CN105787247A - 一种指挥控制系统的可靠性评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种指挥控制系统的可靠性评估方法，该方法步骤包括：采集指挥控制系统内各单元的累计运行时间和累计故障数；确定指挥控制系统的类型，根据系统的类型、各单元的累计运行时间和累计故障数计算指挥控制系统的累计运行时间和累计故障数；根据指挥控制系统的累计运行时间和累计故障数，计算指挥控制系统平均故障间隔时间MTBF的置信下限值；根据指挥控制系统的累计运行时间、累计故障数和指挥控制系统平均故障间隔时间MTBF的置信下限值计算指挥控制系统的可靠性评估结果。本发明所述技术方案，较之以前的评估方法，缩短了评估时间，提高了评估效率，并且可靠性评估结果对指挥控制系统可靠性是否满足要求提供了客观依据。

Description

一种指挥控制系统的可靠性评估方法

技术领域

本发明涉及一种系统的可靠性评估方法。更具体地，涉及一种指挥控制系统的可靠性评估方法。

背景技术

随着世界各国军事力量的发展与壮大，武器装备越来越受各国的重视与厚爱。为了增强国防力量，抵御外来挑衅与保护本国安全的需要，提高武器系统的可靠性是防空武器装备研究的重要内容。而指挥控制系统是武器系统的大脑，是核心，指挥控制系统的可靠性决定着武器系统的可靠性。在现代和未来的高新技术战争中，战场环境异常复杂，存在很多不确定的因素，指挥控制系统的可靠性和生存能力受到严重威胁。特别是指挥领域对抗激烈、执行任务时间长、全天候、全天时的工作环境等特点，对指挥控制系统的可靠性提出了更高、更苛刻的要求。因此，科学合理地进行指挥控制系统的可靠性评估，将会对推动武器系统的发展产生重要意义。

与传统的可靠性评估方法相比，本发明提出的指挥控制系统可靠性评估方法更加简单实用，最后给出的定量评估结果，为指挥控制系统可靠性提供客观参考，为提高指挥控制系统可靠性提供数据依据。但此方法需要在系统运行一段时间后，记录了可靠性数据后方可进行评估，并不能从产品可靠性设计方面进行评估。

目前存在的可靠性评估方法，大多数存在评估模型较复杂、计算量大导致在工程实践中使用不广泛等特点，而且具体针对指挥控制系统的可靠性评估方法则又少之又少。

因此，需要提供一种指挥控制系统的可靠性评估方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种指挥控制系统的可靠性评估方法。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种指挥控制系统的可靠性评估方法，该方法步骤包括：

S1、采集指挥控制系统内各单元的累计运行时间和累计故障数；

S2、确定指挥控制系统的类型，根据系统的类型、各单元的累计运行时间和累计故障数计算指挥控制系统的累计运行时间T和累计故障数N；

S3、根据指挥控制系统的累计运行时间T和累计故障数N，计算指挥控制系统平均故障间隔时间MTBF的置信下限值θ_L，其中

若指挥控制系统的累计故障数Ν≥1，则计算公式为：

${\mathrm{\θ}}_L=\frac{2T}{{\mathrm{\χ}}_{2N+2,\mathrm{\γ}}^2}$

公式中，T为系统累积运行时间，单位为h；N为系统累积故障数；为自由度是2N+2的χ²分布的上侧γ分位数；γ为置信度，根据指挥控制系统的要求取值；

若指挥控制系统的累计故障数N＝0，则计算公式为：

${\mathrm{\θ}}_L=T/\ln \frac{1}{1-\mathrm{\γ}}$

公式中，T为系统累积运行时间，单位为h；γ为置信度，根据指挥控制系统的要求取值；

S4、根据指挥控制系统的累计运行时间T、累计故障数N和指挥控制系统平均故障间隔时间MTBF的置信下限值θ_L计算指挥控制系统的可靠性评估结果。

优选地，指挥控制系统的类型进一步包括：串联系统、并联系统、混联系统和表决系统。

优选地，计算串联系统的累计运行时间T和累计故障数N进一步包括公式：

系统累计运行时间T：

T＝min(t_i),i＝1,2,...,n

公式中，n为单元个数，t_i为单元累计运行时间；

系统累计故障数N：

$N=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{N}_i$

公式中，n为单元个数，N_i为单元累计故障数。

优选地，计算并联系统的累计运行时间T和累计故障数N进一步包括公式：

系统累计运行时间T：

T＝max(t_i),i＝1,2,...,n

公式中，n为单元个数，t_i为单元累计运行时间；

系统累积故障数N：

N＝m

公式中，m为所有单元同时失效的次数。

优选地，计算混联系统的累计运行时间T和累计故障数N进一步包括公式：

系统累计运行时间T：

T＝min(T_c,T_b)

