大型復雜電子系統(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)開展大型復雜電子系統(tǒng)可靠性增長工作的試驗及評估方法?？梢砸勒誂MSAA模型對緊縮系統(tǒng)可靠性增長試驗進行評估，計算所得的MTBF考慮緊縮系統(tǒng)與全系統(tǒng)關系后，即可得對全系統(tǒng)可靠性進行估算。在綜合應力下對系統(tǒng)性能功能進行考核、驗證的同時，有效提高了全系統(tǒng)評估精度，更貼近工程實際。

大型復雜電子系統(tǒng)；緊縮系統(tǒng)；可靠性增長

引言

隨著我軍現(xiàn)代化、網絡化、信息化武器裝備的發(fā)展，武器裝備的組成結構、功能越來越復雜，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用。實踐表明，可靠性增長試驗一直是提高電子產品可靠性的重要途徑，但對于大型電子系統(tǒng)，單純的增長試驗往往需要耗費大量的資源。一是由于其本身體積龐大，試驗技術復雜，目前國內沒有相應的試驗設備能夠滿足其進行可靠性試驗的需求。如：如某大型電子系統(tǒng)需要試驗設施容積在90m3以上，加上連接電纜、冷卻系統(tǒng)等所需100m3以上的試驗設備（試驗箱），而我國當前最大的試驗箱僅為40m3，遠不能滿足試驗需求；另外，由于組成系統(tǒng)的設備可靠性指標高，平均故障時間（MTBF）高達數(shù)千小時以上（單臺/套），且采購數(shù)量又少，如果采用新研設備全數(shù)試驗方法，即傳統(tǒng)試驗方法，不僅試驗時間長，單是試驗件的投入及試驗費用也是難于承受的。尤其對于單臺套大型電子系統(tǒng)，可靠性增長試驗具有破壞性，試驗后產品無法交付使用。因此，對于大型復雜電子設備不具備開展可靠性增長試驗的條件，急需適用于工程實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

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

本文針對以上兩個問題，提出基于緊縮系統(tǒng)的大型復雜電子系統(tǒng)可靠性增長方法。所謂緊縮系統(tǒng)，即指在系統(tǒng)整體試驗方案基礎上，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)量抽取受試設備，抽樣設備和系統(tǒng)整體中非冗余子系統(tǒng)組合成一個新的小型系統(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，并進行全系統(tǒng)外場試飛。

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

緊縮系統(tǒng)可靠性增長試驗可以依照AMSAA模型進行評估，計算所得的MTBF考慮緊縮系統(tǒng)與全系統(tǒng)關系后，即可得對全系統(tǒng)可靠性進行估算。

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個組裝等級組成的系統(tǒng)為例，即假設系統(tǒng)(可靠性為RS)是由3個相互獨立可靠性分別為R1、R2、R3等多裝配級構成的，討論系統(tǒng)結構是串聯(lián)和并聯(lián)的情況，其可靠性函數(shù)分別為：

全系統(tǒng)可靠度可以根據緊縮系統(tǒng)可靠性增長試驗評估結果以及緊縮系統(tǒng)與全系統(tǒng)可靠度折算關系得出；也可以根據系統(tǒng)的可靠性傳遞關系，以及各級系統(tǒng)的試驗數(shù)據來綜合評估系統(tǒng)的可靠性。將子系統(tǒng)可靠性增長試驗數(shù)據折合為指數(shù)壽命型試驗數(shù)據，利用系統(tǒng)可靠性結構，系統(tǒng)可靠性原點矩與子系統(tǒng)可靠性原點矩之間的關系，將子系統(tǒng)試驗數(shù)據綜合為系統(tǒng)試驗數(shù)據。

假設各級系統(tǒng)以及系統(tǒng)的可靠性為[0, 1] 之間的隨機變量, 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階原點矩E(Rk)與系統(tǒng)可靠性的k階原ii點矩μk有如下關系：

緊縮系統(tǒng)與全系統(tǒng)可靠度之間關系可以由下式表示：

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

3.1 可靠性增長模型

3.2 MTBF的極大似然估計

單臺（套）產品時間截尾的似然函數(shù)為【2】：

式中t1,…,tn為產品依次出現(xiàn)失效的時刻；T為截尾時刻。

式（6）分別對a, b求偏導，令其為0，可得：

3.3 失效數(shù)據

在工程實踐中，緊縮系統(tǒng)的可靠性增長可以分為兩個階段：系統(tǒng)調試、聯(lián)試階段，系統(tǒng)可靠性增長試驗階段。由于系統(tǒng)組成和工作原理復雜、技術指標眾多，不經調試和聯(lián)試，很難達到技術指標要求，把各分系統(tǒng)組裝為全系統(tǒng)，調整各項參數(shù)指標到達最優(yōu)，就是系統(tǒng)可靠性增長的過程，所以可以根據調試過程中系統(tǒng)失效數(shù)據結合可靠性增長試驗中的失效數(shù)據進行評估。

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

1）假設Ho：單臺套系統(tǒng)的失效過程服從泊松分布。

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

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

2）選取統(tǒng)計量μ；求出假設H。成立時μ的分布與分位數(shù)。

3）根據試驗結果計算μ的真實值。

4 結束語

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

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

[2] 梅文華.可靠性增長試驗[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”設計工作。

譚麟（1983-），女，北京人，工程師，主要從事質量管理工作。