許彥鑫，陸培永

（華東電子工程研究所，安徽 合肥 230031）

1 引言

裝備系統(tǒng)的可靠性是其最重要的性能指標(biāo)之一，為確定型號產(chǎn)品的可靠性水平是否達(dá)到研制總要求中規(guī)定的可靠性指標(biāo)要求，在設(shè)計定型過程中，往往都需要進(jìn)行可靠性指標(biāo)驗證與評價，并以此作為批準(zhǔn)定型的依據(jù)。產(chǎn)品可靠性指標(biāo)的驗證與評價可以通過在試驗室內(nèi)開展可靠性鑒定試驗來進(jìn)行，也可以通過積累現(xiàn)場使用信息來評估。對機(jī)載電子系統(tǒng)而言，開展試驗室可靠性鑒定試驗是其設(shè)計定型的必備條件之一。

然而，受試驗室規(guī)模的限制，對一些大型系統(tǒng)而言，由于設(shè)備量龐大，系統(tǒng)組成復(fù)雜，開展整機(jī)級的試驗室可靠性鑒定試驗往往難以實(shí)現(xiàn)。為此，不少專家從不同的角度，提出了各種實(shí)驗方法，如分步實(shí)施、組合驗證，這些都很好地解決了工程應(yīng)用問題。本文以某機(jī)載雷達(dá)為例，介紹了一種基于緊縮系統(tǒng)的可靠性驗證試驗方法。

2 緊縮系統(tǒng)試驗方法的基本原理

所謂緊縮系統(tǒng)的可靠性驗證試驗方法，是指對大型復(fù)雜系統(tǒng)中裝機(jī)數(shù)量較多的組成單元按一定的比例進(jìn)行縮減，構(gòu)成一個在功能上基本相同的緊縮系統(tǒng)，通過對緊縮系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗室可靠性驗證試驗來反推原系統(tǒng)的可靠性水平。

如一個復(fù)雜系統(tǒng)由n個功能單元組成，設(shè)計定型可靠性考核指標(biāo)為θ1，若所有組成單元均可按同一比例系數(shù)1/K進(jìn)行縮減，即構(gòu)成的緊縮系統(tǒng)在設(shè)備量上為原系統(tǒng)的1/K，那么從理論上講，緊縮系統(tǒng)的MTBF值為原系統(tǒng)的K倍，在利用緊縮系統(tǒng)進(jìn)行可靠性鑒定試驗時，考核指標(biāo)就可以確定為Kθ1。

但實(shí)際上，如要實(shí)現(xiàn)原系統(tǒng)的功能，各組成單元往往不能按同一系數(shù)進(jìn)行縮減，需要采取不同的縮減比例，如從單元1到單元n的縮減比例分別為K1、K2、…、Kn，在此種情況下，可根據(jù)系統(tǒng)的可靠性模型，將設(shè)計定型考核指標(biāo)θ1分配至各功能單元，如單元1到單元n的可靠性指標(biāo)分配值分別為MTBF1、MTBF2、…、MTBFn，那么緊縮后新系統(tǒng)的可靠性考核指標(biāo)

3 緊縮系統(tǒng)試驗方法的應(yīng)用

某大型機(jī)載雷達(dá)系統(tǒng)由氣密艙內(nèi)設(shè)備與艙外設(shè)備兩大部分組成，在進(jìn)行可靠性鑒定試驗時，由于艙外設(shè)備的體積較大，在全面調(diào)研國內(nèi)實(shí)驗室的現(xiàn)有規(guī)模及能力后，均無法實(shí)現(xiàn)整機(jī)系統(tǒng)進(jìn)入試驗箱體進(jìn)行可靠性指標(biāo)驗證。

由于該雷達(dá)采用有源相控陣天線系統(tǒng)，天線的單元數(shù)可以按一定的設(shè)備組成來擴(kuò)展或縮減，相應(yīng)的T/R組件、功分網(wǎng)絡(luò)、波控以及電源等都可以按比例擴(kuò)展或縮減而構(gòu)成功能完全相同但性能有差異的系統(tǒng)。在綜合考慮試驗時間、經(jīng)費(fèi)及試驗箱規(guī)模等諸多因素后，決定采用緊縮系統(tǒng)進(jìn)行可靠性指標(biāo)驗證，緊縮系統(tǒng)由全狀態(tài)的艙內(nèi)設(shè)備和按1/6比例縮減后的艙外設(shè)備組成。

3.1 確定緊縮系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)

原系統(tǒng)基本可靠性（MTBF）設(shè)計定型最低可接受值為33 h，可靠性模型為艙內(nèi)設(shè)備和艙外設(shè)備的串聯(lián)結(jié)構(gòu)模型，通過可靠性分配來確定艙內(nèi)設(shè)備和艙外設(shè)備的可靠性指標(biāo)，見表1。

表1 可靠性指標(biāo)分配結(jié)果

緊縮系統(tǒng)主要針對艙外設(shè)備按1/6比例進(jìn)行縮減，艙內(nèi)設(shè)備保持原有的狀態(tài)。緊縮系統(tǒng)的可靠性考核指標(biāo)為：

3.2 選擇統(tǒng)計試驗方案

在綜合考慮緊縮系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)預(yù)計結(jié)果、項目研制進(jìn)度、試驗經(jīng)費(fèi)等因素后，選取GJB 899的定時試驗方案20-4，具體方案參數(shù)見表2。

表2 緊縮系統(tǒng)統(tǒng)計試驗方案參數(shù)

