QJ 2933-1997 地(舰)空导弹武器系统可靠性设计与分析指南.pdf

1、L.J 中国航天工业总公司航天工业行业标准QJ 2933-97 地（舰）空导弹武器系统可靠性设计与分析指南1997-03一部发布1997-10-01实施中国航天工业草公号发布自决1 主题内容与适用范围.(1) 1. 1 主题内容.“.（1)1. 2运用范国.H. (1) 2 引用标准.H(1)3 术语.”“.H.（2)4 一般要求. . (2) 5 详缀要求.“. (2) 5. 1 可靠性参数选择与指标确定.”（2)5. 2 可靠性建模. . (4) s. 3 可靠性预计与分配.”“（7)5. 4 可靠性设计准则.H.(13)5. 5 故障模式、影响和危害性分析（FMECAJH .(14) 5

2、. 6 元器件、材料和工艺的控制. . . . . . (15) s. 7 可靠性关键项吕控制“. Cl 5) 5. 8 确定功能测试、包装、贮存、运输、维修等对可靠性的影响.(16)5.9可靠性验证. . (17) 5.10 软件可靠性设计与分析.“.(18) 5. 11 设计评审.H.（19)5. 12 权衡分析H.H.（19)宿录A防空导弹武器系统可靠佐维修位参数选择表（参考件）.H . (22) I范围中国黠天工业总公司航天工业行业际准地（酶）空导弹武器系统可靠性设计与分析指南1. 1 主题内容QJ 2933 97 本标准规定了她舰空导弹武器系统以下简称武器系统可靠性设计与分析的一般要

3、求和详细要求。1. 2适用范理本标准适用于武器系统可靠注设计与分析，分系统可靠性与分桥可以参照使用。Z引用文件GJB 178 地空导弹武器系绞通用技术条件GJB 190 待性分类GJB 450装备研制与生产的可靠性通用大纲GJB 451 可靠性维修洼术语GJB 813 可靠性模型约建立和可靠性预计GJB 899 可靠险鉴定和验收试验GJB 909 关键件和重要件的质量控制GJB 1181 军用装备包装、装饲1、贮存和运输通用大纲GJB 1305 团体战略导弹贮存试验规程GJB 1310 设计评审GJB 1391 故障模式、影响及危害性分析程序GJB 1909. 1 武器装备可靠性维修位参数选择

4、和指标确定要求总则GJB 1909. 2 武器装备可靠性维修边参数选择和指标确定要求导弹武器系统和运载火箭QJ 1150 产品贮存试验工作程序QJ 2145 电子元器件质量可靠性管理妓定Q 2227 航天用电子元器件贮存和超期复验要求QJ 2668航天产品可靠性设计准则电子产品可靠性设计准到中国航天工业总公司199703 05 1997 10 01实施QJ 2933 97 3定义术语定义兑GJB451、GJB1909. 1、GJB1909. 2及其它引用标准。4一般要求武器系统可靠性设计与分析通常遵循以下要求za.根据武器系统的战备完好性、任务成功性、维修人力费用和后勤保障费用等要求确定系统的

5、可靠性参数2b.根据武器系统的寿命部主吉、任务剖面要求确定武器系统的可靠性指标、故障判据、维修方案、验证方法等z案$c.根据效能和全寿命周期费用要求比较备选方案的优劣；d.根据方案比较及有关不确定因素选择系统方案；e.编制武器系统可靠性大纲；r.辙j定产品的可靠性计划gg.建立武器系统可靠性模型：h.进行可靠这分配和可靠性预计，并将分配值与预计值进行比较，决定最优的设计方i.费主据武器系统功能和可靠性等要求，确定武器系统可靠性设计准则zj.进行可靠性分析工作，例如FMEA、FA（根据需要开展）等；k.确定可靠性关键件和重要件zi选用可靠的元器件，正确使用元器件zm.进行软件可靠性设计.oj分析

6、sn.完善系统设计。5详级要求5.1 DJ靠性参数选择与指标确定5.1. 1可靠性参数选择的依据和要求s. 1. 1. 1 武器系统可靠性的参数选择取决于武器系统部特点和使用要求eS. 1. I. 2 可靠性参数的选择应反映战备完好性、任务成功性、维修人力费用和后勤保障费用等四方面的要求s. 1. 1. 3 可靠性参数选择和指标确定应符合有关武器装备可靠性管理级定，并符合GJB450始有关规定。s. 1. 1. 4 可靠性参数的选择应考虑武器系统预期的维修方案和约束条件6s. 1. 1. s 地（）空导弹武器系统可靠性参数选择见戳录A（参考伶s. 1. 2可靠性指标确定的依据和要求S. I.

