汪儀林，馬秋華

(西安機(jī)電信息技術(shù)研究所，陜西 西安 710065)

0 引言

按照GJB 373B—2019《引信安全性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則》[1]的要求，引信安全系統(tǒng)除了滿足相關(guān)的設(shè)計(jì)要求外，還應(yīng)對解除保險/解除隔離流程開始前、流程中直至安全分離的各階段進(jìn)行安全失效率的計(jì)算。機(jī)械、機(jī)電隔離型安全系統(tǒng)在GJB/Z 29A—2003《引信典型故障樹手冊》[2]中給出了相應(yīng)的計(jì)算方法，文獻(xiàn)[3]給出了某些可信環(huán)境對安全失效率的影響。對于全電子安全系統(tǒng)安全失效率的分析，目前尚無較為完整的計(jì)算方法。本文根據(jù)文獻(xiàn)[4]《電和電磁環(huán)境對引信全電子安全系統(tǒng)的影響分析》得出的典型的電/電磁環(huán)境在高壓電容上的電壓和雷管兩端的電壓及安全失效率的計(jì)算結(jié)果，由全電子安全系統(tǒng)的框圖A，得出非工作、通電、一個靜態(tài)開關(guān)閉合和兩個靜態(tài)開關(guān)閉合等狀態(tài)下的安全失效率計(jì)算公式，舉例說明了計(jì)算方法，給出了另兩種典型的全電子安全系統(tǒng)框圖(全電子安全系統(tǒng)的框圖B、C)的安全失效率的計(jì)算結(jié)果，說明了框圖級全電子安全系統(tǒng)安全失效率的計(jì)算和比較方法。

1 全電子安全系統(tǒng)失效率計(jì)算原理和方法

1.1 典型全電子安全系統(tǒng)的框圖

參照美國引信年會論文[5]中給出的全電子安全系統(tǒng)原理圖，得到的框圖如圖1所示。

圖1 全電子安全系統(tǒng)原理框圖AFig.1 The principle A of electronic safety-and-arming system

其工作過程為：解保環(huán)境識別k1識別第一解保環(huán)境后，輸出控制信號，驅(qū)動靜態(tài)開關(guān)1閉合，接通電源地；解保環(huán)境識別k2識別第二解保環(huán)境，邏輯控制器k4對k1、k2輸出進(jìn)行時序判斷，在k1開啟的時間窗ΔT內(nèi)檢測到k2輸出，則控制阻斷器k3釋放，靜態(tài)開關(guān)2閉合，接通電源；在滿足規(guī)定的延時要求后，產(chǎn)生交替變化的信號控制動態(tài)開關(guān)，高壓變換器在交變信號的驅(qū)動下進(jìn)行高壓變換，開始對高壓電容充電，解除隔離。

令圖中兩個靜態(tài)開關(guān)、動態(tài)開關(guān)非工作狀態(tài)正常工作的概率為p11、p21、p31，非工作狀態(tài)發(fā)生短路故障的概率為p1d1、p2d1、p3d1，工作狀態(tài)發(fā)生短路故障的概率為p1d2、p2d2、p3d2。

環(huán)境識別k1、環(huán)境識別k2、阻斷器k3誤輸出的概率pk1d、pk2d、pk3d，分別為器件故障導(dǎo)致誤輸出的概率(pk1k、pk2k、pk3k)與識別錯誤導(dǎo)致誤輸出的概率(pk1s、pk2s、pk3s)之和。

邏輯識別k4誤輸出的概率pk4d，其中器件故障導(dǎo)致控制誤輸出的概率pk4k，對環(huán)境識別1檢測虛警率pk4s1、對環(huán)境識別2檢測虛警率pk4s2；延時時間小于預(yù)定時間的概率pk4T；有效時間窗和工作時間之比為ΔT/T。

1.2 全電子安全系統(tǒng)安全失效率計(jì)算

由于不同的武器系統(tǒng)解除保險/解除隔離流程和發(fā)射過程的事件有所不同，為不失普遍性，根據(jù)全電子安全系統(tǒng)的特點(diǎn)，按照4個狀態(tài)分析安全失效率：1)非供電P11；2)解除保險和解除/隔離流程開始前的通電狀態(tài)P21；3)一個靜態(tài)開關(guān)閉合P31；4)兩個靜態(tài)開關(guān)閉合P41。