根據(jù)可靠性預(yù)計結(jié)果，T/R組件為雷達(dá)系統(tǒng)基本可靠性的瓶頸單元，其失效率占雷達(dá)系統(tǒng)總失效率的百分比達(dá)80%左右。由于系統(tǒng)緊縮后T/R組件的裝機(jī)數(shù)量僅為整機(jī)系統(tǒng)的1/6，從這個意義上講，利用緊縮系統(tǒng)進(jìn)行可靠性試驗時，作為影響雷達(dá)系統(tǒng)可靠性水平的最主要設(shè)備，T/R組件受到的考核難以代表雷達(dá)系統(tǒng)的真實(shí)狀況和實(shí)際水平。

為進(jìn)一步保證試驗的真實(shí)性、充分性和科學(xué)性，降低使用方的風(fēng)險，該大型機(jī)載雷達(dá)在利用緊縮系統(tǒng)進(jìn)行可靠性鑒定試驗的同時，還必須對T/R組件單獨(dú)進(jìn)行可靠性指標(biāo)驗證（選取32只組件進(jìn)行實(shí)驗室可靠性試驗），且只有緊縮系統(tǒng)與T/R組件同時通過可靠性指標(biāo)考核，雷達(dá)系統(tǒng)才能通過可靠性鑒定試驗。

在確定緊縮系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)及統(tǒng)計試驗方案后，該大型機(jī)載雷達(dá)按相關(guān)管理要求組織實(shí)施并順利通過了可靠性鑒定試驗。

4 緊縮系統(tǒng)試驗方法應(yīng)用需探討的幾個問題

4.1 可靠性指標(biāo)的換算

緊縮系統(tǒng)各單元的可靠性指標(biāo)是通過對原系統(tǒng)各單元進(jìn)行可靠性分配而得到的，由于分配值是可靠性設(shè)計中的一個重要環(huán)節(jié)，屬于設(shè)計過程，那么這種做法本身與通過試驗來驗證設(shè)計過程的正確性相違背，且潛藏著較大的風(fēng)險，如果承制單位的可靠性工程開展得比較好，所得到的可靠性設(shè)計數(shù)據(jù)的置信度較高時，那么，緊縮單元的種類和緊縮比例對MTBF的真值影響就較小，否則，緊縮單元和各單元的緊縮比例對可靠性指標(biāo)驗證結(jié)果的影響是致命的。因此，在選擇緊縮系統(tǒng)可靠性驗證試驗方法時，首先對應(yīng)承制單位可靠性工程的開展情況進(jìn)行一個綜合性的審核與評價，作為決策的依據(jù)和基礎(chǔ)。

4.2 緊縮系統(tǒng)技術(shù)要求的確定

可靠性驗證試驗受試樣機(jī)的技術(shù)狀態(tài)必須與定型狀態(tài)保持一致，緊縮系統(tǒng)試驗方案的一個首要前提就是整機(jī)系統(tǒng)在體制上、技術(shù)上具備縮減而不影響功能的可能性及可行性。然而，在具體到性能指標(biāo)上，緊縮系統(tǒng)必然會與整機(jī)系統(tǒng)存在差異，這就要求在確定緊縮系統(tǒng)的技術(shù)要求或指標(biāo)體系時，必須謹(jǐn)慎、準(zhǔn)確地把握，甚至通過行業(yè)專家評審把關(guān)，確保緊縮系統(tǒng)技術(shù)狀態(tài)的一致性、符合性。即便如此，由于系統(tǒng)縮減，造成信號接口、結(jié)構(gòu)特性等方面不一致所帶來的影響依然難以消除。

4.3 綜合環(huán)境條件的模擬

可靠性驗證試驗過程中需根據(jù)裝備任務(wù)的剖面模擬來施加綜合環(huán)境應(yīng)力，如溫度應(yīng)力、濕度應(yīng)力和振動應(yīng)力。緊縮系統(tǒng)與原系統(tǒng)相比，由于外形結(jié)構(gòu)、重量和體積等方面的差異，對環(huán)境應(yīng)力的響應(yīng)特性勢必也會存在差異，如受試樣機(jī)內(nèi)的溫度場分布、溫度均衡時間，特別是針對機(jī)載、機(jī)動電子裝備，對振動應(yīng)力的響應(yīng)會存在更大的差異性。因此，采用緊縮系統(tǒng)的可靠性驗證試驗方法時，環(huán)境應(yīng)力的模擬及綜合環(huán)境試驗剖面的確定也是保證試驗有效性、可信度的一個重要方面。例如：進(jìn)行上述大型機(jī)載雷達(dá)緊縮系統(tǒng)可靠性試驗時，模擬施加的振動應(yīng)力采用了全系統(tǒng)執(zhí)行任務(wù)狀態(tài)下實(shí)測振動應(yīng)力的最大值。

5 結(jié)束語

緊縮系統(tǒng)可靠性驗證試驗方法采用縮減大型復(fù)雜整機(jī)系統(tǒng)，構(gòu)成能夠保持原有功能的新系統(tǒng)，以適應(yīng)國內(nèi)現(xiàn)有的實(shí)驗室規(guī)模，通過對新系統(tǒng)的實(shí)驗室可靠性試驗來驗證整機(jī)系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)，具備了一定的理論基礎(chǔ)和可實(shí)施性。雖然在可靠性指標(biāo)的換算等方面仍存在一定的局限性，但在現(xiàn)有的條件和水平下，該方法不失為一個解決大型復(fù)雜系統(tǒng)實(shí)驗室可靠性驗證難題的好途徑。同時，為進(jìn)一步保證驗證的有效性和充分性，還可以結(jié)合定型試飛過程的外場可靠性信息收集、分析與評估，對大型復(fù)雜系統(tǒng)可靠性指標(biāo)的達(dá)成情況進(jìn)行一個綜合的評定。

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