7、2. 1 可靠性指标确定的依据a.使用需求；2 QJ 2933-97 b.相似产品型号的可靠性水平；预期采用的技术使武器系统可能达到的可靠性水平$d.费用、进度、武器系统预期的使用和保障方案等约束条件65. 1. 2. 2 可靠性指标确定的要求s. I. 2. 2. l 可靠A险指标应在武器系统论证对提出目标值和门限值3在制订合同牵引研部任务书时提出规定值和最低可接受值9同时还注明确2a.寿命l!JWI b.任务剖面zc.放瘁尹j别准则sd.维修方案事验证方法，如采用试验验证或使用验证应包括置信水平、接收租拒收判据等zt何时或何阶段应达到sg.其它假设和约束条件。s. 1. 2. 2. 2 武

8、器系统指标论证报告和方案论证报告牛应包括相应当号可靠性指标论证内容。5. I. 2. 2. 3 可靠性指标作为武器系统重要战术技术指标，应与其它主要战术技术指标同时列入合同或研制任务书。s. l. 2. 2. 4武器系统中分系统或设备的可靠性指标也可单独提出，但必须与武器系统总体的指标相协调。s. l. 2. 2. s 对于指互关联的可靠性、维修性、测试性、安全性和保障在等所确定的指标应相互权衡，达到相互协调es. l. 2. 2. 6 合同指标根据使用指标转换确定。5. 1. 2. 2. 7 工程研制阶段是可靠性逐步增伏的过程。可靠性指标一般不应调整，若因技术所限，达不到合同或研制任务书要求

9、需调整峙，必须严格履行有关的审揽子续s. 1. 2. 2. 8 可靠险指标可行性论证除订购力郭承制力共同稳定的可靠性指标外，还应包括2a.可靠性薄弱环节、关键项巨及其解决途径和保证条件$b.可靠性验证要求、方法和程序可靠险经费预算e5. I. 3 各阶段参数选择和指标确定的工作内容5. I. 3. I 方案论证阶段S. 1. 3. I. I 需求分析ea.分析武器系统完成任务、使用和保障条件等对可靠性的要求，分析导弹系统贮存期及其保障条件等对可靠性的要求；b.分析与新研越武器系统相似的型号的可靠性现状，并为提高可靠性分析和确定章哥哥哥制型号始技术措施z考虑佳能、可靠性、维修性、进度和经费等约束

10、条件。5. I. 3. 1. 2 订购方初步确定新研型号的寿命剖面、任务剖面及使用和日后勤保障等方面的约3 QJ 2933 97 束条件es. 1. 3. 1. 3 订购方在上述工作的基础上，从战备完好性、任务成功性、维修人力费用和后勤保撑费用等方面进行综合，提出反映新研型号在作战、训练、维修和保障需求等方面初步的可靠性要求，提出吕标值和门被值cs. 1. 3. 1. 4订购方与承制方协商，转换提出新研型号的可靠性合同参数与指标，经与佳能、进度、费用、风险等因素综合权衡后，提出规定值和最低可接受值qs. 1. 3. 1. s 可靠性指标经评审后，纳入战术技术要求文件。5. 1. 3. 2 方案

11、设计阶段方案设汁阶段参数选择和指标稳定的工作内容如下za.承秘方根据战术技术要求和约束条件，提出基本的维修体制方案号b.承哥哥方根据可靠性使用指标进扫可靠性方案设计和指标权衡分析；c，承载i方和汀购方共同协商，确定可靠性合同指标，经评审后纳入哥哥哥哥任务书和合同sd.承制方根据可靠性指标的分配结果，与转承制方协商后，将分配值纳入有关的转承销合同。s. 1. 3. 3 工程研锁和定型阶段工程研部和定型阶段，武器系统的可靠性指标一怨不应变动按可靠性增长汁划分阶段实施，达到各阶段规定的可靠性指标值，最终满足订购方的要求。5.2可靠性建模s. 2. 1 可靠性模型也主要用途武器系统可靠性模型可用于协i