根據(jù)全電子安全系統(tǒng)的特點(diǎn)，GJB 373B中“在預(yù)定的解除保險和解除隔離流程開始前，防止引信解除隔離或作用的失效率應(yīng)不大于百萬分之一”對應(yīng)于1)、2)兩個狀態(tài)下的安全失效率。

1.2.1未通電狀態(tài)全電子安全系統(tǒng)安全失效率

未通電狀態(tài)，安全失效率為

P11=Pin11+Pout11=Pini11+Ping11+
Pinv11+Pouti11+Poutg11，

(1)

式(1)中，Pin11為輸入端引入電能量導(dǎo)致的安全失效率，Pout11為輸出端引入電能導(dǎo)致的安全失效率，Pini11為輸入端由于電流饋入導(dǎo)致的安全失效率，Ping11為輸入端由于靜電導(dǎo)致的安全失效率，Pinv11為輸入端由于電壓瞬變導(dǎo)致的安全失效率，Pouti11為輸出端由于電流饋入導(dǎo)致的安全失效率，Poutg11為輸出端由于靜電導(dǎo)致的安全失效率。

Poutg11=P(Ucg)+P(Udg)，

Pouti11=P(Uci)+P(Udi)，

式中，Ucg為靜電激勵在高壓電容上產(chǎn)生的電壓，Udg為靜電激勵在雷管上產(chǎn)生的電壓，Uci為電流注入在高壓電容上產(chǎn)生的電壓，Udi為電流注入在雷管上產(chǎn)生的電壓。

文獻(xiàn)[4]分析了輸出回路靜電、電流兩種饋入方式在高壓電容和雷管上建立的電壓，得出了在人體靜電和可信電流激勵下，P(Ucg)、P(Uci)、P(Udg)、P(Udi)都在10-10以下，可忽略其影響，故式(1)可簡化為

P11=Pin11+Pout11=Ping11+Pini11+Pinv11，

Ping11=p11×p21×p31×P(Ug123)+
p1d1×p21×p31×P(Ug23)+
p11×p2d1×p31×P(Ug13) +
p11×p21×p3d1×P(Ug12)+
p1d1×p2d1×p31×P(Ug3)+
p1d1×p21×p3d1×P(Ug2)+
p11×p2d1×p3d1×P(Ug1)+
p1d1×p2d1×p3d1×P(Ug)，

(2)

式(2)中，P(Ug123)為3個開關(guān)均處于開啟時，由靜電導(dǎo)致的安全失效概率；P(Ug23)為開關(guān)1出現(xiàn)短路故障時，靜電導(dǎo)致的安全失效概率；P(Ug13)為開關(guān)2出現(xiàn)短路故障時，靜電導(dǎo)致的安全失效概率；P(Ug12)為開關(guān)3出現(xiàn)短路故障時，靜電導(dǎo)致的安全失效概率；P(Ug3)為開關(guān)1、開關(guān)2出現(xiàn)短路故障時，靜電導(dǎo)致的安全失效概率；P(Ug2)為開關(guān)1、開關(guān)3出現(xiàn)短路故障時，靜電導(dǎo)致的安全失效概率；P(Ug1)為開關(guān)2、開關(guān)3出現(xiàn)短路故障時，靜電導(dǎo)致的安全失效概率；P(Ug)為3個開關(guān)出現(xiàn)短路故障時，靜電導(dǎo)致的安全失效概率。

根據(jù)文獻(xiàn)[4]的計(jì)算可知P(Ug3)、P(Ug2)、P(Ug1)、P(Ug23)、P(Ug13)、P(Ug12)、P(Ug123)均小于10-10，故可以將上式簡化為

Ping11≈p1d1×p2d1×p3d1×P(Ug)。

類似地可得

Pini11≈p1d1×p2d1×p3d1×P(Ui)，

(3)

Pinv11≈p1d1×p2d1×p3d1×P(Uv)，

(4)

式中，P(Ui)為3個開關(guān)出現(xiàn)短路故障或解除時，由電流饋入導(dǎo)致的安全失效概率；P(Uv)為3個開關(guān)出現(xiàn)短路故障或解除時，由電壓瞬變導(dǎo)致的安全失效概率。

則有

P11≈p1d1×p2d1×p3d1×(P(Uv)+P(Ui)+P(Ug))。

(5)

根據(jù)文獻(xiàn)[4]可知，當(dāng)三個開關(guān)導(dǎo)通時，GJB 151B規(guī)定的電流注入和電壓串?dāng)_可導(dǎo)致安全失效，故

