1、航空电子产品“四性”设计与试验,2009年06月,陈国华,一、可靠性设计与试验 二、维修性设计与试验 三、测试性设计与试验 四、保障性设计与试验,* “四性”是武器装备技术、质量的重要属性 * “四性”是武器装备战斗力的重要基础 * “四性”是效益和效率的重要保证 * “四性”是设计、制造的产物 * “四性”指标是可以检验、验证的,需树立的理念,一、可靠性设计与试验,（一）可靠性设计,设计依据,基本可靠性指标 MTBF平均故障间隔时间 MFHBF平均故障间隔飞行小时,任务可靠性指标 MTCBF平均致命故障间隔时间 R任务可靠度,合同规定的指标,最低可接受值与规定值,可靠性与维修性的合同指标。最
2、低可接受值是合同或研制任务书中规定的、装备 必须达到的合同指标，也是使用方进行可靠性和维修性 验证的依据。规定值是合同或研制任务书中规定的、装备期望达 到的合同指标，也是承制方进行可靠性和维修性设计的 依据。,基本概念,可靠性设计是通过预计、分配、分析、 改进等一系列可靠性工程活动，把可靠性定 量要求落实到产品的技术文件和图样中去， 从而形成产品的固有可靠性。进行可靠性设计时，需要在产品的性能、 质量、费用等各方面要求之间进行综合权衡， 以求得产品的最优设计。,主要程序及方法,可靠性建模 可靠性预计 可靠性分配 可靠性分析,可靠性建模,建立系统、分系统和设备的可靠性模型，是 为了定量分配、估算
3、和评价产品的的可靠性，它 是整个系统可靠性设计、分析的基础。常用的可靠性模型有：串联模型适应于非储备系统；并联和混联模型等适应于储备系统。,串联系统的可靠度为：,并联系统的可靠度为：,RsRi,i1,n,Rs1(1Ri),i1,n,基本可靠性模型,基本可靠性模型用于估计产品的维修及保障 要求。系统中任一单元发生故障后，都需要维修 和更换，故而可以把它看成度量使用费用的一 种模型。基本可靠性模型是一种全串联模型，即使存 在冗余单元，也都按串联处理。所以，储备单元 越多，系统的基本可靠性越低。,任务可靠性模型,任务可靠性模型用于估计产品在执行任务过 程中完成规定功能的概率，是用以度量工作有效 性的
4、一种模型。任务可靠性模型可以是串联模型，也可以是 并联、混联模型，取决于储备单元的形式。储备 单元越多，系统的任务可靠性越高。,可靠性预计,在系统设计阶段，根据组成系统的元器件 等在规定条件下的可靠性指标、系统的结构、 系统的功能以及工作方式等，来推算系统的可 靠性。这是一个由局部到整体、自下而上的综 合过程。,常用的可靠性预计方法主要有： * 元器件计数法适用于方案论证及初步设计阶段； * 应力分析法适用于电子类产品详细设计阶段； * 相似产品法适用于机械、电子、机电类产品方案论证及初步设计阶段。此外，还有故障率预计法、专家评分法、 上下限法等等。,可靠性分配,把系统的可靠性指标逐级分配到各
5、个单元 的过程。这是一个从系统直到最低单元的自上 而下的分配过程。它与可靠性预计往往交互进 行，是产品设计阶段可靠性工作的重要内容。,常用的可靠性分配方法有：,等分配法,比例分配法,最小工作量法,重要度分配法,适用于方案论证阶段,适用于初步设计阶段,适用于初步设计阶段,适用于详细设计阶段,可靠性分析,故障模式、影响及危害度分析（FMECA）,FMECA是从构成系统单元的失效模式出发， 最后确定这些失效模式对系统的影响，主要进行定性分析，是一种自下而上的分析方法，重点是考虑构成系统的每个单元出现实效式对系统的影响和危害。它是一种归纳分析方法。,故障模式：是指元器件或产品出现故障的表现 形式，一般
6、是能被观察到的一种故障现象，如 断裂、接触不良、短路、开路、腐蚀等。,故障影响：指该故障模式对安全性、战备完好 性、任务成功率和维修保障等要求的影响，可 分为对自身、对上一级和最终影响三个等级。,危害度：指某种故障模式影响的严酷程度。 一般分为四级：类（灾难性故障）造成机毁人亡；类（致命性故障）造成机损人伤， 导致任务失败；类（严重故障）造成人、机轻度损 伤，导致任务推迟或降级；类（轻度故障）不至于造成人员受 伤，系统损坏，但需进行维修。,故障模式发生概率,一般分为五个等级： A级经常发生，概率大于0.2； B级很可能发生，概率为0.10.2； C级偶尔发生，概率为0.01 0.1; D级很少
