寬帶戰術電臺可靠性指標確定及驗證方法

劉京和

(總參信息化部軍事代表局，北京100840)

0 引言

隨著現代科學技術的飛速發展，可靠性問題已成為制約寬帶戰術電臺發揮其戰術優勢的一個重要因素。要想提高戰術電臺的可靠性，必須從研制入手，在研制階段深入廣泛地貫徹可靠性工程思想，開展相應的可靠性工作是提高裝備可靠性的必由之路［1］。

研制階段開展的可靠性工作項目主要包括可靠性參數的選擇與可靠性指標的確定、可靠性保證大綱和可靠性工作計劃的制定、可靠性設計、可靠性驗證。

研究寬帶戰術電臺可靠性指標的驗證方法，必須要弄清楚寬帶戰術電臺的可靠性參數和指標確定原則。為此，主要探討寬帶戰術電臺可靠性參數的種類、指標的確定及其相應的驗證方法。

1 可靠性參數指標

寬帶戰術電臺的可靠性參數及指標一般分為使用參數及指標和合同參數及指標。

使用參數反映了使用方對裝備戰備完好、任務成功、維修人力費用和保障資源等4個方面的要求，這些參數的對應量值為使用指標。使用參數和指標應包含目標值和門限值。目標值即期望達到的使用指標，門限值是裝備必須達到的使用指標。

合同參數是合同或研制任務書中表述對裝備可靠性要求，且能夠在研制過程中可控的參數，其量值為合同指標。合同參數和合同指標應包括規定值和最低可接受值。規定值是合同中規定的期望裝備達到的合同指標，是承制方進行可靠性設計的依據，最低可接受值是裝備必須達到的合同指標，是進行可靠性考核和驗證的依據。規定值由目標值轉換而來，最低可接受值由門限值轉換而來。

設備可靠性參數的選擇和指標的確定應服從以下原則:

①根據設備分類及壽命特征，選擇合適的可靠性參數來表征其可靠性;

②根據使用需求、裝備的復雜程度、使用環境、使用重要度、保障條件等來確定可靠性指標的量值，量值的過高或過低都會造成“浪費”;

③可靠性參數選擇和指標確定應參照GJB 1909.10《裝備可靠性維修性參數選擇和指標確定要求——(電子系統)》的方法執行［3］。

2 可靠性指標確定

相似裝備折衷系數法的總體思路是:參照相似裝備經實際使用驗證得到的指標，綜合考慮使用方要求和承制方能力，將影響可靠性的因素進行合理分析、科學歸類，給出相應的權重，然后采用折衷的辦法確定新裝備的可靠性指標［4］。

相似裝備折衷系數法主要包括5個步驟:

(1)選擇相似裝備指標RF

首先，需要搜集國內外同類裝備的可靠性指標，這個指標應該是驗證了的實際使用中達到的指標，是相似裝備折衷系數法參考的依據，在這些裝備中選擇一個作為相似裝備RF。

這里主要針對寬帶戰術電臺的可靠性，因此需要搜集國外寬帶戰術電臺在實際使用中達到的可靠性指標。

(2)確定使用方希望達到的指標RU

使用方所希望達到的指標也就是成熟期目標值，這是作戰部門根據作戰使用客觀需要確定的。指標確定的范圍，直接關系到裝備將來的作戰能力和使用保障費用。這個指標要從作戰使用的角度出發，根據當前國際政治、經濟的復雜性和周邊環境的嚴峻性等情況提出。使用方期望達到的指標記作RU。

(3)確定承制方基本可達到的指標RC

影響裝備可靠性水平的因素主要有產品復雜度、研制費用、進度要求以及工業技術水平等。只要合理地給出各項的權重，并通過專家打分將新研裝備與現有相似裝備作比較，即可得到新研裝備承制方基本能達到的可靠性水平。

新研裝備得分矩陣為:

相似裝備得分矩陣為:

各因素權重為W=［w1w2… wn］，那么承制方可達到的指標值為:

式中，m為專家數，n為影響因素個數，k為得分越高、可靠性越低的因素個數。

(4)確定權重

確定權重采用層次分析法。具體方法是:將影響任務可靠性指標的各因素兩兩比較，得到判斷矩陣，對判斷矩陣的特征向量正則化(歸一化)處理，即可得到各要素的相對權重。

(5)確定指標

綜合考慮需要與可能，對指標越大越好的指標，確定時有2種情況。

① RC＜RU情況

當RC＜RU時，使用方期望的指標大于承制方可能達到的指標。這時，采用折衷的辦法，適當降低使用方期望的指標，同時適當升高承制方可能達到的指標，即:

式中，α為折衷系數，一般取0.4～0.6之間。

② RC≥RU情況

指標選取以承制方的為準，即:

3 可靠性指標驗證

驗證是指通過客觀證據的提供與檢查，來驗明已符合規定的要求。可靠性驗證分為工程驗證和統計驗證兩大類。工程驗證包括環境應力篩選和可靠性增長驗證，目的在于暴露產品的缺陷并加以排除。統計驗證包括可靠性鑒定驗證和可靠性驗證，目的在于測定或驗證產品的可靠性特征值。

在對通信裝備的可靠性進行考核時，可靠性鑒定驗證方案的幾個參數α，β，θ1，θ0，d分別表示:生產方風險、使用方風險、檢驗下限、檢驗上限和鑒別比。對于電臺類通信設備來說，其壽命分布為指數分布，可靠性鑒定試驗方案的幾個參數可表示為:

式中:L(θ)為接受函數，c為可接受責任故障數，T為總實驗臺時數，f(x，2c+2)為自由度為(2c+2)的 X2分布密度函數［1］。

3.1 可靠性增長驗證

通過逐步改正產品設計和制造中的缺陷，不斷提高產品可靠性的過程，是保證通信裝備可靠性的重要保證。這里采用現役裝備可靠性增長的方法，即“收集－分析－改進”(Collection Analyses and Fix，CAAF方法)可靠性增長方法。CAAF方法的試驗流程如圖1所示［5］。主要可以分為數據收集、數據分析和設備改進3個階段，其中數據分析又可以分為故障確認、故障分析與糾正和驗證3個階段。

圖1 CAAF方法的試驗流程

3.2 可靠性鑒定驗證

為了減少現場試驗時間，項目采用Bayes序貫截尾檢驗方法［6］。

通信裝備的可靠性試驗數據綜合的思路是根據λ=－lnR/tr(R為系統可靠度，λ為失效率，tr為完成任務時間)，當λ的驗前密度給定時，確定R的驗前密度，由此計算出R的驗后密度及一、二階原點距。

根據杰夫萊規則，無驗前信息時，失效率λ的驗前密度π(λ)∝1/，則:

于是R的驗后密度為:

式中，η0=t0/tr，R的驗后密度為負對數Gamma密度函數，R的驗后一、二階原點距為:

無驗前信息可用時，π0=0.5，若有驗前信息:

4 算法分析

4.1 指標確定

一種寬帶戰術電臺的可靠性指標確定如下［4］:

①國外某戰術寬帶電臺的可靠度為RF=0.95;

②使用方期望指標為RU=0.94;

③裝備可靠性得分矩陣如表1所示。

表1 可靠性得分矩陣

④各指標的權重確定為:

表1中只有復雜度屬于得分越高可靠度越低的項目，因此就可以計算:

⑤確定指標:取折衷系數為α=0.6，那么該戰術電臺的可靠度門限值為:

4.2 指標驗證

綜合考慮可利用的驗前信息、允許的平均試驗時間以及試驗失效次數及實際風險等因素，可選定表2中的4種Bayes序貫截尾檢驗方案。表3為方案1～方案4的判決標準。

表2 4種Bayes序貫截尾檢驗方案

表3 判決標準表

表3中時間為總試驗時間，其對應值為≤θ1的倍數，如方案1中，總試驗時間為t≤1.386θ1，失效時間為3時拒收。

5 結束語

提出的寬帶戰術電臺可靠性指標確定及驗證方法，對寬帶戰術電臺的可靠性參數選擇、可靠性指標確定及可靠性指標驗證方法具有指導意義，為提升寬帶戰術電臺裝備的可靠性提供了依據。此外，文中的可靠性驗證方法不僅適用于電臺類通信裝備的可靠性驗證，對其他通信裝備的可靠性評定也有較好的推廣價值。

［1］曾利偉，呂川.通信裝備可靠性指標的確定及其驗證［J］.電子產品可靠性與環境試驗，2006，24(1)：15 －18.

［2］劉偉，喬明鋒，成兵.大型復雜通指系統裝備可靠性指標的驗證［J］.電子產品可靠性與環境試驗，2007，25(2)：10 －13.

［3］GJB 1909.10.裝備可靠性維修性參數選擇和指標確定要求——(電子系統)［S］.

［4］任建軍，張恒喜，尚柏林.航空裝備可靠性使用指標確定方法研究［J］.系統工程與電子技術，2002，24(12)：123－126.

［5］林杰.現役裝備可靠性增長的方法［J］.電子標準化與質量，2001(3)：20 －24.

［6］許雪梅.靶場通信系統可靠性驗收試驗評定方法［J］.無線電通信技術，2009，35(1)：58 －60.

［7］丁以華.可靠性試驗技術與可靠性增長效果［J］.航空電子技術，2000(3)：70 －74.