P11=p1d1×p2d1×p3d1。

1.2.2通電狀態(tài)下全電子安全系統(tǒng)安全失效率計(jì)算

通電狀態(tài)，靜態(tài)開關(guān)未閉合，安全失效率P21為

P21=Pin21+Pout21+Pk21，

(6)

式(6)中，Pin21為通電狀態(tài)下輸入端引入電能量導(dǎo)致的安全失效；Pout21為通電狀態(tài)下輸出端引入電能導(dǎo)致的安全失效，由文獻(xiàn)[4]的計(jì)算知，可忽略；Pk21為動態(tài)開關(guān)啟動升壓的概率。

同1.2.1節(jié)分析，將3個開關(guān)均處于導(dǎo)通狀態(tài)和開啟升壓作為安全失效，則有

P21≈Pk123d1+Pk21，

(7)

式(7)中，Pk123d1為通電狀態(tài)3個開關(guān)均導(dǎo)通的概率。

為了方便說明，先分別給出靜態(tài)開關(guān)1、2，動態(tài)開關(guān)3分別導(dǎo)通的框圖，見圖2—圖4，再得出3個開關(guān)均導(dǎo)通和啟動升壓的框圖，見圖5、圖6。

用Pk1d、Pk2d和Pk3d分別表示靜態(tài)開關(guān)1閉合的概率、靜態(tài)開關(guān)2閉合的概率和動態(tài)開關(guān)3閉合的概率。

1)計(jì)算靜態(tài)開關(guān)1閉合的概率Pk1d

根據(jù)圖1，得出靜態(tài)開關(guān)1閉合概率的計(jì)算框圖如圖2所示。

圖2 靜態(tài)開關(guān)1閉合的框圖Fig.2 The diagram of static switch 1 shut

根據(jù)串并聯(lián)關(guān)系[6]，可得

Pk1d=1-(1-pk1d)×(1-p1d2)=
pk1d+p1d2-p1d2×pk1d，

(9)

即

Pk1d=pk1k+pk1s+p1d2-p1d2×(pk1k+pk1s)。

忽略高階小量可得：PK1d≈pk1k+pk1s+p1d2。

2)計(jì)算靜態(tài)開關(guān)2閉合的概率Pk2d

根據(jù)圖1，靜態(tài)開關(guān)2閉合的概率計(jì)算框圖如圖3所示。

圖3 靜態(tài)開關(guān)2閉合的框圖Fig.3 The diagram of static switch 2 shut

由圖3的串并聯(lián)關(guān)系，并忽略高階小量可得：

(10)

3)計(jì)算動態(tài)開關(guān)3閉合的概率Pk3d

根據(jù)圖1得到動態(tài)開關(guān)導(dǎo)通的概率計(jì)算框圖如圖4所示。

圖4 動態(tài)開關(guān)導(dǎo)通的框圖Fig.4 The diagram of dynamic switch shut

由圖4的串并聯(lián)關(guān)系，并忽略高階小量可得

(11)

由于開關(guān)1、2、3導(dǎo)通不獨(dú)立，三個開關(guān)均導(dǎo)通，忽略高階小量的框圖如圖5所示。

圖5 開關(guān)均導(dǎo)通的框圖Fig.5 The diagram of all switches shut

由圖5的串并聯(lián)關(guān)系，并忽略高階小量可得

(12)

根據(jù)圖1得到啟動升壓的框圖如圖6所示。

圖6 啟動升壓的框圖Fig.6 The diagram of the voltage step up

啟動升壓的概率：

(13)

將式(12)、式(13)代入式(7)，合并相同的項(xiàng)后，可得通電后安全失效率。

1.2.3靜態(tài)開關(guān)1閉合后的安全失效率

靜態(tài)開關(guān)1閉合后的安全失效率P31為

P31=Pin31+Pout31+Pk31，

(14)

式(14)中，Pin31為靜態(tài)開關(guān)1閉合狀態(tài)下輸入端引入電能量導(dǎo)致的安全失效率，Pin31≈Pk123d2；Pout31為靜態(tài)開關(guān)1閉合狀態(tài)下輸出端引入電能導(dǎo)致的安全失效率，可忽略；Pk31為靜態(tài)開關(guān)1閉合狀態(tài)下啟動升壓的概率

