大型复杂电子系统可靠性增长方法探讨

李 星，谭 麟

（1.中国电子科学研究院，北京 100041； 2.空军驻京昌地区军事代表室 北京 100041）

大型复杂电子系统可靠性增长方法探讨

李 星，谭 麟

（1.中国电子科学研究院，北京 100041； 2.空军驻京昌地区军事代表室 北京 100041）

本文论述了基于紧缩系统开展大型复杂电子系统可靠性增长工作的试验及评估方法。可以依照AMSAA模型对紧缩系统可靠性增长试验进行评估，计算所得的MTBF考虑紧缩系统与全系统关系后，即可得对全系统可靠性进行估算。在综合应力下对系统性能功能进行考核、验证的同时，有效提高了全系统评估精度，更贴近工程实际。

大型复杂电子系统；紧缩系统；可靠性增长

引言

随着我军现代化、网络化、信息化武器装备的发展，武器装备的组成结构、功能越来越复杂，信息化程度越来越高，大型电子系统在现代化武器装备中被广泛应用。实践表明，可靠性增长试验一直是提高电子产品可靠性的重要途径，但对于大型电子系统，单纯的增长试验往往需要耗费大量的资源。一是由于其本身体积庞大，试验技术复杂，目前国内没有相应的试验设备能够满足其进行可靠性试验的需求。如：如某大型电子系统需要试验设施容积在90m3以上，加上连接电缆、冷却系统等所需100m3以上的试验设备（试验箱），而我国当前最大的试验箱仅为40m3，远不能满足试验需求；另外，由于组成系统的设备可靠性指标高，平均故障时间（MTBF）高达数千小时以上（单台/套），且采购数量又少，如果采用新研设备全数试验方法，即传统试验方法，不仅试验时间长，单是试验件的投入及试验费用也是难于承受的。尤其对于单台套大型电子系统，可靠性增长试验具有破坏性，试验后产品无法交付使用。因此，对于大型复杂电子设备不具备开展可靠性增长试验的条件，急需适用于工程实践的可靠性增长方法，以缩短研制周期，使其可靠性得到切实的增长。

1 可靠性增长及评估的总体思路

工程中一般难以实施全系统可靠性增长试验，通常只能尽量收集分系统及以下各组装等级的试验信息，根据金字塔式可靠性增长试验的思想[1]，确定各级可靠性置信下限，并对全系统可靠性进行综合评估。 除少量外场的使用数据之外，可用的系统试验数据极少，评估精度有待提高。另外，由于无法实施系统级可靠性增长试验，对综合环境下系统功能和性能的考核也难以达成，只能通过外场试验来实现，经常会在实际交付部队后，还存在一定数量故障。

本文针对以上两个问题，提出基于紧缩系统的大型复杂电子系统可靠性增长方法。所谓紧缩系统，即指在系统整体试验方案基础上，对系统中冗余子系统（包括常规冗余子系统、功能冗余子系统）按照规定数量抽取受试设备，抽样设备和系统整体中非冗余子系统组合成一个新的小型系统，由新的小型系统替代系统整体开展可靠性增长试验，并进行全系统外场试飞。

对于紧缩系统，可靠性增长试验既可在综合环境应力下考核系统功能和性能，又和全系统可靠性指标之间存在一定关系，其试验数据更贴近真实系统数据，对系统可靠性评估的贡献度更高，有助于提高评估精度。

紧缩系统可靠性增长试验可以依照AMSAA模型进行评估，计算所得的MTBF考虑紧缩系统与全系统关系后，即可得对全系统可靠性进行估算。

2 系统描述

系统由可逐级传递的多组装等级组成，不妨以3个组装等级组成的系统为例，即假设系统(可靠性为RS)是由3个相互独立可靠性分别为R1、R2、R3等多装配级构成的，讨论系统结构是串联和并联的情况，其可靠性函数分别为：

全系统可靠度可以根据紧缩系统可靠性增长试验评估结果以及紧缩系统与全系统可靠度折算关系得出；也可以根据系统的可靠性传递关系，以及各级系统的试验数据来综合评估系统的可靠性。将子系统可靠性增长试验数据折合为指数寿命型试验数据，利用系统可靠性结构，系统可靠性原点矩与子系统可靠性原点矩之间的关系，将子系统试验数据综合为系统试验数据。

假设各级系统以及系统的可靠性为[0, 1] 之间的随机变量, 并分别服从分布f(Ri)、f(Rs), 则子系统可靠性R, i=1,…,n,的k阶原点矩E(Rk)与系统可靠性的k阶原ii点矩μk有如下关系：

紧缩系统与全系统可靠度之间关系可以由下式表示：

其中：

R全为全系统可靠度；

R紧为紧缩系统可靠度；

3 紧缩系统可靠性增长试验

3.1 可靠性增长模型

3.2 MTBF的极大似然估计

单台（套）产品时间截尾的似然函数为【2】：

式中t1,…,tn为产品依次出现失效的时刻；T为截尾时刻。

式（6）分别对a, b求偏导，令其为0，可得：

3.3 失效数据

在工程实践中，紧缩系统的可靠性增长可以分为两个阶段：系统调试、联试阶段，系统可靠性增长试验阶段。由于系统组成和工作原理复杂、技术指标众多，不经调试和联试，很难达到技术指标要求，把各分系统组装为全系统，调整各项参数指标到达最优，就是系统可靠性增长的过程，所以可以根据调试过程中系统失效数据结合可靠性增长试验中的失效数据进行评估。

以下给出判定验证数据是否具有明显的可靠性增长趋势的拉普拉斯趋势检验法，具体步骤如下：

1）假设Ho：单台套系统的失效过程服从泊松分布。

接受Ho：失效时间间隔ti-ti-1(i=1,…,n)服从指数分布，产品无可靠性增长趋势。

拒绝H。失效时间间隔ti-ti-1(i=1,…,n)随机变长或变短(即产品可靠性存在趋势性变化)。

2）选取统计量μ；求出假设H。成立时μ的分布与分位数。

3）根据试验结果计算μ的真实值。

4 结束语

本文论述了基于紧缩系统开展大型复杂电子系统可靠性增长工作的试验及评估方法，可以在综合应力下尽可能地对系统性能功能进行考核，有效提高全系统评估精度。该方法贴近工程实际，可以通过综合环境的考核，缩短大型复杂电子系统研制周期，使其可靠性水平在交付前能得到切实的增长。

[1] 周源泉，翁朝曦. 可靠性评定[M]. 北京: 科学出版社，1992.

[2] 梅文华.可靠性增长试验[M].北京：国防工业出版社，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，工程师，主要从事“五性”设计工作。

谭麟（1983-），女，北京人，工程师，主要从事质量管理工作。