机载电子对抗系统外场可靠性持续评价方法

李 墨， 蔡忠义， 李 岩， 陈 海

(1.中国电子科技集团公司第29研究所，成都 610000； 2.空军工程大学装备管理与无人机工程学院，西安 710000；3.中国人民解放军95861部队，甘肃 酒泉 735000)

0 引言

目前，在理论研究方面，通过文献检索分析，国内外关于装备可靠性持续评价的研究甚少，目前研究主要集中于装备可靠性评估研究。文献[2]根据航空产品修后技术状态，分别提出了完全修复件和基本修复件的外场使用可靠性评估方法;沈峥嵘等[3]针对齐次泊松过程、非齐次增长过程和贮存寿命数据，分别给出适用的可靠性评估方法。

针对加速条件下可靠性评估问题，梁红琴等[4]提出了一种双应力恒加试验Weibull分布型产品置信可靠性评估模型;蔡忠义等[5-6]研究了外场寿命数据、与加速寿命数据和加速退化数据之间的融合评估问题。针对“软故障”情况，从退化建模的角度，开展可靠性评估的研究逐步成为热点。文献[7-8]均是从产品退化建模的角度，采用随机过程模型来开展产品可靠性评估及寿命预测研究。

在工程实践方面，空军航空装备可靠性按机型分别评价其装备完好性、机载分系统和主要机载设备的可靠性水平及其达标情况等,但该数据仅依赖于用户的质量控制软件数据，故障数据缺乏多方验证，难以全面反映产品外场可靠性的真实状况。

因此，在克服上述问题与不足的基础上，本文提出一种基于使用保障数据的机载电子对抗系统可靠性持续评价方法。

1 机载电子对抗系统可靠性持续评价步骤

机载电子对抗系统由电子支援设备、控制管理设备、有源干扰设备、无源干扰设备以及航空电子系统总线和电子对抗分系统内部总线等部分组成,发射机是机载电子对抗系统的可靠性关键件，其功能是对小功率有源干扰信号进行放大，并通过发射天线辐射出去，形成对敌火控雷达的有效干扰。

机载电子对抗系统可靠性持续评价遵循“评→改→再评”的思路来开展，具体为：1) 通过收集电子对抗系统外场使用保障信息，按照先评设备MTBF、后评系统MTBF的步骤，评估系统外场可靠性；2) 依据产品研制总要求，对比系统成熟期规定值，判断是否需要进行可靠性改进,若是，则实施系统可靠性改进；3) 通过改进后的电子对抗系统使用保障信息，再评估系统外场可靠性，以验证可靠性改进目标是否达到，促进电子对抗系统外场可靠性渐近式持续增长。具体流程如图1所示。

2 外场使用保障数据的收集与核查

2.1 使用保障数据的收集

由于受飞机装备规模、列装时间的不确定性和用户信息管理水平等因素的影响，使用保障数据具有样本量大、带有一定的随机截尾特性和不完整性等特点。因此，本文选取装备有评估对象的多个用户和对应的承制、承修单位作为数据源，建立完善的数据信息收集系统，对机载电子对抗系统的关键设备的使用和故障情况进行长期的跟踪统计，以提高数据的充分性和准确性。

目前我国反腐败法律制度党内立法多、国家立法少，党内制度又往往不能及时转化为国家法律法规，因而其强制性和约束力偏弱。理顺二者的关系:一是要处理好宪法与的党内反腐法规关系;二是要处理好国家反腐立法与党内反腐立法的互动关系;三是要处理好党内反腐法规与国家法律有关反腐规定的互补关系;四是要严格区分党内反腐立法和国家反腐立法的权限;五是要构建党内立法与国家立法的衔接机制;六是要适时把成熟的党内法规上升为国家法律;七是要加强党内执法和国家执法过程中的联系与沟通;八是要建立党内违章审查制度。

2.2 外场使用保障数据的核查

通过调研发现，目前收集到的使用保障数据存在部分数据信息(如故障次数、累计装机飞行时间等)不一致的现象。为更好地保证使用保障数据的真实性和完整性，本文进一步制定如图2所示的多方共同参与的使用保障数据核查流程，重点核查待评估机载设备的故障次数和累计装机飞行时间。

图2 使用保障数据核查流程Fig.2 Verification process for use and support data

3 基于使用保障数据的可靠性评估模型

3.1 设备工作运行比的确定

目前，对于设备工作运行比的确定，常采用数据统计法，即通过统计或估算一段时间内该设备的累计实际工作时间(设备电路导通即视为工作状态)与载机累计飞行小时数的比值，一般情况下默认该值为定值。但受飞机所执行任务属性的影响，设备工作时所处的环境因素(如温度等)和飞行载荷是变化的，因而可能导致设备工作状态的不同，对其累积损伤程度也不相同[9]。

因此，本文以设备实测工作时间为基础，考虑到地理气候环境、飞行载荷的影响，构建工作运行比计算模型为

(1)