而確實(shí)為南宋閩刻的三卷本《山谷琴趣外篇》則因其先天的缺陷而頻遭學(xué)者譏議。朱孝臧《彊村叢書》跋此書云：“卷中訛文脫字，往往而有，題尤芟節(jié)太甚，或乖本恉?！盵1]277饒宗頤《詞集考》亦批評此本“詞數(shù)僅得一卷之半，訛文奪字，芟節(jié)題序，祝穆譏為俗本者也”[2]54。但是這個版本由于收錄不足黃庭堅(jiān)存世詞作總數(shù)之半，所收詞作全部見于嘉靖本系統(tǒng)中，因此，從著作權(quán)角度看此本還是比較可信的。此外，南宋乾道麻沙本《類編增廣黃先生大全文集》有詞一卷，所收篇目及內(nèi)容與《琴趣外篇》本大體相同。二者都刻于福建，都屬坊刻本，可能有某種淵源關(guān)系。

同前所述，可將式(14)簡化為

P31≈Pk123d2+Pk31，

(15)

式(15)中，Pk123d2為靜態(tài)開關(guān)1閉合狀態(tài)下3個開關(guān)均導(dǎo)通的概率，Pk31為靜態(tài)開關(guān)1閉合狀態(tài)下啟動升壓的概率。

由圖5，令圖中靜態(tài)開關(guān)1閉合為必然事件，可得3個開關(guān)均導(dǎo)通忽略高階小量的框圖如圖7所示。

圖7 靜態(tài)開關(guān)1閉合下，靜態(tài)開關(guān)2、3閉合的框圖Fig.7 The diagram of static switch 2 and 3 closed while static switch 1 shut

(16)

由圖6，令圖中靜態(tài)1閉合為必然事件，靜態(tài)開關(guān)1閉合狀態(tài)下啟動升壓的概率PK31的框圖如圖8所示。

圖8 靜態(tài)開關(guān)1閉合下，啟動升壓的框圖Fig.8 The diagram of the voltage step up while static switch 1shut

(17)

將式(16)、式(17)代入式(15)，合并相同的項(xiàng)后，可得靜態(tài)開關(guān)1閉合后安全失效率。

1.2.4靜態(tài)開關(guān)均閉合后的安全失效率計(jì)算

P41=Pin41+Pout41+Pk41，

(18)

P41≈Pk123d3+Pk41，

(19)

式(19)中，Pk123d3為靜態(tài)開關(guān)1、2閉合狀態(tài)下3個開關(guān)均處于閉合狀態(tài)的概率，Pk41為靜態(tài)開關(guān)1、2閉合狀態(tài)下啟動升壓的概率。

Pk123d3=pk4k+p3d2+pk4T，

Pk41=pk4T。

(20)

代入式(19)，合并相同的項(xiàng)后，可得靜態(tài)開關(guān)均閉合后的安全失效率。

2 元器件失效率計(jì)算

在安全失效率計(jì)算中，涉及元器件非工作狀態(tài)和工作狀態(tài)兩種情況，非工作狀態(tài)根據(jù)GJB/Z 108A—2006《電子設(shè)備非工作狀態(tài)可靠性預(yù)計(jì)手冊》[7]進(jìn)行預(yù)計(jì)，工作狀態(tài)根據(jù)GJB/Z 299C《電子設(shè)備可靠性預(yù)計(jì)手冊》[8]進(jìn)行預(yù)計(jì)。

2.1 非工作狀態(tài)失效率計(jì)算

靜態(tài)開關(guān)1、2和動態(tài)開關(guān)、環(huán)境識別控制通常采用半導(dǎo)體分立器件，其非工作失效率預(yù)計(jì)模型為

λNp=λNbπNEπNQπNTπNcycπNr。

(21)

環(huán)境識別控制、邏輯識別控制、阻斷器等通常采用單片數(shù)字電路、微處理器、存儲器、單片模擬電路等，其非工作失效率預(yù)計(jì)模型為

λNp=λNbπNEπNQ(πNT+πNF)πNcycπNL，

(22)

式(22)中，λNp為非工作失效率，10-6/h；λNb為非工作基本失效率，10-6/h；πNE為非工作環(huán)境系數(shù)；πNQ為非工作質(zhì)量系數(shù)；πNT為非工作溫度系數(shù)；πNcyc為設(shè)備電源通斷循環(huán)次數(shù)；πNr為產(chǎn)品性能額定值系數(shù)；πNL為產(chǎn)品成熟度系數(shù)；πNF為封裝系數(shù)。

