周濤

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2016.07.019

摘 要：隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，對軍用飛機的功能要求也越來越高，因此，對飛機航電系統(tǒng)的改裝將越來越多。針對改裝后的航空電子系統(tǒng)的眾多分系統(tǒng)和設(shè)備，在保證系統(tǒng)功能的前提下，如何提高系統(tǒng)的可靠性顯得尤為重要。該文對如何提高航電系統(tǒng)可靠性的常用方法做了一定的分析和闡述，并對改裝后某個航電系統(tǒng)的任務(wù)可靠性進行了分析論證。

關(guān)鍵詞：航空電子系統(tǒng) 可靠性 冗余 MTBF

中圖分類號：V24 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）03（a）-0019-05

隨著信息工程、計算機技術(shù)、控制技術(shù)、電子技術(shù)的日益發(fā)展，在過去的數(shù)十年中，飛機系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)的重點有了重大轉(zhuǎn)變，從最初飛機機體的設(shè)計演變?yōu)轱w機的電子設(shè)計上。因此，為增加飛機的綜合作戰(zhàn)能力，未來針對飛機的航電系統(tǒng)改裝將越來越多，而由于功能的增加，對飛機承載的電子設(shè)備的功能要求就不得不急劇地增長，甚至面臨著一種爆炸性的局面。航空電子系統(tǒng)作為一個整體，需要統(tǒng)籌考慮，進行系統(tǒng)集成，使各種系統(tǒng)資源有機地結(jié)合起來，協(xié)調(diào)工作，共同完成系統(tǒng)的使命任務(wù)，任何一個分系統(tǒng)或設(shè)備的失效將影響整個航空電子系統(tǒng)的功能。在這種情況下，如何提高航空電子系統(tǒng)的可靠性顯得尤為重要。

1 系統(tǒng)的可靠性設(shè)計方法

1.1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)型的選擇

根據(jù)自上而下的系統(tǒng)設(shè)計原則，在對航空電子系統(tǒng)進行改裝時，首先需要確定航空電子設(shè)備的系統(tǒng)構(gòu)型，選擇一個合適的系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)是建立高性能的航電系統(tǒng)的首要前提。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以大致分為6種。按其智能節(jié)點和連接節(jié)點的鏈路不同形式，其拓撲結(jié)構(gòu)分別為：點對點型、環(huán)型、星型、主總線型、共享存儲器型、多級總線型。這6種局部網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)如圖1所示?？梢詮慕涌诘哪K性，可擴展性，故障的容錯特性，復(fù)雜性和通訊阻塞瓶頸等6個指標上對上述幾種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)做出全面的比較和評價，具體見表1。

由表1可見，總線型的拓撲形式（單總線多級總線）由于其綜合性能優(yōu)良，特別適于在航空電子綜合化中加以采用。它的復(fù)雜性不高，而模塊性良好，很適宜做成標準化的接口模塊，可用大規(guī)模集成電路實現(xiàn)；它的容錯性高，可以使航空電子綜合系統(tǒng)獲得很好的可靠性；它的可擴展性使得可以靈活地在總線上增加或刪除智能節(jié)點，以適應(yīng)于飛機或航空電子設(shè)備改進或更型的需求。

1.2 容錯與可靠性

航空電子綜合系統(tǒng)作為一個高可靠性的系統(tǒng)，要求一定的時間范圍內(nèi)不允許系統(tǒng)失效，或者要使失效概率低至忽略不計的程度。提高系統(tǒng)可靠性的冗余度技術(shù)大體上可以分成以下幾種。

