某大型电子系统可靠性指标验证方法

马 铖

（中国西南电子技术研究所，四川成都610036）

某大型电子系统可靠性指标验证方法

马 铖

（中国西南电子技术研究所，四川成都610036）

对于大型电子系统而言，进行全系统的可靠性鉴定试验时，存在试验能力不能满足要求的困难；同时，又因为环境应力无法人为控制、系统有效工作时间有限等因素，进行外场可靠性定量评估又存在欠试验的风险。针对某大型电子系统，通过将部分已定型设备置于试验箱外的方式对其进行了可靠性鉴定试验，并运用贝叶斯方法对其外场可靠性进行了定量的评估。结果表明，其基本可靠性和任务可靠性满足合同规定的指标要求，从而证明了该方法的有效性，对于大型电子系统的可靠性指标验证具有一定的借鉴意义。

大型电子系统；可靠性指标验证；任务可靠性；贝叶斯方法

0 引言

随着电子技术、计算机技术的发展，现代化装备的功能越发强大，电子系统的组成设备的数量越来越多，交联关系和功能性能测试越发复杂，而用户对其可靠性水平的要求也逐步地提高[1]，因此，如何对其可靠性指标进行验证成为了一个愈加突出的问题。本文介绍了对某大型电子系统的可靠性指标进行验证的方法，希望能够对今后的大型电子系统的可靠性指标验证起到一些借鉴作用。

1 某系统的可靠性指标验证难点

某大型电子系统由数个分系统组成，包含十余个设备机柜、计算机台位和几十台设备（套），研制厂家众多，接口关系和设备交联关系极其复杂，其可靠性指标既有基本可靠性指标又有任务可靠性指标，随着项目的进展，如何对此大型电子系统的可靠性指标进行考核与验证成为了一个急需解决的问题。

一般而言，对电子产品进行可靠性指标的考核与验证可以通过以下两种方式进行。

a）内场可靠性鉴定试验

内场可靠性鉴定试验一般针对产品的基本可靠性指标进行，按照GJB 899A或GJB 1621.8A等国军标的有关规定，利用综合环境试验箱对需要进行可靠性指标验证的产品施加温度、湿度、振动、电应力及其综合应力来模拟受试设备的具体使用环境，按照预先确定的统计试验方案，根据试验时间和受试设备的责任故障数来对产品的基本可靠性指标进行验证。

b）外场可靠性（定量）评估

外场可靠性（定量）评估是通过将产品在实际的使用环境中进行使（试）用，然后利用产品在实际的使用环境中出现的故障和实际的工作时间对产品的基本可靠性指标与任务可靠性指标进行评估的方法。

但是，对于本系统而言，进行内场可靠性鉴定试验或外场可靠性定量评估都存在一些困难。

a）系统内场鉴定试验的难点

本系统的组成设备众多，若全系统均进行可靠性鉴定试验，则大量的机柜、台位所占的空间会超出综合试验箱的容积或振动台面的面积。供该系统进行可靠性指标验证试验使用的国内最大的综合试验箱的内部容积约为10 m3，在一个试验室内最多可采用4箱联合试验，但也不足以将整个系统乃至是个别分系统的所有设备装入试验箱内进行试验。而且由于本系统的组成设备多，交联关系复杂，各个设备的高低频连接电缆的数量繁杂，在综合试验箱内也很难模拟各个电缆的实际安装情况。

若考虑系统各个设备的冗余关系组成紧缩系统进行试验，则又需要修改部分软件和部分设备之间的接口关系；而全系统的冗余关系极其复杂，既有同类型设备之间的冗余，又有不同类型设备之间的冗余，其紧缩比难以确定，也就无法确定紧缩系统试验时间与全系统试验时间之间的对应关系[2]。

