基于紧缩系统的可靠性验证试验方法探讨

许彦鑫，陆培永

（华东电子工程研究所，安徽 合肥 230031）

1 引言

装备系统的可靠性是其最重要的性能指标之一，为确定型号产品的可靠性水平是否达到研制总要求中规定的可靠性指标要求，在设计定型过程中，往往都需要进行可靠性指标验证与评价，并以此作为批准定型的依据。产品可靠性指标的验证与评价可以通过在试验室内开展可靠性鉴定试验来进行，也可以通过积累现场使用信息来评估。对机载电子系统而言，开展试验室可靠性鉴定试验是其设计定型的必备条件之一。

然而，受试验室规模的限制，对一些大型系统而言，由于设备量庞大，系统组成复杂，开展整机级的试验室可靠性鉴定试验往往难以实现。为此，不少专家从不同的角度，提出了各种实验方法，如分步实施、组合验证，这些都很好地解决了工程应用问题。本文以某机载雷达为例，介绍了一种基于紧缩系统的可靠性验证试验方法。

2 紧缩系统试验方法的基本原理

所谓紧缩系统的可靠性验证试验方法，是指对大型复杂系统中装机数量较多的组成单元按一定的比例进行缩减，构成一个在功能上基本相同的紧缩系统，通过对紧缩系统进行实验室可靠性验证试验来反推原系统的可靠性水平。

如一个复杂系统由n个功能单元组成，设计定型可靠性考核指标为θ1，若所有组成单元均可按同一比例系数1/K进行缩减，即构成的紧缩系统在设备量上为原系统的1/K，那么从理论上讲，紧缩系统的MTBF值为原系统的K倍，在利用紧缩系统进行可靠性鉴定试验时，考核指标就可以确定为Kθ1。

但实际上，如要实现原系统的功能，各组成单元往往不能按同一系数进行缩减，需要采取不同的缩减比例，如从单元1到单元n的缩减比例分别为K1、K2、…、Kn，在此种情况下，可根据系统的可靠性模型，将设计定型考核指标θ1分配至各功能单元，如单元1到单元n的可靠性指标分配值分别为MTBF1、MTBF2、…、MTBFn，那么紧缩后新系统的可靠性考核指标

3 紧缩系统试验方法的应用

某大型机载雷达系统由气密舱内设备与舱外设备两大部分组成，在进行可靠性鉴定试验时，由于舱外设备的体积较大，在全面调研国内实验室的现有规模及能力后，均无法实现整机系统进入试验箱体进行可靠性指标验证。

由于该雷达采用有源相控阵天线系统，天线的单元数可以按一定的设备组成来扩展或缩减，相应的T/R组件、功分网络、波控以及电源等都可以按比例扩展或缩减而构成功能完全相同但性能有差异的系统。在综合考虑试验时间、经费及试验箱规模等诸多因素后，决定采用紧缩系统进行可靠性指标验证，紧缩系统由全状态的舱内设备和按1/6比例缩减后的舱外设备组成。

3.1 确定紧缩系统的可靠性指标

原系统基本可靠性（MTBF）设计定型最低可接受值为33 h，可靠性模型为舱内设备和舱外设备的串联结构模型，通过可靠性分配来确定舱内设备和舱外设备的可靠性指标，见表1。

表1 可靠性指标分配结果

紧缩系统主要针对舱外设备按1/6比例进行缩减，舱内设备保持原有的状态。紧缩系统的可靠性考核指标为：

3.2 选择统计试验方案

在综合考虑紧缩系统的可靠性指标预计结果、项目研制进度、试验经费等因素后，选取GJB 899的定时试验方案20-4，具体方案参数见表2。

表2 紧缩系统统计试验方案参数

根据可靠性预计结果，T/R组件为雷达系统基本可靠性的瓶颈单元，其失效率占雷达系统总失效率的百分比达80%左右。由于系统紧缩后T/R组件的装机数量仅为整机系统的1/6，从这个意义上讲，利用紧缩系统进行可靠性试验时，作为影响雷达系统可靠性水平的最主要设备，T/R组件受到的考核难以代表雷达系统的真实状况和实际水平。

为进一步保证试验的真实性、充分性和科学性，降低使用方的风险，该大型机载雷达在利用紧缩系统进行可靠性鉴定试验的同时，还必须对T/R组件单独进行可靠性指标验证（选取32只组件进行实验室可靠性试验），且只有紧缩系统与T/R组件同时通过可靠性指标考核，雷达系统才能通过可靠性鉴定试验。

在确定紧缩系统的可靠性指标及统计试验方案后，该大型机载雷达按相关管理要求组织实施并顺利通过了可靠性鉴定试验。

4 紧缩系统试验方法应用需探讨的几个问题

4.1 可靠性指标的换算

紧缩系统各单元的可靠性指标是通过对原系统各单元进行可靠性分配而得到的，由于分配值是可靠性设计中的一个重要环节，属于设计过程，那么这种做法本身与通过试验来验证设计过程的正确性相违背，且潜藏着较大的风险，如果承制单位的可靠性工程开展得比较好，所得到的可靠性设计数据的置信度较高时，那么，紧缩单元的种类和紧缩比例对MTBF的真值影响就较小，否则，紧缩单元和各单元的紧缩比例对可靠性指标验证结果的影响是致命的。因此，在选择紧缩系统可靠性验证试验方法时，首先对应承制单位可靠性工程的开展情况进行一个综合性的审核与评价，作为决策的依据和基础。

4.2 紧缩系统技术要求的确定

可靠性验证试验受试样机的技术状态必须与定型状态保持一致，紧缩系统试验方案的一个首要前提就是整机系统在体制上、技术上具备缩减而不影响功能的可能性及可行性。然而，在具体到性能指标上，紧缩系统必然会与整机系统存在差异，这就要求在确定紧缩系统的技术要求或指标体系时，必须谨慎、准确地把握，甚至通过行业专家评审把关，确保紧缩系统技术状态的一致性、符合性。即便如此，由于系统缩减，造成信号接口、结构特性等方面不一致所带来的影响依然难以消除。

4.3 综合环境条件的模拟

可靠性验证试验过程中需根据装备任务的剖面模拟来施加综合环境应力，如温度应力、湿度应力和振动应力。紧缩系统与原系统相比，由于外形结构、重量和体积等方面的差异，对环境应力的响应特性势必也会存在差异，如受试样机内的温度场分布、温度均衡时间，特别是针对机载、机动电子装备，对振动应力的响应会存在更大的差异性。因此，采用紧缩系统的可靠性验证试验方法时，环境应力的模拟及综合环境试验剖面的确定也是保证试验有效性、可信度的一个重要方面。例如：进行上述大型机载雷达紧缩系统可靠性试验时，模拟施加的振动应力采用了全系统执行任务状态下实测振动应力的最大值。

5 结束语

紧缩系统可靠性验证试验方法采用缩减大型复杂整机系统，构成能够保持原有功能的新系统，以适应国内现有的实验室规模，通过对新系统的实验室可靠性试验来验证整机系统的可靠性指标，具备了一定的理论基础和可实施性。虽然在可靠性指标的换算等方面仍存在一定的局限性，但在现有的条件和水平下，该方法不失为一个解决大型复杂系统实验室可靠性验证难题的好途径。同时，为进一步保证验证的有效性和充分性，还可以结合定型试飞过程的外场可靠性信息收集、分析与评估，对大型复杂系统可靠性指标的达成情况进行一个综合的评定。

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