鱼雷电子系统可靠性分析软件总体架构研究

2015-08-26徐枫

中国科技纵横 2015年8期

徐枫

鱼雷电子系统可靠性分析软件总体架构研究

徐枫

现代鱼雷组成复杂，电子系统占全雷比重越来越大，元器件数量达到数万个，使得其可靠性已经成为制约鱼雷整体可靠性提升的瓶颈。本文针对鱼雷电子产品可靠性自动分析的实际需求，详细分析了可靠性自动分析软件的总体设想、功能要求、软件设计方法及相关数据库的设计方法等关键要素。提出了在设计人员常用的电子产品辅助设计程序protel基础上，开发电子产品元器件库和自动分析程序的总体结构。

可靠性分析软件研究

1　需求

现代鱼雷组成复杂，电子系统占全雷比重越来越大，元器件数量达到数万个，使得其可靠性已经成为制约鱼雷整体可靠性提升的瓶颈。传统电子系统可靠性设计是采用人工方法，按元器件分类、等级、环境应力、应力状态等计算失效率进行可靠性预计，计算量大、精确度低、可检查性差，迫切需要一种可靠性自动分析软件，真正做到可靠性设计与产品功能、性能设计同步进行，不断优化。

2　目标

可靠性分析软件是在辅助设计程序protel基础上，采取开发自动分析程序、建立元器件参数库等方法，进行电子产品部件、组件、系统及全雷可靠性指标预计；针对元器件不同质量等级、使用环境、工作应力等条件进行可靠性仿真，为合理选择和使用元器件提供依据。

3　构架及功能

3.1基本框架

总体基本框架由“鱼雷器件使用条件及参数（工作温度、时间、环境系数、电应力比等）”、“电子CAD软件”、“元器件、组部件、系统及全雷可靠性、维修性模型”、“元器件失效率数据库”、“维修时间数据库”及“用户界面及可靠性模型窗口”等6部分组成，其中后4项目是需要开发和设计的部分。用户设定产品可靠性连接方式及所用元器件工作参数（如：器件类别、工作温度、工作时间、环境系数、电应力等），选择适当模型，软件直接根据使用条件及参数调用元器件失效率数据库，预计其可靠性指标，为电子产品设计提供及时有效的决策依据。

3.2主要功能

（1）假设模拟功能：应能模拟各种假设，如设定使用环境后，产品可靠度如何，可以用来对有选择性的设计进行验证和分析。（2）基本可靠度和基本MTBF计算功能：把系统模型中所有冗余电路当做严格的串联关系，利于综合考虑维修、保障和成本对可靠性的影响。（3）任务可靠性和任务MTBF计算功能：考虑包括冗余部件在内的电子产品所有可靠性模型，真实反映可靠性能力。（4）冗余电路设计功能：软件不仅能对可靠性串联方式进行计算，而且能对并联方式、N中取K方式、和储备方式等冗余系统进行可靠性预计。（5）自定义数据库及数据调用、修改功能：用户可添加非标准库中的元器件及参数，对已建立的数据库，在不符合鱼雷特定条件时可以修改并加以调用。

4　建模方法

软件采用层次化计算模式，即把产品的可靠性模型分为四层（元器件级、组部件级、系统级和全雷级），当给出了元器件各种参数后分析软件就可以预计出可靠性指标，如此逐级向上直到预计出全雷可靠性指标。一般设计原则如下：

5　可靠性预计方法

5.1传统计数法

其中：λGi为第i种元器件的通用故障率；πQi为第i种元器件的质量系数；Ni为第i种元器件的数量；n为所用元器件种类数目。

5.2传统应力分析法

适用于设计阶段，鱼雷常用的元器件涉及到电阻、电容、电感、继电器、印制版和焊点、连接器、集成电路等器件，失效率计算因器件种类而不同，如电阻失效率为：λp=λbπEπQπR

其中，λP为电阻的工作失效率；πE为环境系数；πQ为质量系数；λb为电阻的基本失效率。

应力分析法复杂、涉及参数多，但能精确反映产品所处的工作环境。

5.3软件实现可靠性指标计算步骤

全雷可分为元器件、组部件、系统级、全雷等四级，不同级别选用相应可靠性模型，由小到大、由下到上逐级计算组部件、系统、全雷的可靠性指标。

（1）在元器件与组部件层次上通常采用串联模型，使用应力分析法。用户输入各种元器件参数、环境温度、电应力比等信息，软件进行数据库调用，计算出组部件可靠性指标。（2）在组部件与系统的层次上通常应考虑产品冗余设计（并联或n中取r等），根据全雷功能流程、时序信号、流程关系，先期策划而实施，如停车、深度敏感、线导断线转自导、反舰模式（尾流与被动自导）等，均应贯彻冗余设计思想。分析人员只需将相互关系设置好，分析软件便可以进行冗余设计。（3）在系统与全雷层次上通常采用串联模型，分析软件可以很快计算出产品可靠性指标。（4）可靠性指标计算离不开失效率等数据库的基础支撑。通过多年来大量可靠性试验，积累了可靠性信息与数据，并形成了标准，具有权威性，软件应严格按照其所提供的数据进行元器件失效率数据库录入，鱼雷上使用的特殊元器件可补充录入。当用户选择元器件后，软件可以根据用户输入的参数自动进行数据调用，进行可靠性计算。