各元器件非工作狀態(tài)失效率：PfN=1-e-λNpTN≈λNpTN，TN為非工作時間，若存貯期為15年，TN=131 400 h。

為了方便說明，將相關(guān)參數(shù)列于表1。

表1 非工作狀態(tài)器件失效率參數(shù)表Tab.1 Table of failure rate ofnon-operation state device

2.2 工作狀態(tài)失效率計(jì)算

靜態(tài)開關(guān)1、2和動態(tài)開關(guān)常用半導(dǎo)體分立器件，其工作狀態(tài)失效率預(yù)計(jì)模型為

λp=λbπEπQπAπCπrπS2。

(23)

識別控制器常用單片數(shù)字電路、微處理器、存儲器、單片模擬電路等構(gòu)成，其工作狀態(tài)失效率預(yù)計(jì)模型為

λp=πQ[C1πTπv+(C2+C3)πE)πL，

(24)

式(24)中，λp為工作失效率，10-6/h；λb為基本失效率，10-6/h；πA為應(yīng)用系數(shù)；πE為環(huán)境系數(shù)；πQ為質(zhì)量系數(shù)；πT為溫度應(yīng)力系數(shù)；πv為電壓應(yīng)力系數(shù)；πr為產(chǎn)品性能額定值系數(shù)；πC為結(jié)構(gòu)系數(shù)；πL為成熟度系數(shù)；πF為封裝系數(shù)；C1、C2為電路復(fù)雜度失效率；C3為封裝復(fù)雜度失效率。

各元器件工作失效率：Pf=1-e-λpT≈λpT，工作時間為等效500 h。相關(guān)參數(shù)如表2、表3所示。

表3 半導(dǎo)體集成電路失效率預(yù)計(jì)表Tab.3 Table of estimated failure rate of semiconductor integrated circuit

2.3 靜態(tài)開關(guān)、動態(tài)開關(guān)短路失效率計(jì)算

GJB/Z 299C《電子設(shè)備可靠性預(yù)計(jì)手冊》[8]中給出了元器件不同失效模式的頻數(shù)，將相關(guān)數(shù)據(jù)列于表4。

式(1)—式(4)中的p1d1、p2d1、p3d1用下式計(jì)算：

pid1=PfN×Nd(i=1，2，3)。

式(5)—式(11)中的p1d2、p2d2、p3d2用下式計(jì)算：

pid2=Pf×Nd(i=1，2，3)。

式(5)—式(17)中的pk1k、pk2k、pk3k、pk4k由選用器件的失效率和給出有效控制輸出故障的頻數(shù)計(jì)算。

表4 元器件失效頻數(shù)表Tab.4 Table of failure frequency of device

3 全電子安全系統(tǒng)失效率算例

參照1.1節(jié)給出的全電子安全系統(tǒng)，其靜態(tài)開關(guān)1采用雙極型晶體管，靜態(tài)開關(guān)2采用晶閘管，動態(tài)開關(guān)采用硅場效應(yīng)晶體管；環(huán)境識別1采用光耦開關(guān)，環(huán)境識別2采用傳感器和模擬電路，阻斷器采用MOS觸發(fā)器，邏輯識別與控制采用MOS微處理器；環(huán)境識別2有效時間窗和工作時間之比為1/10。

3.1 未通電狀態(tài)全電子安全系統(tǒng)安全失效率計(jì)算

計(jì)算p1d1、p2d1、p3d1：

由表1得靜態(tài)開關(guān)1雙極型硅管λNP=0.720×10-3，T=15年，PNf=0.001 25，查表4其短路失效的頻次為36.3%，得：p1d1=0.001 25×0.363=4.54×10-4；

由表1得靜態(tài)開關(guān)2晶閘管λNP=0.157 80，T=15年，PNf=0.020 74，查表4短路失效的頻次為40%，p2d1=0.020 7×0.40=0.830×10-2；

由表1得動態(tài)開關(guān)硅場效應(yīng)晶體管λNP=0.053 85，T=15年，PNf=0.007 07，查表4短路失效的頻次為35%，p3d1=0.007 07×0.35=2.475×10-3；p11≈4.54×0.830×2.475×10-9=9.33×10-9。