公式中，T_c为串联子系统累积运行时间，T_b为并联子系统累积运行时间；

系统累积故障数N：

$N=\underset{c=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{N}_c+\underset{b=1}{\overset{s}{\mathrm{\Σ}}}{N}_b$

公式中，k为串联子系统数，s为并联子系统数，N_c为每个串联子系统故障数，N_b为每个并联子系统故障数。

优选地，计算r/n(F)表决系统的累计运行时间T和累计故障数N进一步包括公式：

系统累计运行时间T：

T＝min(t_i),i＝1,2,...,r，r≤n

公式中，n为单元个数，t_i为单元累计运行时间；

系统累积故障数N：

$N=\left\{\begin{array}{c}0,\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{n}_i<r\\ m,\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{n}_i\&GreaterEqual;r\end{array}\right.$

公式中，m为有大于等于r个单元同时失效的次数。

优选地，步骤S4进一步包括：

若指挥控制系统的累计故障数Ν≥1，计算指挥控制系统的可靠性评估结果包括：

如果指挥控制系统MTBF的置信下限值θ_L小于系统要求的可靠性指标θ_R，则系统可靠性未达到要求，计算系统为达到要求继续需要累积的无故障时间T_C，公式为：

$T_C=\frac{{\mathrm{\&chi;}}_{2N+2,\mathrm{\&gamma;}}^2\&times;{\mathrm{\&theta;}}_R}{2}-T$

公式中，N为系统累积故障数，为自由度是2N+2的χ²分布的上侧γ分位数；γ为置信度，根据指挥控制系统的要求取值；θ_R为系统要求的可靠性指标，单位为h；T为系统累积运行时间，单位为h；

如果指挥控制系统MTBF的置信下限值θ_L大于等于系统要求的可靠性指标θ_R，则系统可靠性达到要求；

若指挥控制系统的累计故障数N＝0，计算指挥控制系统的可靠性评估结果包括：

如果指挥控制系统MTBF的置信下限值θ_L小于系统要求的可靠性指标θ_R，则系统可靠性未达到要求，计算系统为达到要求继续需要累积的无故障时间T_C，公式为：

T_C＝θ_R-θ_L

公式中，θ_R为系统要求的可靠性指标，单位为h；θ_L为指挥控制系统MTBF的置信下限值，单位为h；

若指挥控制系统MTBF的置信下限值θ_L大于等于系统要求的可靠性指标θ_R，则系统可靠性达到要求。

本发明的有益效果如下：

本发明所述技术方案已成功对某指挥控制系统进行评估，通过在指挥控制系统运行期间采集可靠性数据，对采集的数据按评估模型进行可靠性评估，较之以前的评估方法，大大缩短评估时间，提高评估效率，并且可靠性评估结果对指挥控制系统可靠性是否满足要求提供了客观依据。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出一种指挥控制系统可靠性评估方法的流程图。

图2示出串联系统的示意图。

图3示出并联系统的示意图。

图4示出混联系统的示意图。

图5示出表决系统的示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

本实施方式提供的指挥控制系统的可靠性评估方法，包括如下步骤：

第一步根据指挥控制系统的运行情况，采集指挥控制系统内所有单元的累计运行时间和累计故障数。

第二步确定指挥控制系统类型，进行系统的累计运行时间和累积故障数计算

根据指挥控制系统分系统或单元的累计运行时间和累积故障数计算指挥控制系统累计运行时间和累积故障数。指挥控制系统一般可分为串联系统、并联系统、混联系统、表决系统四类，不同系统累积运行时间和累积故障数的计算不同。

如图2所示的串联系统：

串联指挥控制系统累计运行时间T＝min(t_i),i＝1,2,...,n，n指单元个数。

串联指挥控制系统累积故障数N_i指每个单元的故障数。

如图3所示的并联系统：

并联指挥控制系统累计运行时间T＝max(t_i),i＝1,2,...,n，n指单元个数。

并联指挥控制系统累积故障数N＝m,m指n个单元同时失效的次数。

如图4所示的混联系统：

混联指挥控制系统累计运行时间T＝min(T_c,T_b)，取两者之间的最小值。T_c指串联子系统累积运行时间，T_c的计算见串联系统；T_b指并联子系统累积运行时间，T_b的计算见并联系统。

混联指挥控制系统故障总数k指串联子系统数，s指并联子系统数，N_c指每个串联子系统故障数，N_c的计算见串联系统；N_b指每个并联子系统故障数，N_b的计算见并联系统。

如图5所示的r/n(F)表决系统：

表决指挥控制系统累计运行时间T＝min(t_i),i＝1,2,...,r，r≤n。

表决指挥控制系统累积故障数 $N=\left\{\begin{array}{c}0,\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{n}_i<r\\ m,\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{n}_i\&GreaterEqual;r\end{array}\right.,$ m指有r个或多于r个单元同时失效的次数。

