周涛

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

摘 要：随着科学技术的不断发展，对军用飞机的功能要求也越来越高，因此，对飞机航电系统的改装将越来越多。针对改装后的航空电子系统的众多分系统和设备，在保证系统功能的前提下，如何提高系统的可靠性显得尤为重要。该文对如何提高航电系统可靠性的常用方法做了一定的分析和阐述，并对改装后某个航电系统的任务可靠性进行了分析论证。

关键词：航空电子系统 可靠性 冗余 MTBF

中图分类号：V24 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）03（a）-0019-05

随着信息工程、计算机技术、控制技术、电子技术的日益发展，在过去的数十年中，飞机系统设计任务的重点有了重大转变，从最初飞机机体的设计演变为飞机的电子设计上。因此，为增加飞机的综合作战能力，未来针对飞机的航电系统改装将越来越多，而由于功能的增加，对飞机承载的电子设备的功能要求就不得不急剧地增长，甚至面临着一种爆炸性的局面。航空电子系统作为一个整体，需要统筹考虑，进行系统集成，使各种系统资源有机地结合起来，协调工作，共同完成系统的使命任务，任何一个分系统或设备的失效将影响整个航空电子系统的功能。在这种情况下，如何提高航空电子系统的可靠性显得尤为重要。

1 系统的可靠性设计方法

1.1 系统网络构型的选择

根据自上而下的系统设计原则，在对航空电子系统进行改装时，首先需要确定航空电子设备的系统构型，选择一个合适的系统拓扑结构是建立高性能的航电系统的首要前提。

系统结构可以大致分为6种。按其智能节点和连接节点的链路不同形式，其拓扑结构分别为：点对点型、环型、星型、主总线型、共享存储器型、多级总线型。这6种局部网的拓扑结构如图1所示。可以从接口的模块性，可扩展性，故障的容错特性，复杂性和通讯阻塞瓶颈等6个指标上对上述几种系统结构做出全面的比较和评价，具体见表1。

由表1可见，总线型的拓扑形式（单总线多级总线）由于其综合性能优良，特别适于在航空电子综合化中加以采用。它的复杂性不高，而模块性良好，很适宜做成标准化的接口模块，可用大规模集成电路实现；它的容错性高，可以使航空电子综合系统获得很好的可靠性；它的可扩展性使得可以灵活地在总线上增加或删除智能节点，以适应于飞机或航空电子设备改进或更型的需求。

1.2 容错与可靠性

航空电子综合系统作为一个高可靠性的系统，要求一定的时间范围内不允许系统失效，或者要使失效概率低至忽略不计的程度。提高系统可靠性的冗余度技术大体上可以分成以下几种。

（1）硬件冗余——通过给系统增添硬件设备来求得系统的容错能力。

（2）软件冗余——通过给系统增添用于系统错误管理的程序来求得系统的容错能力。

（3）事件冗余——以牺牲一定的时间代价来求得系统的容错能力。

（4）信息冗余——在系统内增添一些提高系统可靠性所需要的信息。

硬件冗余又分成静态冗余和动态冗余两种。静态冗余（又称之为掩蔽冗余）是指采用串并配置以及2N+1模冗余等逻辑重迭技术来有效地掩蔽硬件故障。对于静态冗余来说，在部件出故障后不必对相应的故障部件进行诊断、隔离、修复就能实现容错运行，因此，静态冗余的突出优点是对付瞬时性故障很有效。其缺点是代价较大，体积重量增加很多。硬件冗余技术中的第2种是动态冗余（也称之为选择冗余，它包括故障检出、故障隔离及系统恢复3个基本组成部分。所谓故障检出是指对故障做出定性、定位的诊断。在航空电子综合系统之中，一般需要在3个级别上进行故障检出：即计算机故障；存储器/定时器故障；指令执行功能故障；子系统之间数字通讯的1553B传输故障；动态过程的数据有效性诊断等。所谓故障隔离是与硬件的余度配置密切相关，隔离是使两个或多个部件之间的互相作用减到最小以至于零，因此，故障的隔离常常是指余度部件的切换，使故障得以屏蔽或弱化。系统恢复是指系统设计师根据系统结构和最低级别上的故障隔离特性所采取的容错管理策略。它是根据系统的状态向量和状态的历史情况而定、在恢复过程之中必然会有一个扰动出现，但要限制此扰动使飞机任务能够容忍的程度。动态冗余的优点是硬件利用率较高，但诊断、定位、恢复的过程较慢，且付出了软件的代价，此种方法如不与其他冗余技术配合使用，较难消除瞬时性故障的影响。

3.6 可靠性分配

根据改装任务的设计要求，Rs≥0.985，为满足此要求，需进行可靠性分配，将系统的可靠性要求分配到每个航电设备上，可靠性主要分配方法见表2。

从表2中内容可以看出，可靠性分配方法中，评分法应用较灵活，适用性强，应用较普遍。因此，在此选用评分法进行可靠性分配。分配因素及评分规则如下。

（1）复杂程度：对结构、功能、装配而言，简单1～复杂10。

（2）技术水平：对设计方法而言，先进1～最低10。

（3）工作时间：在任务时间内，工作时间最短1～最长10。

（4）环境：对承受的环境条件而言，最好1～严酷10。

分配过程及结果见表3所示。

3.7 可靠性计算

根据分配给各个航空电子设备的可靠度，可以根据公式算出每台设 备的平均无故障时间，与各成品厂实际能够达到的平均无故障时间进行对比。

从表4中可以看出，各成品厂设计的产品可以达到的平均无故障时间以及成熟期后的平均无故障时间均已达到或超过分配后要求的可靠度。因此，改装后系统完成某型武器的发射控制任务的可靠度是满足要求的。

4 结语

对军工产品尤其是飞机来说，可靠性就更加重要，因为“可靠性是影响军队战斗力的关键因素”，装备的可靠性决定了装备的战备完好性，决定了战斗的成败，也是装备自身的生命线。在任何威胁环境下赢得胜利所要求的一个不变的因素是高度可靠和易维修的武器系统，它能够提供连续的攻击能力。工业部门和科研院所应当抓住可靠性发展的历史机遇，不断地探索，丰富和壮大可靠性工程的技术体系与管理体系，形成了较为完整、配套、成熟的可靠性设计、分析、试验和评价标准和规范，并向更高层次、更深领域发展。

参考文献

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