王學(xué)峰

(國營第七二〇廠，南京 210038)

0 引 言

隨著雷達技術(shù)的進步，雷達裝備的可靠性不斷提高，高可靠性雷達應(yīng)用也越來越廣泛。在美國北方預(yù)警系統(tǒng)中，部署的AN/FPS-117型雷達和AN/FPS-124型雷達均為高可靠性預(yù)警探測雷達，可有效彌補自然環(huán)境惡劣地區(qū)的雷達監(jiān)控盲區(qū)。近年來，國內(nèi)雷達廠所也做了大量的研究、分析和應(yīng)用，通過對國外先進高可靠性雷達技術(shù)進行深入研究分析，證明了雷達高任務(wù)可靠性的關(guān)鍵主要取決于高效費比的任務(wù)可靠性模型。[1]本文針對高任務(wù)可靠性模型中冷旁待(冷儲備)、熱旁待(熱儲備)及輕載旁待(溫儲備)系統(tǒng)對雷達任務(wù)可靠性的影響，采用CARMES軟件開展定量分析研究，在相同單元相同失效率前提下計算不同模型給出的實際任務(wù)可靠性量化結(jié)果，為冗余模型的合理選擇提供理論依據(jù)，以期得到較高效費比的可靠性工作模型。[2-3]

1 旁待系統(tǒng)定義和分類

組成系統(tǒng)的N個單元只有一個單元在線工作，其余單元處于備用狀態(tài)，一旦BITE(機內(nèi)自檢設(shè)備)或者人工檢測出在線單元故障則由轉(zhuǎn)換開關(guān)切換至一個備用單元接替在線繼續(xù)工作，只有在線單元和所有備用單元均故障系統(tǒng)方才失效，此系統(tǒng)為旁待系統(tǒng)。根據(jù)備用單元電應(yīng)力的不同，旁待系統(tǒng)分為冷旁待(冷儲備)、熱旁待(熱儲備)、輕載旁待(溫儲備)3種。

在檢測設(shè)備和切換開關(guān)可靠度接近1時，熱旁待的可靠度和MTBCF(部件故障平均間隔時間)與并聯(lián)系統(tǒng)的可靠度和MTBCF幾乎一樣，因此重點分析冷旁待(冷儲備)和輕載旁待(溫儲備)系統(tǒng)。旁待系統(tǒng)的可靠性框圖如圖1所示。

2 熱旁待系統(tǒng)和并聯(lián)系統(tǒng)

前面講過，在檢測設(shè)備和切換開關(guān)可靠度接近1時熱旁待的可靠度和MTBCF與并聯(lián)系統(tǒng)的可靠度和MTBCF幾乎一樣，下面在CARMES軟件中新建“模型對比”項目進行說明。

圖1 旁待系統(tǒng)的可靠性框圖

在雷達系統(tǒng)中選取一個冗余節(jié)點分析計算。在RBD節(jié)點信息中選擇相同單元儲備模型，儲備類型選擇熱儲備，應(yīng)力比1，轉(zhuǎn)換開關(guān)失效率0，維修類型選擇不維修，分布類型選擇指數(shù)分布，任務(wù)時間100 h。熱旁待模型圖如圖2所示。系統(tǒng)可靠性預(yù)計結(jié)果如表1所示。

圖2 熱旁待模型圖

表1 系統(tǒng)可靠性預(yù)計結(jié)果報表

在雷達系統(tǒng)中選取同一個冗余節(jié)點分析計算，在RBD節(jié)點信息中選擇相同單元并聯(lián)模型，維修類型選擇不維修，分布類型選擇指數(shù)分布，任務(wù)時間100 h，并聯(lián)模型圖如圖3所示。系統(tǒng)可靠性預(yù)計結(jié)果如表2所示。

圖3 并聯(lián)系統(tǒng)模型圖

表2 系統(tǒng)可靠性預(yù)計結(jié)果報表

3 冷旁待系統(tǒng)

冷旁待是指備用單元在備用期間不加電，并忽略在貯存期的失效率。下面分別進行不維修(系統(tǒng)任務(wù)時間內(nèi)不能維修或不維修)和完全維修(不關(guān)機維修失效的冗余單元)模式計算。

(1) 不維修模式(系統(tǒng)任務(wù)時間內(nèi)不能維修或不維修)