因此，通常情況下，認(rèn)為全電子安全系統(tǒng)具有更高的安全性。

3.2 通電狀態(tài)下全電子安全系統(tǒng)安全失效率計(jì)算

1)計(jì)算p1d2、p2d2、p3d2、pk1k、pk2k、pk3k、pk4k

由表2得靜態(tài)開關(guān)1雙極型硅管λP=1.230 9，T=500 h，Pf≈6.15×10-3，由表4得短路失效的頻次為36.3%，p1d2=6.15×10-3×0.363=2.23×10-3；

由表2得靜態(tài)開關(guān)2晶閘管λP=1.002，T=500 h，Pf≈5.0×10-4，由表4得短路失效的頻次為40%，p2d2=2.0×10-4；

由表2得動態(tài)開關(guān)硅場效應(yīng)晶體管λP=0.385，T=500 h，Pf≈1.93×10-4，由表4得短路失效的頻次為35%，p3d2=1.93×10-4×0.35=6.76×10-5；

環(huán)境識別1采用光耦，在其故障模式中沒有初級不導(dǎo)通而產(chǎn)生輸出電流的故障模式，故pk1k=0；

環(huán)境識別2由傳感器和模擬電路構(gòu)成，查表3可得λP=1.538 4，T=500 h，Pf≈7.7×10-4，由表4得控制輸出故障模式的頻次為40%，pk2k=3.08×10-4；

阻斷器由觸發(fā)器構(gòu)成，由表3可得單片數(shù)字電路失效率λP=0.785 1，T=500 h，Pf≈3.90×10-4，由表4得產(chǎn)生控制輸出故障模式的頻次為40%，pk3k=1.56×10-4；

邏輯識別控制由MOS微處理器構(gòu)成，由表3可得λP=2.923，T=500 h，Pf≈0.0014 6，由表4得產(chǎn)生控制輸出故障模式的頻次為40%，pk4k=0.584×10-4。

2)計(jì)算pk1s、pk2s、pk3s、pk4s1、pk4s2

pk1s、pk2s、pk3s、pk4s1、pk4s2和檢測端的信噪比有關(guān)，即

式中，Ud為檢測門限，Ka=4時，pk1s=0.317×10-4，pk2s=0.317×10-4，pk4s1=0.317×10-4，pk4s2=0.317×10-4，pk1d=0.317×10-4，pk2d=0.317×10-4+3.08×10-4=0.34×10-3，pk3d=1.56×10-4+0.317×10-4=1.877×10-4。

代入式(11)可得Pk123d1≈1.139 7×10-9。

代入式(12)可得Pk21≈1.083×10-9。

Ka=3時：pk1s=1.35×10-3，pk2s=1.35×10-3，pk4s1=1.35×10-3，pk4s2=1.35×10-3，pk1d=1.35×10-3，pk2d=1.658×10-3，pk3d=1.506×10-3。

代入式(11)Pk123d1≈0.228 1×10-6。

代入式(12)可得Pk21≈0.224 9×10-6。

3.3 靜態(tài)開關(guān)1正常閉合狀態(tài)的安全失效率計(jì)算

將參數(shù)代入式(15)可得

Ka=4時,Pk123d2≈0.340 0×10-4。

Ka=3時,Pk123d2≈0.166 1×10-3。

將參數(shù)代入式(16)可得

Ka=4時,Pk31≈0.340 0×10-4。

Ka=3時,Pk31≈0.166 0×10-3。

3.4 兩個靜態(tài)開關(guān)均閉合時的安全失效率計(jì)算

由式(18)得

Pk123d3≈p3d2+pk4k+pk4T，Pk41=pk4T。

Pk4T通常是軟件和硬件錯誤概率的總和，取0.001 46×0.3=4.38×10-4。

Pk123d3=6.7610-5+0.58410-4+
4.38×10-4=5.6410-4，

Pk41=pk4T=4.38×10-4。

4 三種典型全電子安全系統(tǒng)電路框圖安全失效率的討論

為了敘述方便，稱圖1所示為全電子安全系統(tǒng)原理框圖A。在實(shí)際的安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)時，也會采用圖9所示的電路框圖B。

圖9 全電子安全系統(tǒng)原理框圖BFig.9 The principle B of electronic safety-and-arming system

在引信手冊中給出了圖10所示的電路框圖C。

限于篇幅，我們直接給出忽略高階小量的三種全電子安全系統(tǒng)的安全失效率計(jì)算公式及結(jié)果，并將結(jié)果列于表5。

圖10 全電子安全系統(tǒng)原理框圖CFig.10 The principle C of electronic safety-and-arming system

