大型复杂电子系统开展“五性”一体化设计的必要性

2014-03-05徐海丁定浩

环境技术 2014年2期

徐海，丁定浩

（中国电子科学研究院，北京 100041）

概述

随着电子产品不断发展，其结构组成越来越复杂，普遍具有综合化、模块化、通用化和智能化的设计特点[1]。大型复杂电子系统目前以型号装备为主，由多个分系统组成，每个分系统又有多个子系统/分机组成，每个子系统/分机又包含多台电子设备，设备的技术状态也包含了新研、改进和沿用多种状态，并由十数家以上单位参与研制[2]。

“五性”指可靠性、维修性、测试性、保障性、安全性，“五性”一体化设计指在对产品开展设计时，综合考虑“五性”的设计思想，依托于“五性”间的相互定性、定量关系，以费用、综合性能指标要求为顶层实现目标，建立一体化综合设计模型。

1 “五性”设计存在的问题

1.1 “五性”设计与产品总体设计脱节

随着国内对可靠性等技术的重视程度提高，产品设计中对可靠性设计的需求有所增加，但仍存在总体设计与“五性”设计结合不够密切的问题，经常存在“两张皮”的现象，“五性”设计与装备总体功能特性不能统筹考虑，综合权衡，往往会造成重点功能可靠性、测试性、保障性得不到重点关注，变相造成全寿命周期费用的提高。以国内某大型复杂电子系统为例，“五性”设计师编制的“五性”设计大纲、设计准则文件只是因为文件体系的需求而存在，电讯设计师、结构设计师并没有作为设计准则执行，同时“五性”设计师也未针对本身产品特点与电讯、结构设计师深入交流沟通，“五性”设计准则大多在前人的基础上进行简单的删减。

1.2 五性设计各自为政，缺乏互相关联

当前的可靠性、维修性、测试性、安全性、保障性设计要求，都是单项各自单独提出的。它们不能说明装备的作战性能的实现能保障多高的概率，更谈不上这些参数之间的优化设计。“五性”工作的重点分散，对某些工作项目较为关注，如：元器件筛选、预计、备件等，但没有将各个工作项目有机地结合起来，各项工作的流程和输入输出信息没有统一整合和管理，使得工作内容交叉、重复，工作效率难以提高。

1.3 数据来源不一致，更新不及时

“五性”工作和产品设计工作之间没能统一数据来源，导致各工作项目的数据输入不一致。另外，由于没有统一设计和管理的“五性”数据库，数据在传递过程中缺少关联控制，当某些数据产生变动时，数据的使用者无法及时获取变更信息，从而不能及时更新工作。

1.4 名义上的并行工程，未涉及保障环节

“五性”一体化设计是一项并行工程，应包括产品设计过程、制造过程、保障过程。虽然当前许多产品研制中声称推行了并行工程，但事实上只是设计、制造一体化[3]。

1.5 缺乏顶层指标

当前大型复杂电子系统“五性”指标仍以可靠度等为主，未建立涉及“五性”相关性的顶层指标，进一步体现出并行工程开展的不彻底，对使用可用度、任务成功率、寿命周期费用很少提及。

1.6 数据收集与管理不规范，再利用率低下

数据收集不完整、存储形式不规范、分散管理等问题制约了数据的利用，影响了产品装备的研制开发和质量保证工作，更影响了企业的数据积累乃至研发能力的提升。

2 建议措施

当前“五性”设计中存在的问题，主要是由于传统的“五性”分立式设计管理造成，因此，开展大型复杂电子系统“五性”一体化设计迫在眉睫，为此，需实现三个方面的内容。

2.1 建立五性指标体系

为改变当前五性设计缺乏顶层指标，五性设计各自为政等问题，首要任务是建立一套新的五性指标体系。丁定浩[4]针对当前大型复杂电子系统自身特点，开发了一套新的指标体系模型，如图1所示，该模型以使用可用度和任务成功率为顶层指标，尤其在针对武器装备类大型复杂电子系统方面具有很高的应用价值。鉴于当前安全性设计尚未有合适的定量指标要求，因此未在该模型中体现。

2.2 以使用可用度、寿命周期费用为顶层目标建立综合设计模型

对于“五性”涉及的多种要素，如可靠性、维修性、经费、总体功能特性等，进行综合权衡与优化，以系统效能、使用可用度、任务成功率等顶层指标为驱动，基于全寿命周期考虑，建立综合权衡与优化模型。事实上，综合设计模型体现的是系统效能问题。

美国航空无线电公司（ARINC）早在1964年就提出了系统效能的ARINC模型，随后，美国空军于1965年提出了WSEIAC模型，美国海军于1967年同样提出了系统效能的概念。系统效能目前尚未有统一的定义，但能够形成共识是：它是一个与装备总体功能特性、可靠性、维修性、测试性、保障性、安全性都相关的概率。

丁定浩[4]根据不同产品，分别以使用可用度、能执行任务率、任务成功率为顶层指标建立了相关模型，可以有效的实现大型复杂电子系统“五性”一体化设计。