系统组成设备的研制单位众多，并且各个设备的成熟度不同。既有已经在同一平台或类似平台定型的设备，又有已经定型但仍然需要改进的设备，也有为本系统新研制的设备，还有商用货架产品。对于已经定型的设备，研制单位对其重新进行综合应力试验存有顾虑。

b）系统外场可靠性评估的不足

在外场时，系统的使用环境条件特别是温度、湿度等受自然环境的直接影响，而系统内包含诸多的新研设备、研制改进设备和商用设备，在有限的使（试）用时间内，这些成熟度较低或未经鉴定的商用产品很难充分地遍历到所有的合同规定的极端温度、湿度甚至是电应力环境，使其在使（试）用时承受的综合应力偏小，最终造成对其验证不够充分。同时，由于外场的使用环境几乎不能人为地控制，所以有些环境应力所激发的故障不易复现，对于故障的确认与分析有一定的困难。

外场可靠性评估工作一般需要和其他工作并行开展，易受干扰，而且受安装平台工作方式的限制，不能连续地进行，造成系统的有效工作时间有限，样本量偏少；而系统可靠性指标的要求较高，在有限的评估期间内可能无法直接得出系统的可靠性指标是否合格的结论。

2 某系统的可靠性指标验证

通过对某大型电子系统的特点及其进行可靠性指标验证的难点进行综合分析，最终确定了该大型电子系统的可靠性指标验证方法，具体的内容如下所述。

a）对系统的各个分系统分别进行可靠性鉴定试验，对分系统的基本可靠性指标进行验证。对于分系统中的新研设备及定型但为研制改进的设备，将其均安装在综合应力试验箱内进行试验；对于已设计定型的设备，则将该设备定型时的试验剖面与本系统可靠性试验的试验剖面进行比较，若其应力低于本次试验所施加的应力，则将其放入试验箱内进行试验；对于成熟的商用产品，将每类产品根据一定的比例放入试验箱内进行试验。除放入综合试验箱内的设备外，分系统的其余设备将在试验箱外进行试验。

b）各个分系统完成可靠性鉴定试验后进行全系统的外场可靠性评估，对全系统在实际使用环境下的基本可靠性指标和任务可靠性指标进行评价。若外场评估的时间/样本足够，则可以通过可靠性鉴定试验评估方法[3]进行评估；若外场评估的时间/样本不足，则可以通过Bayes方法[4]进行评估，具体的做法为:将分系统的可靠性鉴定试验数据作为验前信息，评估期间的数据作为现场试验信息，将两者进行相容性分析，若相容则将其进行拟合之后得出等效试验信息，最终推算出该系统的可靠性指标的置信下限值。

c）根据分系统可靠性鉴定试验得出分系统的MTBF置信下限值，利用系统的基本可靠性模型估算系统计算基本可靠性指标，将全系统的外场可靠性定量评估所得到的基本可靠性和任务可靠性置信下限值与系统的可靠性指标要求进行比较，得出系统可靠性指标实际是否达到合同要求的结论。

按照以上方法，既对新研及研制改进等未经实际使用或验证的设备通过分系统可靠性鉴定试验来施加极限的综合应力，进行了较为充分的试验；又通过全系统的外场可靠性评估对装机电缆、接口等在分系统可靠性鉴定试验中无法充分验证的要素进行了验证，可以较为全面地对系统的可靠性指标进行验证。

经过几个月的时间，各个分系统均通过了可靠性鉴定试验，各个分系统除已经在相同的平台上进行定型的设备外，基本上都经受了极限综合应力的考验，对于其中出现故障的设备，也进行了闭环处理，进一步地提高了其可靠性水平。而在数月外场使（试）用结束后，通过可靠性鉴定试验评估方法对系统的基本可靠性进行定量评估，发现系统的基本可靠性达到了合同指标要求。

在使（试）用期间，该系统虽然未出现严重及致命性故障，但因系统的总有效工作时间较短，外场可靠性评估无法按照可靠性鉴定试验评估方法进行，因此，采用Bayes方法对任务可靠性进行了定量评估。

在系统层面的任务可靠性模型中，各个分系统的功能相互独立，为串联模型，虽然在可靠性鉴定试验中未能验证分系统之间的接口和连接电缆的可靠性，但在后续的外场可靠性评估过程中，分系统之间的设备接口的可靠性得到了验证，虽然出现了与电缆有关的故障，但不是严重及致命性故障，因此，可以运用分系统试验的验证值并通过系统可靠性模型和试验中的故障严酷度来拟合出全系统的验前信息（t验前信息，r验前信息），具体的方法如下所述。

