王麗麗

（中國空空導彈研究院，河南 洛陽 471009）

可靠性預計在空空導彈研制中的應用

王麗麗

（中國空空導彈研究院，河南 洛陽 471009）

闡述了空空導彈可靠性預計的一般方法，描述了可靠性預計在提高空空導彈的可靠性中的作用。以飛控組件的可靠性預計為例，系統(tǒng)地分析了可靠性預計在應用中的局限性及存在的問題，并就相關問題提出了改進措施及實施方案。

空空導彈；可靠性預計；應用研究

0 引言

空空導彈是由飛機攜帶，并從飛機上發(fā)射、攻擊空中目標的導彈，具有結構復雜、研制周期短、研制經費投入大和工作環(huán)境惡劣，以及對質量與可靠性要求高等特點，屬于一次性使用的成敗型產品。因而有必要在產品的設計研制階段對產品的可靠性進行預計，以發(fā)現設計中的薄弱環(huán)節(jié)，并采取相應的改進措施來提高產品的固有可靠性?？煽啃灶A計是空空導彈可靠性設計與分析中的一項關鍵技術，其預計結果的好壞將直接影響到產品最終的質量與可靠性。

1 可靠性預計的含義及主要內容

1.1 可靠性預計的含義

可靠性預計是指在產品尚無自身試驗數據時，根據類似產品的經驗數據或組成該產品的各單元的可靠性數據，對產品在給定工作或非工作條件下的可靠性參數進行估算。它是根據組成系統(tǒng)的元器件、分組件和分系統(tǒng)的可靠性來預測系統(tǒng)的可靠性的一種技術。預計過程本身并不能直接提高一個系統(tǒng)的可靠性，但是根據預測的結果，可以判斷產品的可靠性是否達到了規(guī)定的要求，找到影響產品的可靠性的薄弱環(huán)節(jié)，為設計決策提供依據。預計時應全面地考慮產品各組成部分的可靠性、設計水平和工藝條件，以及系統(tǒng)的協(xié)調性等因素。

1.2 可靠性預計的分類

根據可靠性預計的定量要求，可以將可靠性預計分為基本可靠性預計和任務可靠性預計兩類。基本可靠性預計用于估計產品所有的部件對維修和后勤保障的要求，通常采用串聯模型；任務可靠性預計產品成功地完成規(guī)定的任務的概率，一般采用串-并聯模型，能為產品作戰(zhàn)效能分析提供依據。

2 可靠性預計在空空導彈研制中的應用

2.1 可靠性預計的發(fā)展歷程

可靠性預計為產品開展可靠性設計提供了一種定量分析手段，并為優(yōu)選設計方案提供了依據?？煽啃灶A計工作開始于20世紀50年代。當時，美國國防部組織研究小組開展了可靠性預計基礎理論和預計模型的研究工作，并于1957年推出了MILHDBK-217《電子設備可靠性預計手冊》，迄今為止，該標準已經歷經了7次更新。我國于20世紀70年代開始開展可靠性預計模型的研究，通過收集和處理大量的現場數據和試驗數據，于1987年推出了GJB 299《電子設備可靠性預計手冊》。該標準經歷了3次重大的更新，目前是GJB/Z 299C-2006《電子設備可靠性預計手冊》。此外，我國還頒布實施了GJB/Z 108A-2006《電子設備非工作狀態(tài)可靠性預計手冊》來代替GJB/Z 108-1998。

一系列與可靠性預計有關的標準的頒布和實施，極大地推動了可靠性預計工作在裝備研制中的應用，使我國裝備的可靠性水平有了很大的提高。

2.2 空空導彈的常用的可靠性指標及預計方法

2.2.1 指標類型及預計方法

空空導彈常用的可靠性指標如表1所示。

常用的可靠性預計方法[1]有：元器件計數法、元器件應力分析法、故障率預計法、相似產品法、專家評分法和性能參數法等。在不同的研制階段應選取不同的可靠性預計方法。此外，由于空空導彈是由不同種類的元器件組成的，且構成導彈不同分系統(tǒng)的構件也不同，因而對空空導彈的各組成元器件及分系統(tǒng)的可靠性進行預計時，所選的預計方法和模型也應有所不同。不同研制階段的預計方法的選取及其適用范圍如表2所示。

