基于緊縮系統(tǒng)的可靠性驗證試驗方法探討

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之一，為確定型號產(chǎn)品的可靠性水平是否達到研制總要求中規(guī)定的可靠性指標要求，在設計定型過程中，往往都需要進行可靠性指標驗證與評價，并以此作為批準定型的依據(jù)。產(chǎn)品可靠性指標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行，也可以通過積累現(xiàn)場使用信息來評估。對機載電子系統(tǒng)而言，開展試驗室可靠性鑒定試驗是其設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，由于設備量龐大，系統(tǒng)組成復雜，開展整機級的試驗室可靠性鑒定試驗往往難以實現(xiàn)。為此，不少專家從不同的角度，提出了各種實驗方法，如分步實施、組合驗證，這些都很好地解決了工程應用問題。本文以某機載雷達為例，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，是指對大型復雜系統(tǒng)中裝機數(shù)量較多的組成單元按一定的比例進行縮減，構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)進行實驗室可靠性驗證試驗來反推原系統(tǒng)的可靠性水平。

如一個復雜系統(tǒng)由n個功能單元組成，設計定型可靠性考核指標為θ1，若所有組成單元均可按同一比例系數(shù)1/K進行縮減，即構成的緊縮系統(tǒng)在設備量上為原系統(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)進行可靠性鑒定試驗時，考核指標就可以確定為Kθ1。

但實際上，如要實現(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，將設計定型考核指標θ1分配至各功能單元，如單元1到單元n的可靠性指標分配值分別為MTBF1、MTBF2、…、MTBFn，那么緊縮后新系統(tǒng)的可靠性考核指標

3 緊縮系統(tǒng)試驗方法的應用

某大型機載雷達系統(tǒng)由氣密艙內(nèi)設備與艙外設備兩大部分組成，在進行可靠性鑒定試驗時，由于艙外設備的體積較大，在全面調(diào)研國內(nèi)實驗室的現(xiàn)有規(guī)模及能力后，均無法實現(xiàn)整機系統(tǒng)進入試驗箱體進行可靠性指標驗證。

由于該雷達采用有源相控陣天線系統(tǒng)，天線的單元數(shù)可以按一定的設備組成來擴展或縮減，相應的T/R組件、功分網(wǎng)絡、波控以及電源等都可以按比例擴展或縮減而構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)費及試驗箱規(guī)模等諸多因素后，決定采用緊縮系統(tǒng)進行可靠性指標驗證，緊縮系統(tǒng)由全狀態(tài)的艙內(nèi)設備和按1/6比例縮減后的艙外設備組成。

3.1 確定緊縮系統(tǒng)的可靠性指標

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

表1 可靠性指標分配結果

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

3.2 選擇統(tǒng)計試驗方案

在綜合考慮緊縮系統(tǒng)的可靠性指標預計結果、項目研制進度、試驗經(jīng)費等因素后，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)可靠性預計結果，T/R組件為雷達系統(tǒng)基本可靠性的瓶頸單元，其失效率占雷達系統(tǒng)總失效率的百分比達80%左右。由于系統(tǒng)緊縮后T/R組件的裝機數(shù)量僅為整機系統(tǒng)的1/6，從這個意義上講，利用緊縮系統(tǒng)進行可靠性試驗時，作為影響雷達系統(tǒng)可靠性水平的最主要設備，T/R組件受到的考核難以代表雷達系統(tǒng)的真實狀況和實際水平。

為進一步保證試驗的真實性、充分性和科學性，降低使用方的風險，該大型機載雷達在利用緊縮系統(tǒng)進行可靠性鑒定試驗的同時，還必須對T/R組件單獨進行可靠性指標驗證（選取32只組件進行實驗室可靠性試驗），且只有緊縮系統(tǒng)與T/R組件同時通過可靠性指標考核，雷達系統(tǒng)才能通過可靠性鑒定試驗。

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

4 緊縮系統(tǒng)試驗方法應用需探討的幾個問題

4.1 可靠性指標的換算

緊縮系統(tǒng)各單元的可靠性指標是通過對原系統(tǒng)各單元進行可靠性分配而得到的，由于分配值是可靠性設計中的一個重要環(huán)節(jié)，屬于設計過程，那么這種做法本身與通過試驗來驗證設計過程的正確性相違背，且潛藏著較大的風險，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驗證結果的影響是致命的。因此，在選擇緊縮系統(tǒng)可靠性驗證試驗方法時，首先對應承制單位可靠性工程的開展情況進行一個綜合性的審核與評價，作為決策的依據(jù)和基礎。

4.2 緊縮系統(tǒng)技術要求的確定

可靠性驗證試驗受試樣機的技術狀態(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系統(tǒng)在體制上、技術上具備縮減而不影響功能的可能性及可行性。然而，在具體到性能指標上，緊縮系統(tǒng)必然會與整機系統(tǒng)存在差異，這就要求在確定緊縮系統(tǒng)的技術要求或指標體系時，必須謹慎、準確地把握，甚至通過行業(yè)專家評審把關，確保緊縮系統(tǒng)技術狀態(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、結構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)裝備任務的剖面模擬來施加綜合環(huán)境應力，如溫度應力、濕度應力和振動應力。緊縮系統(tǒng)與原系統(tǒng)相比，由于外形結構、重量和體積等方面的差異，對環(huán)境應力的響應特性勢必也會存在差異，如受試樣機內(nèi)的溫度場分布、溫度均衡時間，特別是針對機載、機動電子裝備，對振動應力的響應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：進行上述大型機載雷達緊縮系統(tǒng)可靠性試驗時，模擬施加的振動應力采用了全系統(tǒng)執(zhí)行任務狀態(tài)下實測振動應力的最大值。

5 結束語

緊縮系統(tǒng)可靠性驗證試驗方法采用縮減大型復雜整機系統(tǒng)，構成能夠保持原有功能的新系統(tǒng)，以適應國內(nèi)現(xiàn)有的實驗室規(guī)模，通過對新系統(tǒng)的實驗室可靠性試驗來驗證整機系統(tǒng)的可靠性指標，具備了一定的理論基礎和可實施性。雖然在可靠性指標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雜系統(tǒng)實驗室可靠性驗證難題的好途徑。同時，為進一步保證驗證的有效性和充分性，還可以結合定型試飛過程的外場可靠性信息收集、分析與評估，對大型復雜系統(tǒng)可靠性指標的達成情況進行一個綜合的評定。

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