7、发生，概率为0.01 0.001; E级极不可能发生，概率小于0.001。,A,B,C,D,E,a,b,危害度矩阵图,故障树分析法（FTA）,FTA是一种演绎分析方法。它实现从系统的故障（顶事件）开始，逐级向下分析构成系统的子系统、部件、单元等存在什么故障会造成这一后果。是一种由上而下的分析方法，可作定性与定量分析。工作基础与依据： GB4888-1985故障树名词术语和符号；GB7829-1987故障树分析程序；GJB/Z768A故障树分析指南,电子产品可靠性设计内容,元器件选择与控制：a. 制定元器件大纲；b. 元器件选用与管理。 2. 降额设计（GJB/Z35元器件降额准则） 3. 耐环
8、境设计 4. 耐热设计 5. 电磁兼容设计 6. 电路容差分析,（二）可靠性试验,可靠性试验的目的,是对产品可靠性的各种特征指标 进行测量（摸底）、评定（鉴定）和 验证（验收）。,可靠性试验,统计试验,工程试验,环境应力筛选,可靠性增长,可靠性鉴定,可靠性验收,环境应力筛选,环境应力筛选是在产品出厂前，有意 将环境应力施加到产品上，使产品潜在的 缺陷加速发展成为早期故障，加以排除， 以提高产品的可靠性。,环境应力筛选方法,GJB1302 电子产品环境应力筛选方法,按规定的温度循环和随机振动施加应力， 每个循环4小时，进行10个循环，共40小时。,可靠性增长试验,有计划地激发失效、分析失效原因、
9、改进 设计，并验证改进措施的有效性而进行的工程 试验，称为可靠性增长试验。增长试验的目的 是通过“试验-分析-改进-再试验（TAAF）”， 解决设计缺陷，提高可靠性。,可靠性增长试验作为工程研制阶段的组成部 分，是产品研制阶段单独安排的一个可靠性工程 项目，通常安排在工程研制阶段基本完成之后、 可靠性鉴定试验之前进行。所需的总试验时间取决于可靠性增长模型、 工程经验和产品的可靠性要求。通常取产品可靠 性目标值的525倍。,可靠性增长试验的基本方法,“试验-分析-改进-再试验（TAAF）” 是工程研制中普遍采用的方法。可靠性增 长试验吸取了该方法，并构成可靠性增长 试验基本方法的核心。,可靠性增
10、长模型杜安模型,R I (Tt / TI)m,式中： R产品应达到的MTBF（h）;I产品增长前具有的MTBF(h)；TI增长试验前预处理时间(h)；Tt产品由I增长到R所需时间(h)；m增长率，0m1。,杜安模型参数的选取,I：一般为产品可靠性预计值（p）的10%30%。TI：当p 200h时，取100h；当p200h时，取0.5 p。m：一般取0.30.7。m=0.1时，说明增长过程中，基本没有采取改进措施； m=0.6 0.7时，说明在增长过程中采取了强有力的分析和改进措施，得到预期的最大增长效果 。,可靠性鉴定与验收试验,统计试验的一些基本概念,试验参数,1MTBF检验的下限值 0MT
11、BF检验的上限值d鉴别比，d=0/1 生产方风险 使用方风险,抽样特性曲线（OC曲线）,0,接收概率,接收概率,1,0,1,0,1-,1,0,理想OC曲线,实际OC曲线,点估计、区间估计、置信度,点估计：,= ,T,r,式中：T总试验时间（h）；r责任故障数。,区间估计：对产品MTBF真值，通过样本 观测值，估计出一个具体区间，使该区间包含 的置信水平为。显著性水平,=1-,单侧置信下限估计（定时截尾）,L,2T,x2(1-,2r+2),式中：T试验时间（h）；x2x2分布（查表得出）；显著性系数；r责任故障数。,可靠性鉴定试验,目的：检验样机的基本可靠性是否满足 研制总要求规定的指标方法：按
12、照GJB 899规定的方法进行,常用的可靠性鉴定试验方案,定时截尾试验方案,可靠性鉴定试验的准入条件：,1. 样品的技术状态已经冻结； 2. 同批样品已基本完成了环境鉴定试验； 3. 已按GJB 1032规定的方法完成了环境应力筛选； 4. 完成了可靠性预计，并满足p0的要求。,可靠性验收试验,可靠性验收试验的目的是对批生产产品的 可靠性进行评价，看其是否满足合同要求。受试产品从同一批产品中随机抽取，其数 量一般为10%，最多不超过20台（套）。可靠性鉴定试验应采用与鉴定试验相同的 试验剖面和条件。试验方案可以选取GJB899中规定的序贯试 验方案，定时、定数截尾试验方案。推荐采用 序贯试验方