表1 空空導彈常用的可靠性指標

表2 不同研制階段預計方法的選取及適用范圍

在論證階段，可靠性預計能夠評估系統(tǒng)的可靠性，審查裝備的可靠性是否能夠達到作戰(zhàn)使用需求提出的可靠性指標；在方案階段，可靠性預計可為方案優(yōu)選提供依據；在工程研制階段，可靠性預計可以及早地發(fā)現設計中的薄弱環(huán)節(jié)，并采取有效的改進措施，為可靠性試驗、可靠性增長計劃以及可靠性分配提供依據。

2.2.2 實例分析

設計缺陷在投入現場使用后就不能彌補，尤其是對于由許多電子元器件組成的系統(tǒng)而言，及時地預計其可靠性比事后精確地獲得其可靠性更為重要。本節(jié)以某飛控組件為研究對象，用元器件應力分析法預計其基本可靠性。

現假設：

a）所選用的產品是一個串聯系統(tǒng)，即組件中任何一個分組件失效都會引起飛控組件的失效；

b）每個分組件的失效都是相互獨立的；

c）產品失效率是組成產品的元器件的固有失效率的總和；

d）構成組件的機械結構件及軟件的失效率忽略不計，即認為其可靠度為1。

某飛控組件由慣測分組件、信息處理單元和衛(wèi)星定位分組件三部分組成，其可靠性框圖如圖1所示。

圖1 某飛控組件可靠性框圖

空空導彈是成敗型產品，其壽命服從指數分布。某飛控組件作為導彈的一部分，其壽命也服從指數分布，其掛飛基本可靠性的數學模型可用下式表示：

式 （1）中：MTBF——掛飛基本可靠性；

λi——各分組件掛飛失效率，單位：10-6/h。

飛行可靠性的數學模型為：

式 （2）中：RFi——各分組件的飛行可靠性；

λFi——各分組件飛行階段的工作失效率，單位：10-6/h；

t——飛行期間組件的工作時間，單位：h。

貯存可靠性數學模型為：

式 （3）中：λZ——庫房貯存狀態(tài)下各分組件的非工作失效率，單位：10-6/h；

tZ——貯存時間，單位：h。

待命停放可靠性數學模型為：式 （4）中：RD——待命停放狀態(tài)下各分組件的非工作失效率，單位：10-6/h；

tD——待命停放時間，單位：h。

預計時，國產元器件的環(huán)境類別和環(huán)境條件按GJB/Z 299C和GJB/Z 108A的規(guī)定選??；進口元器件的環(huán)境類別和環(huán)境條件按MIL-HDBK-217F的規(guī)定的選取。產品工作時，環(huán)境溫度取產品的最高工作溫度；產品不工作時，環(huán)境溫度取產品可能遇到的最高溫度。

在已知了元器件的類別、質量等級和應力水平等信息后，按照標準中的相應公式計算出各元器件的失效率，然后將各元器件的失效率相加即可得到各分組件的失效率，得到的各分組件的失效率數據如表3所示。

表3 某飛控組件各分組件失效率數據（10-6/h）

將得到的失效率數據代入公式 （1）-（4）即可得到該飛控組件各可靠性指標的預計值；代入公式 （3）即可得到各分組件庫房貯存可靠性的預計值。預計結果及規(guī)定的可靠性指標如表4-5所示。

表4 某飛控組件預計結果及可靠性指標

由表4可知，該飛控組件的貯存可靠性不滿足指標要求。由表5可知，依據指標要求，慣測、信息處理及衛(wèi)星定位分組件庫房貯存可靠度均應不低于0.985，而該慣測分組件的庫房貯存可靠性的預計值僅為0.977，所以該慣測分組件不滿足分配指標要求。

表5 各分組件庫房預計結果及可靠性指標要求

因可靠性預計是由局部到整體，由小到大的反復迭代過程[2]。將不滿足指標項進行反推，由整體到局部，即由分組件級推至元器件級，反復校核，最終確定慣測分組件的三軸陀螺及二次電源庫房貯存失效率不滿足指標要求，從而為產品設計時元器件質量控制及選用提供了依據。