式中：l表示某设备工作运行比；Tw为设备工作时间；Tf为统计期间飞机平台的飞行时间；w1,w2,w3分别为统计运行比、地理气候环境以及飞行载荷的影响权重，w1+w2+w3=1;γ(·)和φ(·)分别为地理气候环境修正函数和飞行载荷修正函数，具体算式如下。

(2)

式中：EA为该设备的激活能；k=8.617×10-5eV/K，为波尔兹曼常数；T0为基准环境的绝对温度；T为设备所处环境的绝对温度；H0为基准地区的年平均空气湿度；H为被评估对象所处地区的年平均空气湿度；α,β,η分别为温度、湿度以及其他(如盐雾、低气压)应力的经验系数，且α,β,η∈[0,1]。

(3)

式中：g0表示基准的飞行载荷数；gi表示统计期间第i个飞行科目的经验载荷数；Ti为统计期间第i个飞行科目的飞行时间；n为统计期间飞行科目的总数。

3.2 设备级可靠性评估模型

一般认为机载电子对抗系统及其设备属于电子类产品，选取MTBF作为评估参数，并采用最大似然函数法对设备的MTBF进行点估计，即

(4)

(5)

式中：tj为第j次观察到设备故障时，期间载机飞行时间，j=1,2,…，r，r表示观察到的故障总数；tk为第k次观察到设备截尾时，期间载机飞行时间，k=1,2,…,s,s为观察到截尾的设备总数(包括非故障中途拆卸、串件修理的设备)，则有

r+s=N

(6)

式中，N为设备总数，等于飞机总数乘以该设备的单机安装数。

设备MTBF的单侧置信下限为

(7)

指数分布下无故障数据的机载设备在置信水平1-α下的MTBF的单侧置信下限为

(8)

式中,ti表示第i次观察到设备截尾时，期间的载机飞行时间。

在进行设备的可靠性评估时，通过比较其在置信水平1-α下的平均故障间隔时间θ的单侧置信下限θL与该设备MTBF成熟期目标值，即可判断其是否满足规定的要求。

3.3 系统级可靠性评估模型

在满足系统可靠性建模的基本假设前提下，将电子对抗系统的故障率记为λS，将系统所属各设备的故障率记为λi，MTBF估计值记为θi，则有

(9)

此时,电子对抗系统MTBF的评估值为

(10)

4 实例分析

以某机载电子对抗系统为例，其MTBF成熟期目标值不小于100 h。

4.1 数据收集与处理

通过收集某一时间段用户使用维护记录，得到该系统的故障情况，如表1所示。

表1 电子对抗系统故障情况Table 1 Faults of electronic countermeasure system

4.2 发射机工作运行比确定

已知该用户所在地年平均气温和年平均相对湿度，以年平均气温15 ℃、年平均相对湿度60%为基准值；据工程经验，发射机激活能约为0.3 eV；温度、湿度和其他(如盐雾、低气压等)应力经验系数分别取0.6，0.2，0.2；该用户飞行科目中平均飞行过载达到3.5g，以2g为基准值。采用专家经验法，给定统计运行比、地理气候环境、飞行载荷3个因素权重分别为0.5，0.3，0.2。采用基于多因素影响的运行比确定模型，计算出发射机工作运行比为1.401。

4.3 改进前电子对抗系统可靠性评估

根据设备级和系统级可靠性评估模型，以及各设备交付后使用情况，计算出各设备累计装机飞行时间，结合真实故障次数和工作运行比，计算出改进前置信度为0.85时的电子对抗系统及其设备的MTBF单侧置信下限值，见表2。

表2 改进前后的电子对抗系统及其设备MTBF估计值Table 2 MTBF estimation of the electronic countermeasure system before and after improvement h

从表2可以看出，在实施可靠性改进前，该电子对抗系统的MTBF评估下限值为82.3 h，与MTBF成熟期目标值相去甚远。其中：射频单元和发射机的MTBF评估值较低，外场故障频发。因此,开始逐步在用户外场和故障件返厂修理时，落实技术通报要求，改进可靠性设计薄弱环节，提升产品质量。

4.4 改进后电子对抗系统可靠性跟踪评估

通过对该用户实施可靠性改进后的外场使用保障数据进行持续统计，计算出表2所示下限值，由此可知，实施可靠性改进工程后，该电子对抗系统的MTBF评估下限值逐步增加且均超过了其成熟期目标值，说明实施的可靠性改进工程已按要求完成，外场典型频发故障模式已大幅削减，产品质量得到稳步提升，满足了用户使用要求。

5 结论

本文提出了基于多方验证的外场使用保障数据核查方法，可以准确计算出每个设备的累计装机飞行小时数和真实故障次数；综合考虑用户所在地地理气候环境、飞行载荷的影响，提出了考虑多因素影响的设备工作运行比确定方法，更能反映出设备外场真实工作状况；通过对比某电子对抗系统实施可靠性改进前后外场MTBF评估情况，验证了本文提出方法的正确性，也验证了可靠性改进后实际效果，对于指导用户开展产品外场质量持续提升具有实际应用价值。