姜海勋 张易豪 李晨曦

一般而言，產品的可靠性分配首先要确定指标及要分配到的产品单元，为了更准确地分配指标，针对不同的产品单元的特点，应先进行产品单元的分类，将其分为确定和不确定两类，并在此基础上研究形成每类产品单元的可靠性分配方法，进行可靠性分配，进而将指标有效分配到产品单元并在后续的工程设计及产品制造中予以实现以保证整机可靠性指标实现。本文针对上述需求以无人机整机系统为对象开展了基于可靠性信息量与技术成熟度等级评价的单元分类方法研究，将构成系统的产品单元分为确定子系统及不确定子系统两类，并针对两类系统分别采用重要因子和复杂因子分配方法、评分分配法（FOO）形成无人机整机系统的可靠性指标的分配方法，用于针对无人机整机系统在研制及使用时间相对较短、可靠性累计数据较少的情况进行可靠性指标分配，用以支持无人机整机系统可靠性设计的有效性，用于提高系统设计及使用可靠性水平。同时并给出了案例应用，验证了本方法的工程有效性。

引言

无人机整机可靠性要求高、工作环境复杂，且由于无人在世界范围内研制和使用的时间较短，可靠性数据积累、成熟的系统部件较少，因此对其进行可靠性分配有一定的困难。

国内现有的工程中常用的可靠性分配方法有基于免疫遗传优化等算法的可靠性分配方法[2]、基于故障分析的可靠性分配方法[3]、基于故障树的系统可靠性分配方法[4]等但这些方法有些需要一定的约束条件，有些基于大量的故障数据统计基础，有些在算法上过于复杂。而对于近年来兴起的无人机研发过程中的系统而言，系统组成单元的可靠性信息量及历史数据较少，技术成熟度评价等级低，各系统之间关系密切、结构紧凑、无余度、存在关联失效等问题，因此目前常用的系统可靠性分配方法应用于无人机系统的可操作性不强，缺少一种能针对上述特点解决无人机系统研发过程中工程适用及有效的可靠性分配方法。

基于上述需求，本文以无人机整机系统为对象，开展了基于可靠性信息量与技术成熟度等级评价的单元分类方法研究，建立了一种针对无人机整机的可靠性分配方法，用以进行系统研制中可靠性指标的分配及相关设计分析工作，支持无人机系统可靠性要求实现。

可靠性分配的程序

建立的可靠性分配的流程框图如图 1所示，首先对无人机整机的产品单元类别进行分类，得到确定单元和不确定单元两种类型，基于此对形成的确定子系统和不确定子系统进行可靠性指标确定，采取考虑相似产品故障率和复杂性的分配方法对确定子系统内的确定系统进行可靠性分配，采取评分分配法（FOO）对不确定子系统的可靠度进行可靠性分配，最终得到各系统的可靠度。

单元的划分与确定

根据可靠性分配方法的技术路线，首先考虑技术成熟度等级评价和可靠性信息量对需要进行可靠性分配的各产品单元进行分类判别。现有研究以技术成熟度来度量产品掌握的技术水平，根据GJB 7688—2012对技术成熟度等级进行定义[5]，如图 2所示。

对产品进行可靠性分配所需要的是产品在产业化阶段的典型使用环境中产生的实际数据，所以选择等级7为技术成熟度判别的分界点用来判定产品单元的确定与不确定。本文建立了产品单元类别的判断逻辑决断图，如图 3所示。

通过逻辑决断图可以得到无人机各产品单元的类别，将其分为确定单元和不确定单元两类。

不同类别单元的可靠性分配方法

确定子系统及不确定子系统的划分

不确定子系统的可靠性分配

在对系统的结构和故障情况不清楚的情况下，其具体步骤如下所示。

步骤一：不确定子系统的可靠性分配的层次模型建立

本研究中不确定子系统的可靠性分配层次模型如图 5所示。

步骤二：准则层权重模糊判断矩阵的构造

采用专家评分法对准则层的指标进行两两比较，得到各专家优先级判断矩阵。

将评分按照公式进行归一化处理，并计算出占比权重Pij，得到各位专家的权重值ai，最终推导出各单元评分结果，并根据不确定子系统的可靠度进行分配，得到是S2、S3、S4、S5分配的可靠度，其计算结果如表 2所示。

而在面临缺乏可靠性数据且技术成熟度评价等级较低的问题时，工程上经常采用的等分配法，其分配结果见表3。等分配法将可靠度均匀的分配到系统的每一个单元上，存在未考虑不同单元之间的机构、材料、功能等方面的不同的问题。而本文提出的可靠性分配方案结合了单元分类法与基于熵权法及模糊判断矩阵的不确定子系统可靠性分配等方法，结合了研发单位、相关专家基于复杂程度、技术水平等一系列准则对无人机单元进行可靠性评价，最终得出的可靠性分配方法，则较好的解决了上述问题，更加符合工程实际应用。

综上所述，通过工程中的具体应用案例及与现有常用的等分配法结果进行对比，进一步验证了本方法在无人机系统研发过程中，面临系统的部分单元缺乏可靠性数据、技术成熟评价等级较低等常见问题时的工程有效性。

结束语

本文针对无人机系统的结构及使用特点，开展了基于技术成熟度评价和可靠性信息量的单元分类方法与基于熵权法及模糊判断矩阵的不确定子系统可靠性分配等关键技术研究，并在此研究基础上形成了无人机系统的可靠性分配方法。该方法能有效支持在工程实践中解决无人机系统缺乏可靠性数据时的可靠性分配问题，并且能够在一定程度上消除传统的可靠性分配中使用比例分配法和评分分配法片面性，得到更为合理并且符合工程实际的无人机整机的可靠性分配方案，支持后续可靠性设计分析工作开展，进而保证无人机系统可靠性要求实现。

参 考 文 献

[1]宋太亮，朱美娴，祝耀昌，等.GJB450A-2004，装备可靠性工作通用要求[S].北京：中国人民解放军总装备部，2004.

[2]程力旻，徐巍，张文俊.基于免疫遗传优化的可靠性分配方法[J].舰船电子工程，2022，42（02）：152-156.

[3]柳旭涛，杨庆东.基于故障分析的飞机发动机叶片加工中心可靠性分配[J].机械工程师，2017（09）：1-4.

[4]柳梦雪，刘健，胡忠前，等.基于故障树的水下生产系统可靠性分配[J].石油矿场机械，2022，51（01）：37-44.

[5]GJB 7688-2012.装备技术成熟度等级划分及定义[S]. 北京：中国人民解放军总装备部，2012.

[6]曾声奎.可靠性设计与方法研究[M]： 北京：国防工业出版社，2015.