12、属系统可靠险参数、确定可靠性指标、进行可靠性预计、进行可靠性分配、优化系统设计及评估系统丐靠性水平等。s. 2. 2建立可靠性模型的要求s. 2. 2. 1 建立可靠性模型应以系统功能为基础，分别绘出可靠性在主题和可靠性数学模型。可靠性框m应与武器系统功能框图、原理m、工程m等相协调。s. 2. 2. 2 可靠性模型应该随系统研制进程中试验信息的增多、系统结构、佳能、任务要求和使用条件更改而修改。可靠性数学模型的输入与输出应和武器系统的分析模型的输入与丰富出要求保持一致。5. 2. 2. 3 应分别建立武器系统约基本可靠性模型与任务可靠性模型35.2.3基本可靠性模型5. 2. 3. 1 基本

13、可靠性模型包括基本可靠性框图和相应的数学模型。s. 2. 3. 2基本可靠性要求应能反峡它对维修和后勤保痒的要求。s. 2. 3. 3 其本可靠性模型在结构上是一个全串联模型。S.2.4任务可靠性模型5. 2. 4. 1 建立任务可靠性模型的要求4 在建立武器系统任务可靠性模型时，应遵从以要求3a.任务可靠性模型应能描述武器系统在完成规定任务中各单元严品的预定用途pb.根据产品在任务过程中的工作模式，可采用不同的可靠性模型结构；QJ 2933 97 可靠性贯主图应标明单元产品名称或代号、任务时间、放瘁分布特饺、可靠性分重己值、可靠注预计值等事d.可靠性框图中使用的产品名称、代号应与产品规范中所

14、使用的格一致ze.可靠性框图应与武器系统功能框图和原理图相联系$f可靠性模型的输出应该以合同或任务书对可靠性所饶定的可靠性参数来表示喜事根据型号研制的进展模型应进行不断的修改和完善b.当武器系统的任务经历几个阶段时如搜索阶段、跟踪制导阶段h应针对每一个阶段建立单独的可靠性模型然后再综合成一个总的系统任务可靠性模型；建立任务可靠性模型时应考虑单元产品的工作状态和不工作状态。如果元器件的失效率中已经包含了无器件在设备工作期间所经历的应力变化.p可不必再考虑占空IE!子。5.2.4.2 建立系统可靠性模型的步骤s. 2. 4. 2. l 哥哥确武器系统的任务剖面。s. 2. 4. 2. 2 哥哥确是

15、否有替代工作模式，并明确替代关系和条件es. 2. 4. 2. 3 明确和规定武器系统的注能参数的允许极限。5.2.4.2.4 明确为完成任务所需的硬件和软件资源，并绘秘任务可靠性框图。5.2.4.2.5 确确环境条件和应力水平E5.2.4.2.6 如果各分系统的任务时间不一致对，可以用占空因子来修正故障率。5. 2. 4. 2. 7 建立系统可靠性数学模型时，可用普通概率法首先对分系统或设备分别建立可靠性模型。5. 2. 4. 2. 8 在建立分系绞或设备部E可靠性数学模型时要用到一些基本的可靠性模型，如串联模型、并联模型、冗余结构模型、表决系统模型也N的川等此时可参照GJB813附录A（补

16、充件的A3条。5.2.4. 2.9 根据武器系统各组成单元的任务功能及可靠性框医利用概率统计原理，建立武器系统级可靠性数学模型。对复杂系统的可靠性数学模型有时不易写出显式时，可将系统分解成若干个串联的部件，每个部件的可靠性结构如果己知，且部件内每个单元结构的可靠性分布辛苦性已知时，可利用计算机程序计算系统的可靠性值（已有能计算已知单元可靠哇分布特性的串联、并联、社N(G）结构组成的复杂系统可靠性的计算程序，可供使用。5. 2. 4. 2. 1。如果任务过程中有几个工作阶段，并旦每个阶段又有不同的环境条件，可分别对每一阶段建立任务可靠性模型然后利用条件概率法则将各阶段的可靠边模型进行综合，得到武