第三步根据指挥控制系统的累计运行时间T和累计故障数N，计算指挥控制系统平均故障间隔时间MTBF的置信下限值θ_L

根据累计故障数N的计算结果，若指挥控制系统在评估时间内发生故障，则按公式(1)进行计算；若指挥控制系统在评估时间内没有发生故障，则按公式(2)进行计算。

①有故障情况

指挥控制系统的MTBF置信下限值为：

${\mathrm{\&theta;}}_L=\frac{2T}{{\mathrm{\&chi;}}_{2N+2,\mathrm{\&gamma;}}^2}---\left(1\right)$

公式中：θ_L为MTBF的置信下限值，单位为h；

T为累积的工作时间，单位为h；

N为累积的故障数。

为自由度为2N+2的χ²分布的上侧γ分位数，置信度γ根据指挥控制系统的要求取值。

②无故障情况下

指挥控制系统的MTBF的置信下限值为：

${\mathrm{\&theta;}}_L=T/\ln \frac{1}{1-\mathrm{\&gamma;}}---\left(2\right)$

公式中：θ_L为MTBF的置信下限值，单位h；

T为累积的工作时间，单位h；

γ为置信度，根据指挥控制系统要求取值。

第四步根据指挥控制系统的累计运行时间T、累计故障数N和指挥控制系统平均故障间隔时间MTBF的置信下限值θ_L计算指挥控制系统的可靠性评估结果。

根据指挥控制系统可靠性数据采集情况，按照可靠性评估模型进行评估，将评估结果填入表格中，可靠性评估表如表1所示。

表1指挥控制系统可靠性评估结果表

表1分别计算了MTBF的在置信度γ分别为0.5、0.6、0.7情况下的三组置信下限值。为验证还需累计的无故障工作小时是为验证目前可靠性指标值指挥控制系统在后续还需累计的无故障工作小时(若可靠性评估结果大于等于规定的可靠性指标，则不需要再累积小时数)，该累计工作小时的计算基于产品后续不出故障的假设，如果后续出现故障，累积小时还应增加。

根据评估结果，可得知指挥控制系统可靠性指标是否满足要求，若不满足，则可采取相应的措施提高指挥控制系统可靠性；对采取可靠性措施之后的指挥控制系统可再次进行可靠性评估。

下面通过一组实施例对本发明作进一步说明：

某指挥控制系统为串联系统，由单元1、单元2、单元3三部分组成。

系统累积运行时间为1159(h)，但在累积加电时间504(h)时，单元2发生一次故障；在累积时间523(h)单元2又发生了一次故障。对单元2采取相应措施之后，以累积加电时间523(h)为无故障累积工作时间起点，指挥控制系统又累积工作636(h)，单元1、单元2、单元3无故障，指挥控制系统无故障。

在对单元2采取可靠性措施之前，指挥控制系统累积工作时间T为523(h)，累积故障数N为2，按照公式：

计算MTBF的置信下限值，置信度γ分别取0.5，0.6，0.7，指挥控制系统可靠性评估结果见表2。

以对单元2采取可靠性措施之后为零点算，指挥控制系统累计工作636(h)无故障，T＝636(h)，按照公式：

计算MTBF的置信下限值，置信度γ分别取0.5，0.6，0.7，指挥控制系统可靠性评估结果见表3。

表2采取措施前某指挥控制系统可靠性评估结果

从表2可以看出，在已累积的时间下，指挥控制系统可靠性评估结果远远达不到要求。此指挥控制系统要求置信度取0.7，则若要想达到可靠性指标θ_R＝460至少还需累积的无故障运行时间T_C的计算方法为将工作时间T＝523(h)，规定值θ_R＝460，故障数N＝2和置信度γ＝0.7代入公式：

$T_C=\frac{{\mathrm{\&chi;}}_{2N+2,\mathrm{\&gamma;}}^2\&times;{\mathrm{\&theta;}}_R}{2}-T$

求出需要的时间T_C＝1140.16(h)，并且保证此段时间内系统无故障，否则运行时间还需延长。

表3采取措施后某指挥控制系统可靠性评估结果

从表3可知，在对单元2采取相应措施后，指挥控制系统可靠性指标满足要求。因为可靠性评估结果θ_L大于要求的可靠性指标θ_R，所以不需要再累积小时数。

综上所述，本发明所述技术方案通过在指挥控制系统运行期间采集可靠性数据，对采集的数据按评估模型进行可靠性评估，较之以前的评估方法，大大缩短评估时间，提高评估效率，并且可靠性评估结果对指挥控制系统可靠性是否满足要求提供了客观依据。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (7)