通過開展可靠性預計工作并對預計結果進行分析，若預計結果顯示產品的基本可靠性不足，則可以采用使用高質量的元器件或調整性能容差，以及簡化設計等方法來彌補[3]。

2.3 可靠性預計應用中存在的問題

可靠性預計是可靠性設計的基礎和核心，而可靠性設計是與性能設計同等重要的設計。但在研制的過程中，可靠性預計在應用的過程中仍然存在一些不可忽視的問題，具體體現在以下幾個方面。

a）可靠性預計沒有得到應有的重視，先定后補現象嚴重

從工程實踐來看，設計師更加重視產品的性能，比較愿意通過可靠性試驗等事后手段來發(fā)現產品設計的薄弱環(huán)節(jié)，不重視可靠性預計，認識不到可靠性預計對提高產品的可靠性的重要性。很多時候在產品設計方案已定、無法再進行更改時才進行可靠性預計，從而使得可靠性預計失去了其能及時地發(fā)現設計中的薄弱環(huán)節(jié)的價值，使設計出的產品在試驗中故障頻發(fā)、可靠性差。

b）外協(xié)件質量不佳

組成空空導彈的元器件中很多是外協(xié)件，在故障信息統(tǒng)計分析中發(fā)現，很多故障不是系統(tǒng)本身的設計問題，而是外協(xié)廠家的元器件質量控制不嚴，致使零部件失效率高，產品的固有可靠性水平低。加上對外協(xié)件失效率數據沒有進行嚴格的考核，來源無法考證或缺乏科學的依據，致使可靠性預計的準確性差，并最終影響了產品的質量和可靠性。

c）可靠性預計方法自身存在缺陷

傳統(tǒng)的可靠性預計是一種數理統(tǒng)計分析法，是一種宏觀的分析方法，不能準確地反映產品失效和發(fā)生故障的本質。主要表現在以下幾個方面：

1）傳統(tǒng)的預計方法沒有全面地考慮影響產品的可靠性的因素，例如：對電子元器件的可靠性進行預計時，僅考慮了電子元器件自身的影響，但實際上影響電子元器件的可靠性的因素還涉及到了元器件的設計、制造工藝和管理等方面；

2）傳統(tǒng)可靠性預計方法沒有考慮溫變、溫沖、潮濕以及振動[4]等環(huán)境因素的影響，對電子設備中機械構件和軟件的失效率也未進行考慮；

3）一般情況下，產品工作與非工作狀態(tài)下的故障率不存在確定的比例關系，因為兩者的影響因素有較大的差異，但在實際的預計工作中，在無法獲得進口元器件的非工作狀態(tài)的數據時，常以其工作狀態(tài)的失效率的5%～10%對其非工作狀態(tài)的失效率進行預計，此預計方法的科學性有待考證。

2.4 解決措施

針對目前可靠性預計的應用過程中存在的各種問題，筆者提出了以下幾項解決措施。

a）思想上應對可靠性預計給予足夠的重視，建立可靠性設計和性能設計同樣重要的思想，使性能設計和可靠性設計達到有機結合。應盡可能地在產品的各研制階段的早期開展可靠性預計，以便通過可靠性預計發(fā)現設計中的薄弱環(huán)節(jié)，及早采取相應的改進措施。

b）加強外協(xié)件的質量控制。按照質量控制要求、元器件大綱的規(guī)定以及電路的功能、性能和可靠性要求，正確地選擇元器件的型號和質量等級。采用降額設計、熱設計、環(huán)境防護設計、容差分析和可靠性預計等技術，在選購、入廠復驗、二次篩選和裝配與調試，以及破壞性物理分析與失效分析等方面對產品的可靠性進行保證。

c）傳統(tǒng)的預計方法的前提是系統(tǒng)失效率是由組成系統(tǒng)的元器件決定的，事實證明很多失效并非完全是由元器件所引起的。在預計過程中考慮影響可靠性的因素不夠全面勢必會影響預計的精度，為此要探索適合空空導彈自身的可靠性預計方法，并在全彈預計過程中將盡可能多的因素考慮進去。同時，在不能準確地預計機械結構和軟件的可靠性[5]時，應為其可靠性留有一定的余量，使可靠性預計的結果更加符合產品實際的使用可靠性水平。