17、器系统总的任务可靠性数学模型。5. 2. 4. 2. 11 根据公式I3并利用武器系统的可靠性数学模型求解MTBCF及，（t）。盯BCF0=fR,(t)dt ” T jR,(t)dt J孔1TBCFm一一一一一一.H (2) 1 fCT) QJ 2933 97 I dR,(t) 川Z!= 一一一一一一一(3) R,(t) dt 式中R,(t) 任务时间为时的武器系统任务可靠度sMTBCF, 无维修时武器系统的致命放瘁阔的手均任务时间，LMTBCFm 有维修Rt武器系统的致命故障间的平均任务时间，b;A,(t) 任务时间为t时的武器系统瞬时放瘁率，l/b;t 任务对j间，hT 计划预防）维修间隔

18、时间，h。s. 2. 4. 3 任务可靠性的计算程序依据5.2. 4. 2所绘制的任务可靠性框图及任务可靠性数学楼空按如下程序计算武器系统的任务可靠性sa.根据每个单元的故障率、占空园子、故障分布辛苦哇及分布参数，计算每个单元的任务可靠度zb.将每个单元的可靠度代入5.2.4.2所建立的系统任务可靠性模型计算武器系统的任务可靠度R,(t）及元维修部J1TBCF，与有维修的MTBCFm值3c.取不同的任务时间zjjJ计算出相应的系统可靠度R,(t）和系统的事革时故薄率（t)取不同的维修间商时间T可计算出有维修时的MTBCF值。这样求得R,(t）、人（t）、MTBCF0,MTBCF s. 2. 4

19、. 4 建立武器系统任务可靠性模型时的注意事项S.2.4.4.1 非工作故障率的修正武器系统，尤其是导弹系统，在宫的寿命周期内非工作对部占据了使用寿命的绝大部分对间，所以其故痒率应当修正成包括非工作期闵或不工作期间的故捧率。通常使用的最简单模型为AT咕.d十(1-d) ;._,.,.(4) d=tJ心。t,)式中，.l.r 武器系统或某单元的总故瘁率，1/h;A呻工作故障率，l/h;A叫一一非工作故障率.l/h; t, 武器系统或菜单元鹤不工作对阂，；1;Z。一一武器系统或某单元的工作时间，h;d 占空园子6S.2.4.4.2共因故障共因故障是由于某矜共同始原因而导致灼系绞故障，存在共因故障的

20、单元相互间是不在QJ 2933 97 独立的。为分析方便，将故障分为两手中，一种是完全出于独立原因引起的效嚣，其故障率为，另一种是共同原因引起的故障，故障率为毛，其总故建率为：.l.，.，设一共因故津国子z自二， H (5) 以两个相同单元且都为指数故障分布的并联系统为例来说明考虑共因故湾后可靠性模型的差异，这时系统可靠性方程为2R,(t)=2exp（一t) exp (2一） ,i t . (6) 耳支0.1且可计算出不同韵值时R,(t）与t的关系见图L5.2.4.4.3 穗关故障丘，什1 0.9 0.8 口，70. 6 0. 5 0. 4 t 0. 3 o. 2 0.1 。0 1 2 3 4

21、 5 6 7 8 9 10 t ,h 因l共因故障M系统R,(t）影嗖在复杂系统中，某个单元的故障将会影响其官设备的故障，所以各单元间的故障往往是棺关的。故障单元对非故障单元故障率影响的大小，取决于故撑单元的故瘁模式及单元功能结构特性，应根据新的负载分布进行汁算。S.2.4.4.4不离故障模式的影哨当产品存在两种故障模式，如短路与断路，童音路故瘁模式会使串联系统不工作；短路故撑模式会使并联系统不工作。s. 3可靠性预计与分配s. 3.1 系统可靠性预计和分配也程序s. 3. 1. 1 定义武器系统2包括说胡系绞功能、系统任务和系统各组成的界限。s. 3. 1. 2 明确武器系统的故瘁判据。s.