13、案。,概率比序贯试验方案,序贯试验方案5判别标准,可靠性鉴定试验与验收试验的区别,二、维修性设计与试验,（一）什么是产品的维修性？,维修性是产品在规定的条件下和规定的 时间内，按规的定程序和方法进行维修时， 保持或恢复产品规定状态的能力。维修性是产品的固有属性，它是由设计 奠定的，生产和管理来保证的。产品维修性直接影响维修工作量、维修 人员水平和数量、维修经费和设施的配置， 直接决定维修成本，进而直接影响产品的全 寿命周期费用的高低。,（二）维修性要求,维修方式和体制； 可达性； 互换性； 防差错； 维修安全； 快速、准确诊断； 可修复性； 良好的人机工程。,定性要求,维修方式:,状态监控,视
14、情维修,定时维修,维修体制三级维修,一级（外场级）：主要利用系统的BIT，检测、隔离有故障的LRU，并予以更换。二级（内场级）：利用ATE和BIT，对故障LRU进行检测，将故障隔到SRU，并予以更换。三级（工厂级）：更换元器件和部件，修复有故障的SRU。,定量要求,平均修复时间（MTTR）； 恢复功能的任务时间（MTTRF）； 最大修复时间Mmaxct； 预防性维修时间Mpt； 平均维修时间； 维修停机时间率； 重构时间Mrt； 维修工时率； 平均维修费用。,平均修复时间MTTR,MTTR是指在一给定的期间内，修复时间的总和 与修复次数N之比：,MTTR=,N tii=1,N,当装备有n个可修
15、复单元组成时，平均修复时间为：,MTTR=,n iMctii=1,n i,i=1,式中：i第i个单元的失效率；Mcti第i个单元的平均修复时间。,（三）维修性设计,1. 合理分配、设计LRU和SRU；,进行维修性指标分配。分配方法主要有：* 等值分配法；* 按故障率分配法；* 按复杂性分配法；* 相似产品分配法；* 加权因子分配法。,3. 进行维修性预计。预计方法主要有： * 推断法；* 单元对比法；* 时间积累法；* 抽样评分法。,具体应用可参照GJB/Z57维修性分配与预计手册,（四）维修性试验与评定,* 维修性核查工程研制阶段； * 维修性验证设计、生产定型阶段； * 维修性评价试用、使
16、用阶段。,时机与种类,基本方法,GJB2072维修性试验与评定中，规定 了11种统计试验方法。其中方案1是MTTR的试 验方案样本数：不小于30。样本选择：自然故障作业；模拟故障作业。样本的分配原则：覆盖全免；合理分配考虑到产品的复杂性和可靠性。,三、测试性设计与试验,(一)测试性的定义,测试性是产品能够准确地确定其 状态，并隔离其内部故障的一种设计 特性。他既包括设备本身的要求，又 包括测试设备的性能要求。,(二)测试性指标要求,1. 故障检测率rFD：是指在规定的 条件下、用规定的方法，对设备在规 定期间内发生的所有故障能够正确检 出的百分数。,2. 故障隔离率rFI：是指在规定的 条件下
17、、用规定的方法，对设备在规 定期间内所检测出的所有故障隔离到 规定个数以内可更换单元的百分数。,3. 虚警率rFA：是指在规定的期间 内，测试系统发生的虚警数与故障指 示总次数之比，用百分数表示。,此外，还有故障检测时间、故障 隔离时间、不能复现率、重测合格率 的指标。,指标的一般要求：,参数,维修级别,(三)测试性设计,设计准则,* 合理划分产品单元； * 合理设计测试点； * 合理选择测试方式； * 测试设备与被测设备兼容性。,测试性分配,测试性分配的任务是将故障检测率和故障 隔离率指标分配到系统的各个LRU和SRU。分配 方法主要有：* 故障率分配法；* 加权分配法。,故障率分配法,该方
18、法是对故障率高的单元，分配较高 的故障检测率和隔离率指标。具体步骤：1.画出系统功能层次图；2.取得个单元故障率数据i；3.计算个单元分配值；,n iii=1,Pia=Psr,n i2i=1,Psr系统测试性指标,4.权衡、调整计算所得的Pia值；5.按下式验算分配结果：,niPiai=1,Ps =,n ii=1,若PsPsr，则分配工作完成； 否则，重复上述4、5步骤。,加权分配法,加权分配法考虑多个因素，并给出相应的加权系 数，用来计算分配指标：故障率系数k1：单元故障率与系统故障率之比；故障影响系数k2：影响大的取值大； 修复时间系数k3：修复时间短的取值大；自动测试难易系数k4：容易的