3 結束語

作為可靠性設計的一種手段，可靠性預計可為提高產品的可靠性指明方向。導彈是個復雜、龐大的系統(tǒng)，其可靠性是一項系統(tǒng)工程，需要將可靠性預計和其他可靠性設計分析、可靠性試驗和可靠性管理等工作結合起來，才能有效地保證產品研制過程可靠性的增長及可靠性目標的實現。

[1]曾利偉，呂川.可靠性預計方法及思考 [J].電子質量，2005（9）：28-30.

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

[3]任立明，何國偉，周源京.可靠性工程師必備知識手冊[M].北京：中國標準出版社，2009.

[4]張文俊，聶國健，鄭麗香.國外最新可靠性預計方法綜述 [J].電子產品可靠性與環(huán)境試驗，2009，27（2）：27-31.

[5]何國偉.軟件可靠性 [M].北京：國防工業(yè)出版社，1998.

清華大學制成可調色石墨烯LED 光譜范圍大

清華大學微納電子系教授任天令領導的研究小組最近從兩種不同形式的石墨烯中制作出了新型發(fā)光材料，第一次在基于石墨烯材料的發(fā)光系統(tǒng)中證明，僅用一個LED就可調整出不同顏色的光，幾乎覆蓋整個可見光光譜的所有顏色。

發(fā)光二極管 （LEDs）的發(fā)光顏色和波長均由發(fā)光材料決定，一旦制備完成，兩個屬性就被確定下來。到目前為止，用一個LED來改變燈光顏色的想法很難實現。任天令的研究小組研制的可調色石墨烯LED覆蓋了從450毫微米波長的藍光到750毫微米波長的紅光，但深藍色和紫羅蘭色除外。

實現可調節(jié)顏色LED的關鍵材料是石墨烯，從太陽能電池到半導體，石墨烯作為新興材料都取得了一定的成績，但此前用這種材料制作的LED燈并未實現顏色可調節(jié)，直到此次科研人員將之變?yōu)楝F實。

現有的LED器件在傳統(tǒng)的顯示或照明技術中，通過調整固定的紅、綠、藍3種基色發(fā)光單元的亮度來表示顏色或者合成白光。此次具有突破性的研究成果在獲得顏色保真度的同時，還能顯著地減少顯示器件內的發(fā)光單元數目，從而極大地優(yōu)化電路進而降低功耗。

另外，這種新型LED突破了現有顯示器件的顏色合成方式，有望對顯示屏、照明燈具和通訊技術產生革命性的影響。由于光的顏色會隨特定化學物質而改變，這類器件還可能用于制備特殊的傳感器。論文審稿人評價： “這項工作有望在發(fā)光器件領域拓展新的研究方向” “這項工作令人激動且具有影響力”。

該研究成果在線發(fā)表在 《自然·通訊》上。耶魯大學博士后王肖沐和清華大學微納電子系博士畢業(yè)生田禾是論文的共同第一作者。

（摘自科技日報）

The App lication of Reliability Prediction in the Development of Air-to-Air M issile

WANG Li-li
（China Airborne Missile Academy，Luoyang 471009，China）

The general method of reliability prediction of air-to-air missile is introduced，and the function of reliability prediction in improving the reliabity of air-to-air missile is described. And then， taking the reliability prediction of flight control components as an example， the limitations and problems of reliability prediction in application are analyzed systematically，and the improvementmeasures and implementation programme on the related problems are put forward.

air-to-airmissile；reliability prediction；application study

TB 114.39

：A

：1672-5468（2015）05-0011-05

10.3969/j.issn.1672-5468.2015.05.003

2015-04-08

2015-04-10

王麗麗 （1984-），女，河南開封人，中國空空導彈研究院工程師，從事可靠性工程研究工作。