22、 3. 1. 3 明确武器系统的工作条件和维修方案。5. 3. 1. 4 绘制武器系统的可靠性框图。可靠性框图应绘制到可识到的最低一级功能层次。对于任务过程中或规定的时间内设备的工作有变化时，应将任务对间分成若干段，若在各段QJ 2933 97 中系统的配置是恒定的，则应按各个段分别绘制可靠性框图e5. 3. I. 5 建立武器系统可靠性数学模型具体方法见本标准5.2), 5. 3. I. 6 编制武器系统中各电子单元设备的元器件清单和非电子器件清单e5. 3. 1. 7 预计各单元设备的可靠性。5. 3. 1. 8 根据公式13，对武器系统的任务可靠度R,(t）、MTBCF，、MTBCFm、

23、作出预计。如果在任务过程中武器系统的放肆率或可靠度有变化时，应按任务的不同阶段完成以上几个步骤后，最后进行综合求得系统的任务可靠性。5.3.I.9 将系统可靠性要求信分配给单元设备。5.3.1.10根据公式13J赂，渭分配值计算系统可靠度R，的、MTBCF，、MTBCFm和肘，若能满足系统可靠性要求及技术、费用和进度要求也能同对满足，应确立分配结果，作为设计的依据。如果系统可靠险不满足要求，应进行系统可靠性参数灵敏险分析，对系统可靠性影响较大的系绞可靠性参数首先进行分析，对其中危害度大的放肆模式进行改进，提高系统约可靠性。或对分配方案按实际情况进行调整。S. 3. I. 11 对改进厉的武器系

24、统再次进行可靠性预计和可靠性分配，并利用预计值和分配值进行系统可靠性计算。如果能满足系绞技术的、费用的和时间的约束及可靠性要求则确定分配结果，否则再次重复以上过程，直至得到满意结果为止。5. 3. I. 12武器系统的可靠性预计和分配，在武器系统研制过程的不同阶段都应（可）进行。并且，磁着武器系统可靠性模型的细化，这一工作应随之绪化和深入。5. 3. I. 13 武器系统可靠险预计和分配的流程00见图2。军.3. 2 可靠性预计与分配的方法5.3.2.1 可靠性预计方法5. 3. 2. I. I 相似设备法将考虑的设备与已知可靠性的设备进行比较，从而估计设备可能达到的可靠性水平。这手中方法多用

25、于方案论证阶段。5. 3. 2. 1. 2 相似复杂性法将新设计设备的可靠性作为相似型号的典型产品的相对复杂性的函数加以估计。这种方法常用于方案设计阶段。5. 3. 2. 1. 3 功能帮计法在进行新设计产品可靠性预计H仁对以前经过验证的同类型产品的功能和可靠性之间的相互关系加以考虑，进行数据拟合建立预计模型，利用内插或外推的方法进行新产品的可靠性预计e这种方法用于方案论证和方案设计阶段e5. 3. 2. I. 4 访数法把设备的可靠注作为设备内所包含的元器件、零组件数目的函数来预it产品的可靠性。这种预计包括电子和非电子产品，是自下而上直至系统级产品来选行。8 电子产品可用无器件计委立法，这

26、种方法所需的信息是：a.所采用的元器件的种类和数量；b.元器件的质量等级g设备的工作环境。修改设诗参数灵敏佳分析N QJ 2933 97 （再e，确系统和系统故降究据明确系统的工作条件和维箩方案绘奇事j系统可靠性框医建立系绞可靠性数学模型系统可靠性预计系统可靠住分析求解系统可靠佳方程送行参数权衡透过可靠性设计评审i y 确认可靠性分重E结果起可靠性预it结果主3一N 医2武器系统可靠性预计和分配流程图9 QJ 2933 97 元器件计数法所用的数学公式是z；.， 2, N, 由.Ac曹H.（7)式中： 设备总的故漳率；.c;一第2类元器件的通用失效率z 第2类元器牛的质量系数；N, 第z类无器

27、件的数量号n一不同元器件种类数。这种预计方法常用于方案论证、方案设计和工程研制的早期阶段q对于非电子产品也有类似的公式，失效率一般与非电器件数百、环浇因素或其它条件有关，目前尚无通用的计算公式a5. 3. 2. 1. 5 应力分析法应力分析法是把产品的故障率作为所有单个元器件失效率的可刻画数来进行可靠性预计，其中要考虑每个无器件的类型、工作应力等级、元器件的降额将远、元器件的温度待险等因素。率z应为分析法的步骤2也确定每一元器件的基本效率，它与元器件的类型、环境温度和工作应力水平等有关；b根据元器件的失效率模型计算元器件的失效率，或模据指定的失效率手册查找失效c.根据所有元器件的失效率计算设备

