鱼雷电子系统可靠性分析软件总体架构研究

徐枫

鱼雷电子系统可靠性分析软件总体架构研究

徐枫

现代鱼雷组成复杂，电子系统占全雷比重越来越大，元器件数量达到数万个，使得其可靠性已经成为制约鱼雷整体可靠性提升的瓶颈。本文针对鱼雷电子产品可靠性自动分析的实际需求，详细分析了可靠性自动分析软件的总体设想、功能要求、软件设计方法及相关数据库的设计方法等关键要素。提出了在设计人员常用的电子产品辅助设计程序protel基础上，开发电子产品元器件库和自动分析程序的总体结构。

可靠性 分析 软件 研究

1　需求

现代鱼雷组成复杂，电子系统占全雷比重越来越大，元器件数量达到数万个，使得其可靠性已经成为制约鱼雷整体可靠性提升的瓶颈。传统电子系统可靠性设计是采用人工方法，按元器件分类、等级、环境应力、应力状态等计算失效率进行可靠性预计，计算量大、精确度低、可检查性差，迫切需要一种可靠性自动分析软件，真正做到可靠性设计与产品功能、性能设计同步进行，不断优化。

2　目标

可靠性分析软件是在辅助设计程序protel基础上，采取开发自动分析程序、建立元器件参数库等方法，进行电子产品部件、组件、系统及全雷可靠性指标预计；针对元器件不同质量等级、使用环境、工作应力等条件进行可靠性仿真，为合理选择和使用元器件提供依据。

3　构架及功能

3.1基本框架

总体基本框架由“鱼雷器件使用条件及参数（工作温度、时间、环境系数、电应力比等）”、“电子CAD软件”、“元器件、组部件、系统及全雷可靠性、维修性模型”、“元器件失效率数据库”、“维修时间数据库”及“用户界面及可靠性模型窗口”等6部分组成，其中后4项目是需要开发和设计的部分。用户设定产品可靠性连接方式及所用元器件工作参数（如：器件类别、工作温度、工作时间、环境系数、电应力等），选择适当模型，软件直接根据使用条件及参数调用元器件失效率数据库，预计其可靠性指标，为电子产品设计提供及时有效的决策依据。

3.2主要功能

（1）假设模拟功能：应能模拟各种假设，如设定使用环境后，产品可靠度如何，可以用来对有选择性的设计进行验证和分析。（2）基本可靠度和基本MTBF计算功能：把系统模型中所有冗余电路当做严格的串联关系，利于综合考虑维修、保障和成本对可靠性的影响。（3）任务可靠性和任务MTBF计算功能：考虑包括冗余部件在内的电子产品所有可靠性模型，真实反映可靠性能力。（4）冗余电路设计功能：软件不仅能对可靠性串联方式进行计算，而且能对并联方式、N中取K方式、和储备方式等冗余系统进行可靠性预计。（5）自定义数据库及数据调用、修改功能：用户可添加非标准库中的元器件及参数，对已建立的数据库，在不符合鱼雷特定条件时可以修改并加以调用。

4　建模方法

软件采用层次化计算模式，即把产品的可靠性模型分为四层（元器件级、组部件级、系统级和全雷级），当给出了元器件各种参数后分析软件就可以预计出可靠性指标，如此逐级向上直到预计出全雷可靠性指标。一般设计原则如下：

5　可靠性预计方法

5.1传统计数法

其中：λGi为第i种元器件的通用故障率；πQi为第i种元器件的质量系数；Ni为第i种元器件的数量；n为所用元器件种类数目。

5.2传统应力分析法

适用于设计阶段，鱼雷常用的元器件涉及到电阻、电容、电感、继电器、印制版和焊点、连接器、集成电路等器件，失效率计算因器件种类而不同，如电阻失效率为：λp=λbπEπQπR

其中，λP为电阻的工作失效率；πE为环境系数；πQ为质量系数；λb为电阻的基本失效率。

应力分析法复杂、涉及参数多，但能精确反映产品所处的工作环境。

5.3软件实现可靠性指标计算步骤

全雷可分为元器件、组部件、系统级、全雷等四级，不同级别选用相应可靠性模型，由小到大、由下到上逐级计算组部件、系统、全雷的可靠性指标。

（1）在元器件与组部件层次上通常采用串联模型，使用应力分析法。用户输入各种元器件参数、环境温度、电应力比等信息，软件进行数据库调用，计算出组部件可靠性指标。（2）在组部件与系统的层次上通常应考虑产品冗余设计（并联或n中取r等），根据全雷功能流程、时序信号、流程关系，先期策划而实施，如停车、深度敏感、线导断线转自导、反舰模式（尾流与被动自导）等，均应贯彻冗余设计思想。分析人员只需将相互关系设置好，分析软件便可以进行冗余设计。（3）在系统与全雷层次上通常采用串联模型，分析软件可以很快计算出产品可靠性指标。（4）可靠性指标计算离不开失效率等数据库的基础支撑。通过多年来大量可靠性试验，积累了可靠性信息与数据，并形成了标准，具有权威性，软件应严格按照其所提供的数据进行元器件失效率数据库录入，鱼雷上使用的特殊元器件可补充录入。当用户选择元器件后，软件可以根据用户输入的参数自动进行数据调用，进行可靠性计算。

6　结语

从鱼雷电子产品可靠性自动分析软件的设计思路和总体框架，可以得出如下直接结论：

（1）分析软件可以将电子产品设计过程中涉及可靠性的设计变得简单易行，设计人员可以更注重多方案的比较，提高产品的可靠性设计水平。（2）分析软件可以提高设计过程可靠性指标预计的准确性和可检查性。（3）分析软件所需的数据基本参数和模型均已有很好的基础，鱼雷行业设计单位急需这样的自动分析软件。

［1］美国国家科学出版社.美国水中兵器科学与技术评估，2000.

［2］陆廷孝，郑鹏洲.可靠性设计与分析.国防工业出版社，1997.

［3］甘茂治，吴真真.维修性设计与验证.国防工业出版社，1996.