表5 三種全電子安全系統(tǒng)的安全失效率計(jì)算公式及結(jié)果Tab.5 The formula and result of safetyfailure rate of the 3 kinds of electronic safety-and-arming system

續(xù)表

根據(jù)表5給出的公式，進(jìn)行敏感性分析，略去過程，在Ka=4的條件下將各框圖對pk1d、pk2d和pk4k的敏感性分析結(jié)果列于表6。

表6 三種全電子安全系統(tǒng)的參數(shù)敏感度結(jié)果Tab.6 The result ofparameter sensibility of the 3 kinds of electronic safety-and-arming system

由表5、表6可知：

1)系統(tǒng)B的低階項(xiàng)數(shù)多于系統(tǒng)A、系統(tǒng)C，故表中系統(tǒng)B的安全失效風(fēng)險高于系統(tǒng)A、系統(tǒng)C；除Pk123d1外，系統(tǒng)A、系統(tǒng)C基本相當(dāng)；

2)解保流程開始前通電狀態(tài)的Pk123d1：系統(tǒng)B、系統(tǒng)C的值均大于系統(tǒng)A；系統(tǒng)B對邏輯控制器(k4)失效敏感、系統(tǒng)C次之，系統(tǒng)B還對環(huán)境識別1(k1)誤輸出較為敏感；故系統(tǒng)B、系統(tǒng)C通電時三個開關(guān)均開啟的風(fēng)險大于系統(tǒng)A；

3)系統(tǒng)C結(jié)構(gòu)對稱，正常情況下必須兩個邏輯識別控制器均對兩個環(huán)境都正常識別后，才會啟動升壓，除Pk123d1外，多數(shù)情況下，安全失效率與系統(tǒng)A相當(dāng)并略低于系統(tǒng)A，但也最易受共因失效的影響。

若邏輯識別控制器k4、k5選用相同器件，

Pk123d1則退化為

Pk21則退化為

Pk123d2則退化為

Pk31則退化為

計(jì)算可知，Ka=3時，Pk123d1由2.42×10-7提升至5.94×10-5時，Pk21由2.24×10-7提升至9.28×10-7；Pk123d2由1.659×10-4提升至3.952×10-4時，Pk31由1.659×10-4提升至3.009×10-4，可見，當(dāng)存在可信的共因失效時，系統(tǒng)C安全風(fēng)險很大。

在安全系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)前和安全性審查時，應(yīng)首先在框圖級評估安全失效率并進(jìn)行敏感性分析，上述分析表明A框圖是較為合理的框圖。

不論什么形態(tài)的安全系統(tǒng)，其安全性的提升均有賴于對檢測正確率和時間窗的精度的提高，故解除保險/解除隔離環(huán)境信息獲取和利用、環(huán)境識別器件或組件的低故障率和失效模式控制始終是引信安全控制的關(guān)鍵技術(shù)。

5 結(jié)論

本文以典型的全電子安全系統(tǒng)為例，給出了非通電狀態(tài)、通電狀態(tài)、一個靜態(tài)開關(guān)閉合、兩個靜態(tài)開關(guān)閉合下全電子安全系統(tǒng)失效率計(jì)算方法。計(jì)算了幾種典型全電子安全系統(tǒng)的安全失效率，比較了不同框圖在不同狀態(tài)下的安全失效率，說明了在詳細(xì)設(shè)計(jì)前如何在框圖級評估安全失效率。計(jì)算表明：在非通電條件下全電子安全系統(tǒng)比一般機(jī)電/機(jī)械型安全系統(tǒng)的安全失效率可降低兩個數(shù)量級；在通電狀態(tài)下，全電子安全系統(tǒng)的安全失效率取決于解除保險/解除隔離環(huán)境識別器件(組件)的故障率水平和環(huán)境信息獲取和利用的水平，當(dāng)信噪比為3、時間窗為1/10時，全電子安全系統(tǒng)安全失效率降至和機(jī)械/機(jī)電安全系統(tǒng)相當(dāng)?shù)乃健Ｒ虼?，解除保險/解除隔離環(huán)境信息獲取和利用、環(huán)境識別器件或組件的低故障率和失效模式控制始終是引信安全控制的關(guān)鍵技術(shù)。