1.一种指挥控制系统的可靠性评估方法，其特征在于，该方法步骤包括：

S1、采集指挥控制系统内各单元的累计运行时间和累计故障数；

S2、确定指挥控制系统的类型，根据系统的类型、各单元的累计运行时间和累计故障数计算指挥控制系统的累计运行时间T和累计故障数N；

S3、根据指挥控制系统的累计运行时间T和累计故障数N，计算指挥控制系统平均故障间隔时间MTBF的置信下限值θ_L，其中

若指挥控制系统的累计故障数Ν≥1，则计算公式为：

${\mathrm{\&theta;}}_L=\frac{2T}{{\mathrm{\&chi;}}_{2N+2,\mathrm{\&gamma;}}^2}$

公式中，为自由度是2N+2的χ²分布的上侧γ分位数；γ为置信度，根据指挥控制系统的要求取值；

若指挥控制系统的累计故障数N＝0，则计算公式为：

${\mathrm{\&theta;}}_L=T/\ln \frac{1}{1-\mathrm{\&gamma;}}$

公式中，γ为置信度，根据指挥控制系统的要求取值；

S4、根据指挥控制系统的累计运行时间T、累计故障数N和指挥控制系统平均故障间隔时间MTBF的置信下限值θ_L计算指挥控制系统的可靠性评估结果。

2.根据权利要求1所述指挥控制系统的可靠性评估方法，其特征在于，所述指挥控制系统的类型进一步包括：串联系统、并联系统、混联系统和表决系统。

3.根据权利要求2所述指挥控制系统的可靠性评估方法，其特征在于，计算串联系统的累计运行时间T和累计故障数N进一步包括公式：

系统累计运行时间T：

T＝min(t_i),i＝1,2,...,n

公式中，n为单元个数，t_i为单元累计运行时间；

系统累计故障数N：

$N=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{N}_i$

公式中，n为单元个数，N_i为单元累计故障数。

4.根据权利要求2所述指挥控制系统的可靠性评估方法，其特征在于，计算并联系统的累计运行时间T和累计故障数N进一步包括公式：

系统累计运行时间T：

T＝max(t_i),i＝1,2,...,n

公式中，n为单元个数，t_i为单元累计运行时间；

系统累积故障数N：

N＝m

公式中，m为所有单元同时失效的次数。

5.根据权利要求2所述指挥控制系统的可靠性评估方法，其特征在于，计算混联系统的累计运行时间T和累计故障数N进一步包括公式：

系统累计运行时间T：

T＝min(T_c,T_b)

公式中，T_c为串联子系统累积运行时间，T_b为并联子系统累积运行时间；

系统累积故障数N：

$N=\underset{c=1}{\overset{k}{\mathrm{\&Sigma;}}}{N}_c+\underset{b=1}{\overset{s}{\mathrm{\&Sigma;}}}{N}_b$

公式中，k为串联子系统数，s为并联子系统数，N_c为每个串联子系统故障数，N_b为每个并联子系统故障数。

6.根据权利要求2所述指挥控制系统的可靠性评估方法，其特征在于，计算r/n(F)表决系统的累计运行时间T和累计故障数N进一步包括公式：

系统累计运行时间T：

T＝min(t_i),i＝1,2,...,r，r≤n

公式中，n为单元个数，t_i为单元累计运行时间；

系统累积故障数N：

$N=\left\{\begin{array}{c}0,\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{n}_i<r\\ m,\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{n}_i\&GreaterEqual;r\end{array}\right.$

公式中，m为有大于等于r个单元同时失效的次数。

7.根据权利要求1所述指挥控制系统的可靠性评估方法，其特征在于，所述步骤S4进一步包括：

若指挥控制系统的累计故障数Ν≥1，计算指挥控制系统的可靠性评估结果包括：

如果指挥控制系统MTBF的置信下限值θ_L小于系统要求的可靠性指标θ_R，则系统可靠性未达到要求，计算系统为达到要求继续需要累积的无故障时间T_C，公式为：

$T_C=\frac{{\mathrm{\&chi;}}_{2N+2,\mathrm{\&gamma;}}^2\&times;{\mathrm{\&theta;}}_R}{2}-T$

公式中，N为系统累积故障数，为自由度是2N+2的χ²分布的上侧γ分位数；γ为置信度，根据指挥控制系统的要求取值；T为系统累积运行时间，单位为h；

如果指挥控制系统MTBF的置信下限值θ_L大于等于系统要求的可靠性指标θ_R，则系统可靠性达到要求；

若指挥控制系统的累计故障数N＝0，计算指挥控制系统的可靠性评估结果包括：

如果指挥控制系统MTBF的置信下限值θ_L小于系统要求的可靠性指标θ_R，则系统可靠性未达到要求，计算系统为达到要求继续需要累积的无故障时间T_C，公式为：

T_C＝θ_R-θ_L；

若指挥控制系统MTBF的置信下限值θ_L大于等于系统要求的可靠性指标θ_R，则系统可靠性达到要求。