19、取值大；修复成本系数k5：成本低的取值大。,测试性预计,测试性预计是按照系统组成情况， 从SRU到LRU、再到系统，估计出系统的 测试性参数。 预计的指标主要是故障检测率、隔离率 和虚警率。测试性预计包括机内测试（BIT）和 系统测试性预计两部分。,BIT预计按以下步骤进行：* 准备测试性框图；* BIT方案分析（PBIT/IBIT/MBIT）；* BIT算法分析；* 故障模式分析(FM、FM)；* 故障检测分析（ D ）；* 故障隔离分析；（ I）* 虚警分析（）；* 填写BIT预计工作单。,BIT预计工作作单,产品名称：LRU1,系统测试性预计,系统和设备的测试性预计是根据系统设计来 估计
20、可达到的故障检测与隔离能力，所用的检测 方法包括 BIT、操作者判断和维修人员的计划维 修检测等。预计的工作内容和工作单格式与 BIT 预计类似，只是“检测D”栏的填写不是按 BIT分 类，而是按检测方式BIT检测（B）、操作员判 断（P）、维修检测（M）和三种方法均无法检测 （UD）来分类填写。,(四)测试性试验,测试性试验分为工程试验和鉴定试验 两类：工程试验的目的是检验测试性设计 水平和结果；鉴定试验的目的是考核产品 的测试性是否满足“研制任务书”规定的 指标要求。其方法与维修性试验相同，也 采用统计试验的方法。试验样本利用自然 故障和人为模拟故障来获取，样本数量根 据的大数中心极限定理
21、，不小于30个。,四、保障性设计与试验,(一)保障性的定义,保障性是装备的设计特性和计划的保障资源 能满足平时战备和战时使用要求的能力。所谓设计特性，是指与装备保障有关的可靠 性、维修性、测试性、运输性，以及使装备便于 使用、维修等方面的设计特性，也即装备的可保 障性能；所谓保障资源是指为满足装备的使用、 维修所规划的人力、物资和信息资源。,(二)保障性要求,定量要求可用度A：,使用可用度A0=,MTBF,MTBF+MTTR+MLDT,* MLDT平均保障延误时间。,固有可用度Ai=,MTBF,MTBF+MTTR,(一般取0.80.9 ),定性要求,有关设计特性方面的要求：主要包括 可靠性、维
22、修性、测试性、运输性等方面 的定性要求，以及简化使用、方便维修方 面的要求。,(三)保障性设计,可保障性设计,* 认真贯彻“通用化、系列化、模块化”要求； * 严格控制有寿件，对“外场控制的有寿件”应具备现场更换条件； * 良好的“人机界面”设计。,保障资源设计,* 保障人员：人员的数量、结构、技术水平等要求应与部队现行体制、编制相适应。* 保障设备、设施：使用、维修所需的设备、设施以及专用工具等应同步展开设计和研制。* 保障备件：编制随机备件清单（一线维修用）和航材目录（二线维修用）。,* 技术资料：编制并提供技术说明书；使用维修说明书；操作手册；维护规程；“四随”清单；航材目录；产品履历本
23、等随机技术文件和资料。,* 训练与训练保障：训练装备使用、维修人员的活动与所需的程序、方法、技术、教材和器材等。训练分为初始训练和后续训练两个阶段。* 计算机资源：设计并提供使用、维修装备装备中的计算机所需的硬、软件与文档。,综合保障建议书,使用、维修人员编配数量和技术水平要求； 使用、维修保障设备的名称、数量、编配比例、规格、型号； 场站设备技术要求和配备建议； 用户技术资料目录； 备件清单； 使用、维护保障设施建设的建议； 地面模拟训练器等训练设备。,主要内容：,(三)保障性试验与评价,保障性设计特性试验与评价：主要是指可靠性、 维修性、测试性的试验与评价。分为研制阶段和使用 阶段两部分：研制阶段试验在设计定型鉴定试验时完 成；使用阶段试验结合部队使用进行。保障资源试验与评价：其目的是发现并解决保障 资源存在的问题；评价保障资源与装备的匹配性；评 估保障资源利用和充足程度以及其能力是否与装备战 备完好性要求相适应。一般应在设计定型阶段的部队 试验过程中完成。,结 束 语,“细节决定成败”。,再 见 ！,