首先，将外场可靠性（定量）评估中得到的系统有效工作时间和严重及致命性故障数作为试验信息现场试验信息（t试验信息，r试验信息），对验前信息（t验前信息，r验前信息）与现场试验信息（t试验信息，r试验信息）进行相容性分析，即根据双边区间估计计算公式进行统计显著性检验，即:

式（1）中:α——显著性水平，取值为0.1。

其次，运用GB/T 4086.2[5]计算出公式（1）所示的区间，若验前信息的比值r验前信息/t验前信息落入该区间内，则接受相容性假设，可以用验前信息进行计算；若不在该区间内，则拒绝相容性假设，舍弃验前信息。

然后，系统通过相容性检验后，按照下式来综合现场试验信息（t试验信息，r试验信息）和验前信息（t验前信息，r验前信息），得到等效的试验信息:

最后，得出系统的可靠度（单边置信下限值）:

式（3）中:α——单边置信下限；

t——任务时长。

评估结果表明，其任务可靠度远远地超过了合同规定的要求，证明了该系统达到了合同规定的任务可靠性指标要求。

3 结束语

目前，该大型电子系统已通过了设计定型并投入使用，且系统在使用过程中可靠性表现良好，达到了合同规定的指标要求，也从侧面证明了该可靠性指标验证方法的有效性，但该方法也有一些局限性，主要包括以下几点。

a）当还需要进行外场使（试）用时，对于因设备的体积或数量等原因而难以将全数设备投入试验的系统，可按照其各个设备是否已经在同一或类似平台定型及失效危害度大小等原则来综合地考虑将部分设备放置在综合试验箱外参与试验。但是，如果后续不进行外场使（试）用，那么将部分设备放置在综合试验箱外参与试验势必会造成欠试验。

b）任务可靠性指标的验证一般依靠外场可靠性评估进行，但是，由于外场可靠性评估需要和其他工作并行开展，因而很难保证试验时间/样本达到进行任务可靠性指标验证需要达到的有效试验时间/样本，此时可以采用Bayes方法利用验前信息对其任务可靠性进行定量的评估，但必须进行相容性分析，有舍弃先验信息的可能性。

[1]时钟，何宗科，李劲，等.紧缩系统可靠性试验方案仿真设计论证[J].电子产品可靠性与环境试验，2013，30（3）:53-56.

[2]丁定浩.对紧缩系统可靠性试验的商榷[J].电子产品可靠性与环境试验，2013，31（6）:1-4.

[3]桑毅，隆萍，刘兴莉.工业控制系统可靠性评估方法探讨[J].自动化与仪器仪表，2011（1）:122-123.

[4]李宁.航天器产品可靠性指标验证方法探究[J].可靠性工程管理，2011，29（6）:1922.

[5]全国统计方法应用标准化技术委员会.统计分布数值表分布:GB/T 4086.2-1983[S].北京:中国标准出版社，1983.

Reliability Index Verification Method of a Large-scale Electronic System

MA Cheng
（Southwest China Institute of Electronic Technology，Chengdu 610036，China）

For large-scale electronic systems，it is difficult to make the test capability meet the requirements when conducting the reliability qualification test for the whole system.At the same time，due to the factors that the environmental stresses can not be artificially controlled and the effective working time of the system is limited，there is a risk of under test in the external field reliability quantitative assessment.Aiming at a large-scale electronic system，its reliability qualification test is carried out by placing some confirmed devices outside the test chamberand its external field reliability assessment is conducted with Bayesian method，the results show that the basic reliability and mission reliability meet the contract requirements.Therefore，the effectiveness of the method is proved，which has certain reference significance for the reliability index verification of large-scale electronic systems.，

large-scale electronic system；reliability index verification；mission reliability；Bayesian method

TB 114.3

A

：1672-5468（2017）02-0015-04

10.3969/j.issn.1672-5468.2017.02.004

2016-09-12

马铖（1978-），男，新疆乌鲁木齐人，中国西南电子技术研究所工程师，主要从事电子产品可靠性、维修性、测试性、安全性和保障性方面的研究工作。