（1）硬件冗余——通過給系統(tǒng)增添硬件設(shè)備來求得系統(tǒng)的容錯能力。

（2）軟件冗余——通過給系統(tǒng)增添用于系統(tǒng)錯誤管理的程序來求得系統(tǒng)的容錯能力。

（3）事件冗余——以犧牲一定的時間代價來求得系統(tǒng)的容錯能力。

（4）信息冗余——在系統(tǒng)內(nèi)增添一些提高系統(tǒng)可靠性所需要的信息。

硬件冗余又分成靜態(tài)冗余和動態(tài)冗余兩種。靜態(tài)冗余（又稱之為掩蔽冗余）是指采用串并配置以及2N+1模冗余等邏輯重迭技術(shù)來有效地掩蔽硬件故障。對于靜態(tài)冗余來說，在部件出故障后不必對相應(yīng)的故障部件進行診斷、隔離、修復(fù)就能實現(xiàn)容錯運行，因此，靜態(tài)冗余的突出優(yōu)點是對付瞬時性故障很有效。其缺點是代價較大，體積重量增加很多。硬件冗余技術(shù)中的第2種是動態(tài)冗余（也稱之為選擇冗余，它包括故障檢出、故障隔離及系統(tǒng)恢復(fù)3個基本組成部分。所謂故障檢出是指對故障做出定性、定位的診斷。在航空電子綜合系統(tǒng)之中，一般需要在3個級別上進行故障檢出：即計算機故障；存儲器/定時器故障；指令執(zhí)行功能故障；子系統(tǒng)之間數(shù)字通訊的1553B傳輸故障；動態(tài)過程的數(shù)據(jù)有效性診斷等。所謂故障隔離是與硬件的余度配置密切相關(guān)，隔離是使兩個或多個部件之間的互相作用減到最小以至于零，因此，故障的隔離常常是指余度部件的切換，使故障得以屏蔽或弱化。系統(tǒng)恢復(fù)是指系統(tǒng)設(shè)計師根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和最低級別上的故障隔離特性所采取的容錯管理策略。它是根據(jù)系統(tǒng)的狀態(tài)向量和狀態(tài)的歷史情況而定、在恢復(fù)過程之中必然會有一個擾動出現(xiàn)，但要限制此擾動使飛機任務(wù)能夠容忍的程度。動態(tài)冗余的優(yōu)點是硬件利用率較高，但診斷、定位、恢復(fù)的過程較慢，且付出了軟件的代價，此種方法如不與其他冗余技術(shù)配合使用，較難消除瞬時性故障的影響。

3.6 可靠性分配

根據(jù)改裝任務(wù)的設(shè)計要求，Rs≥0.985，為滿足此要求，需進行可靠性分配，將系統(tǒng)的可靠性要求分配到每個航電設(shè)備上，可靠性主要分配方法見表2。

從表2中內(nèi)容可以看出，可靠性分配方法中，評分法應(yīng)用較靈活，適用性強，應(yīng)用較普遍。因此，在此選用評分法進行可靠性分配。分配因素及評分規(guī)則如下。

（1）復(fù)雜程度：對結(jié)構(gòu)、功能、裝配而言，簡單1～復(fù)雜10。

（2）技術(shù)水平：對設(shè)計方法而言，先進1～最低10。

（3）工作時間：在任務(wù)時間內(nèi)，工作時間最短1～最長10。

（4）環(huán)境：對承受的環(huán)境條件而言，最好1～嚴酷10。

分配過程及結(jié)果見表3所示。

3.7 可靠性計算

根據(jù)分配給各個航空電子設(shè)備的可靠度，可以根據(jù)公式算出每臺設(shè) 備的平均無故障時間，與各成品廠實際能夠達到的平均無故障時間進行對比。

從表4中可以看出，各成品廠設(shè)計的產(chǎn)品可以達到的平均無故障時間以及成熟期后的平均無故障時間均已達到或超過分配后要求的可靠度。因此，改裝后系統(tǒng)完成某型武器的發(fā)射控制任務(wù)的可靠度是滿足要求的。

4 結(jié)語

對軍工產(chǎn)品尤其是飛機來說，可靠性就更加重要，因為“可靠性是影響軍隊戰(zhàn)斗力的關(guān)鍵因素”，裝備的可靠性決定了裝備的戰(zhàn)備完好性，決定了戰(zhàn)斗的成敗，也是裝備自身的生命線。在任何威脅環(huán)境下贏得勝利所要求的一個不變的因素是高度可靠和易維修的武器系統(tǒng)，它能夠提供連續(xù)的攻擊能力。工業(yè)部門和科研院所應(yīng)當抓住可靠性發(fā)展的歷史機遇，不斷地探索，豐富和壯大可靠性工程的技術(shù)體系與管理體系，形成了較為完整、配套、成熟的可靠性設(shè)計、分析、試驗和評價標準和規(guī)范，并向更高層次、更深領(lǐng)域發(fā)展。

參考文獻

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