通用分配方法，既解決建模合理性的問題，又使計算直觀簡便，具有很好的實用性。

4 結(jié)論

本文提出了基于VB的雙路冗余裝置可靠性分配計算軟件，該軟件以共用末級火工品的雙路冗余安全與解除保險裝置為對象，建立“串－并－串”混聯(lián)系統(tǒng)模型，使用VB編制。在窗體中建立了可供用戶依據(jù)具體情況選擇的串聯(lián)系統(tǒng)和并聯(lián)系統(tǒng)各10個單元，每個單元設(shè)有組成單元零件數(shù)、重要度和可靠度分配結(jié)果3個文本框。驗證和分析表明該可靠性模型準(zhǔn)確，分配方法合理可行，保證了計算結(jié)果的正確率，使用簡便，快速實時，適用于可靠性分配反復(fù)迭代操作，且具有一定范圍的通用性。擬進一步對雙路冗余裝置系列產(chǎn)品的各單元重要度進行分類，實現(xiàn)可靠性分配結(jié)果的優(yōu)化。

［1］李良巧.產(chǎn)品可靠性基礎(chǔ)［M］.北京：中國兵器質(zhì)量與可靠性研究中心，2002.

［2］編寫組.GJB／Z 135－2002引信工程設(shè)計手冊［S］.北京：總裝備部軍標(biāo)出版發(fā)行部，2003.

［3］張楓念.機械可靠性設(shè)計與VB編程實例［M］.化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

［4］孫越.Visual Basic數(shù)據(jù)庫開發(fā)自學(xué)教程［M］.北京：人民郵電出版社，2002.

［5］孟德欣.VB程序設(shè)計［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2009.

［6］陸廷孝.可靠性設(shè)計與分析［M］.北京：國防工業(yè)出版社，1995.