假設(shè)切換裝置的可靠度與時間無關(guān)，每次切換的時間(Ps)恒定?？煽慷萊s(t)和任務(wù)可靠性MTBCF計算公式如下：

依據(jù)上述定義，在CARMES軟件中“模型對比”項目系統(tǒng)中選取了一個冗余節(jié)點分析計算。在RBD節(jié)點信息中選擇相同單元儲備模型。儲備類型選擇冷儲備，應(yīng)力比0，轉(zhuǎn)換開關(guān)失效率0，維修類型選擇不維修，分布類型選擇指數(shù)分布，任務(wù)時間100 h。冷旁待模型圖如圖4所示。系統(tǒng)可靠性預(yù)計結(jié)果如表3所示。

圖4 冷旁待模型圖

表3 系統(tǒng)可靠性預(yù)計結(jié)果報表

(2) 完全維修模式(不關(guān)機維修失效的冗余單元)

實現(xiàn)完全檢修只備份一個單元，因此只考慮N=2的情況。

其中，μ為1/MTTR,λk為切換裝置的失效率。

依據(jù)上述定義，在CARMES軟件中“模型對比”項目系統(tǒng)中選取了一個冗余節(jié)點分析計算。在RBD節(jié)點信息中選擇相同單元儲備模型。儲備類型選擇冷儲備，應(yīng)力比0，轉(zhuǎn)換開關(guān)失效率0，維修類型選擇完全維修，分布類型選擇指數(shù)分布，MTTR記為1.2 h，任務(wù)時間100 h。冷旁待模型圖如圖4所示。系統(tǒng)可靠性預(yù)計結(jié)果如表4所示。

表4 系統(tǒng)可靠性預(yù)計結(jié)果報表

4 輕載旁待系統(tǒng)

輕載旁待(即溫儲備)是指備用單元在備用期間加電但不滿載工作，僅考慮輕載應(yīng)力條件下的失效率。下面分別進行不維修和完全維修模式計算。

(1) 不維修模式

不維修模式可靠度Rs(t)和任務(wù)可靠性MTBCF計算公式如下：

式中，λ1為在線單元的失效率；λ′為旁待單元在輕載應(yīng)力下的失效率；λ2為旁待單元接替工作后的失效率，一般情況，λ2?λ1。

依據(jù)上述定義，在CARMES軟件中“模型對比”系統(tǒng)中選取了一個冗余節(jié)點分析計算。在RBD節(jié)點信息中選擇相同單元儲備模型。儲備類型選擇溫儲備，應(yīng)力比0.5，轉(zhuǎn)換開關(guān)失效率0，維修類型選擇不維修，分布類型選擇指數(shù)分布，任務(wù)時間100 h。輕載旁待模型圖如圖5所示。系統(tǒng)可靠性預(yù)計結(jié)果如表5所示。

圖5 輕載旁待模型圖

表5 系統(tǒng)可靠性預(yù)計結(jié)果報表

(2) 完全維修模式

完全維修可靠度Rs(t)和任務(wù)可靠性MTBCF計算公式如下：

依據(jù)上述定義，在CARMES軟件中新建“模型對比”項目，在雷達系統(tǒng)中選取了一個冗余節(jié)點分析計算。在RBD節(jié)點信息中選擇相同單元儲備模型。儲備類型選擇溫儲備，應(yīng)力比0.5，轉(zhuǎn)換開關(guān)失效率0，維修類型選擇完全維修，分布類型選擇指數(shù)分布，MTTR記為1.2 h，任務(wù)時間100 h。輕載旁待模型圖如圖5所示。系統(tǒng)可靠性預(yù)計結(jié)果如表6所示。

表6 系統(tǒng)可靠性預(yù)計結(jié)果報表

5 小 結(jié)

節(jié)點失效率λ=50×10-6，可靠性MTBF=20 000 h，任務(wù)時間100 h，不維修和完全維修模式下的MTBCF和Rs(t)匯總?cè)绫?所示。由表7可知，在同等條件下，4種模型相比，冷旁待模型的任務(wù)可靠性和可靠度較高，輕載旁待次之，熱旁待和并聯(lián)系統(tǒng)最低。

表7 不維修和完全維修模式下的MTBCF和Rs(t)匯總表

6 結(jié)束語

通過以上可靠性分析可知，高可靠性雷達系統(tǒng)在選擇冗余模型時盡量采用冷旁待或者輕載旁待系統(tǒng)，可有效提高雷達任務(wù)可靠性，避免過度冗余，耽誤研制進度，進而獲得最大的可靠性-費用比，降低后勤保障費用。