28、的故障率。在计算过程中，应当考虑每个无器件失效率的分布特性以及它在电路中的功能这种可靠性预计方法通常用于工程研制阶段。s. 3. 2. 2 可靠性分配方法5. 3. 2. 2. 1 等离分配法对于串联系统式中：R, 系统可靠度指标号R,=R；H创R, 分配给第1个分系统的可靠度指标gn一分系统个数a对于并联系统z代l(1R,) .，10 QJ 2933-97 这种分配方法常用于方案论证和方案设计阶段e5. 3. 2. 2. 2 因子分配法这种方法的关键是找出分配园子。若一个系统Wn个分系统串联组成，系统可靠度用R表示，系统不可靠度用F表示，各分系统可靠度分别用儿，儿，A”表示，则具体的分配步骤

29、为a.计算各分系统不可靠度的预计值z!, A F,=l R; (i=l.2，n） . (IO) 式中，F，第i个分系统不可靠度的预计值s总一一第i个分系统可靠度的预计值b.求各分系统不可靠度预计值之和2A霜，气FF，.H晕. . ( 11) 式中，F各分系统不可靠度之积。取分配园子D:D主.“（12)F 一般来讲Fn斗l J飞是z叫一盯川相应的第z个分系统的可靠度为2及，（t)吟一告：. 12 QJ 2933 97 式中川，第2个分系统的任务时间zW，一一第i个分系统的重要园子，官表示第r个分系统发生故障将会导致系统发生故障的概率；践一一第z个分系统中组装件的数吕3R,(t）一一要求系绞在任务

30、期间的可靠度号R,(t,) 分配给第2千分系统在任务时割肉的可靠度，民一一分配给第i个分系统的故障前平均工作时间。这种分IIB方法常用于工程研都阶段。5.3.2.2.5 比倒组合分配法这种方法适用于新的系统与老的系统非常相似，只是对新系绞提出了新的可靠性要求的情况。其分配公式为z主，.), A廿. H .(21 d 式中.；，分配给新系统中第2个分系统的故撞率号儿一一新系统要求的故障率；.2. 酒有可IllIii A; , i二i江飞、1. 发射可靠度RL、Jt飞已2. 飞行可靠度R,、J* 3. 致命故薄i再去司任务对j胃(TBCF) 、J* I 乎均故漳i可商时间(T.,)v 、J6 ？瓮

31、飞J2. 平均维修i可凋l!tf同(T.,. ) v .6. i江、J3. 平均拆卸！可商时间（TBR)/6 .6. 4. 贮存可靠度孔、Jv * I. I均修复时间茹们、Jv i二4町2. 最大修复对部主4mmv 6 i江3. 平均预药维修B;fl司鼠剖/4. 维修工时率M,、J.6. 6 5. 年平均维修费用CMY/ 主已1. 贮存寿命期）L,、J、J* 2. 第一次大修期Trov v 乙3. 使用寿命（揍）Lo飞J/ 才kI. 故璋检测率r陀/ 、v.6. 已2. 故津隔离率Tf1v v 6 i江3. E量警率玄FAv / i二6 反映任务成功性v v 注女优先选用都参数；b,适刻的参数，表示参数类型、反块目标。22 国标维修后勤人为保障费勇费用v 、Jv 飞J/ / 、Jv 、Jv 、J、Jv 、Jv v 飞JQJ 2933 97 附加说明2本标准由中国航天工业尝、公司七C八革开提出。本标准出中国航天工业兰、公司二院负责起草。本标准主要起草人：王振邦、林庆松、PH主发。23 kcal肉同aN同。中蜀直天工业总公司航天工业行业标准地（巍）空导弹武器系统可靠性设计与分析指事QJ 293397 中国辈革天工业总公司第七。八研究所出短发行七OJ所持毅部属1997年4月出版定价，1.00元