雷达装备可靠性理论与应用

雷达装备可靠性理论是研究雷达装备寿命周期中故障发生及其发展规律，预防故障发生和消减故障影响，对其可靠性进行分析、设计、评价和控制的理论和方法。它涉及统计学、物理学和管理学等多个学科领域，其推广和应用对提高装备的可靠性、降低装备总费用、满足装备战备完好性具有重要意义。 近些年，随着雷达装备技术的不断发展及可靠性理论的深入研究，雷达装备可靠性理论取得了一些新发展。撰写本书的目的是总结近些年来国内外可靠性领域发展的新成果，系统介绍雷达装备可靠性要求与确定、可靠性建模、可靠性分配、可靠性预计、可靠性分析、可靠性设计、可靠性试验与评价、可靠性评估方法等内容，给出一个较为完整的雷达装备可靠性理论与应用方法，为雷达装备保障工程、雷达工程、预警探测等相关专业本科生、研究生提供教学参考，为从事雷达装备论证、研制、生产、使用的工程技术人员和管理人员提供方法与工具。 全书共分为9章。第1章绪论，介绍可靠性的基本概念，可靠性与其他通用质量特性的关系，可靠性理论的形成与发展。第2章雷达装备可靠性要求与确定，介绍可靠性定量要求、定性要求和工作项目要求，可靠性要求确定的原则、过程、方法与应用。第3章雷达装备可靠性建模，介绍可靠性建模的概念、分类，建模的步骤和原则，典型系统可靠性模型，以及可靠性建模的应用。第4章雷达装备可靠性分配，介绍可靠性分配的目的与作用、原理与准则、指标与层次，可靠性分配的程序，可靠性分配的方法及其应用。第5章雷达装备可靠性预计，介绍可靠性预计的目的与作用、分类与内容、原则和选择，可靠性预计的一般程序，可靠性预计的方法及其应用。第6章雷达装备可靠性分析，介绍可靠性分析的目的与作用、主要内容，故障模式、影响及危害性分析，故障树分析，以及分析技术的应用。第7章雷达装备可靠性设计，介绍可靠性设计准则的目的与作用、主要内容、制定的依据与过程，简化设计，冗余设计，降额设计，热设计，电磁兼容设计，耐环境设计，容差设计，元器件的选用，以及可靠性设计的应用。第8章雷达装备软件可靠性，介绍软件可靠性相关概念、基本参数，软件可靠性设计、分析、测试，以及软件可靠性的应用。第9章雷达装备可靠性试验与评价，介绍可靠性试验目的与分类、程序与要素，环境应力筛选，可靠性研制试验与增长试验、鉴定试验与验收试验，寿命试验，可靠性分析评价，以及可靠性试验的应用。第10章雷达装备可靠性评估方法，介绍可靠性评估方法研究的目的及意义和研究现状，可靠性评估指标体系，评估指标体系综合赋权方法，基于直觉模糊集和VIKOR法及灰靶模型的雷达装备可靠性评估模型及其应用，基于Vague集的雷达装备可靠性评估模型及其应用。 本书在撰写过程中，得到了空军预警学院各级领导的关心和专家的指导，得到了华中科技大学出版社的大力支持，在此一并表示衷心感谢；同时，参考并引用了许多国内外研究机构和学者的书籍和文献，在此对这些作者表示衷心感谢。 随着雷达装备技术的发展，新理论、新材料、新工艺、新方法的不断出现和丰富，雷达装备的可靠性理论还将不断的发展，相关理论和应用技术还需进一步深入研究。 由于作者水平有限，不足和错误之处在所难免，恳请广大读者批评指正。

本书系统地介绍了雷达装备可靠性理论与应用，主要包括雷达装备可靠性基本概念、可靠性要求与确定、可靠性建模、可靠性分配、可靠性预计、可靠性分析、可靠性设计、软件可靠性、可靠性试验与评价、可靠性评估方法，内容系统性、理论性、针对性和应用性较强。 本书可作为雷达装备保障工程、雷达工程、预警探测等相关专业学生的教学参考书，也可作为雷达装备论证、研制、生产、使用的工程技术人员和管理人员的技术参考书。

第1章 绪论/1

1.1 基本概念/1

1.1.1 可靠性相关概念/1

1.1.2 可靠性主要特征量/5

1.1.3 可靠性常用概率分布/11

1.2 可靠性与其他通用质量特性/13

1.2.1 可靠性与维修性/14

1.2.2 可靠性与测试性/15

1.2.3 可靠性与保障性/15

1.2.4 可靠性与安全性/16

1.2.5 可靠性与环境适应性/16

1.3 可靠性理论形成与发展/17

1.3.1 国外可靠性理论形成与发展/17

1.3.2 国内可靠性理论形成与发展/19

思考题/22

参考文献/23

第2章 雷达装备可靠性要求与确定/25

2.1 概述/25

2.1.1 可靠性要求概念/25

2.1.2 可靠性要求作用/26

2.2 雷达装备可靠性设计要求/27

2.2.1 雷达装备可靠性定量要求/27

2.2.2 雷达装备可靠性定性要求/36

2.3 雷达装备可靠性工作项目要求/39

2.3.1 确定可靠性要求及其工作项目要求/39

2.3.2 可靠性管理工作项目要求/43

2.3.3 可靠性设计与分析工作项目要求/46

2.3.4 可靠性试验与评价工作项目要求/53

2.3.5 使用可靠性评估与改进工作项目要求/56

2.4 雷达装备可靠性要求确定/58

2.4.1 可靠性要求确定原则/58

2.4.2 可靠性要求确定过程/59

2.5 可靠性要求确定方法与应用/61

2.5.1 基于权衡法的可靠性指标确定方法/61

2.5.2 基于标准的可靠性参数选择方法/63

2.5.3 可靠性参数选择和指标确定示例/65

思考题/70

参考文献/70

第3章 雷达装备可靠性建模/72

3.1 概述/72

3.1.1 可靠性模型概念/72

3.1.2 可靠性模型分类/73

3.1.3 可靠性建模的目的和作用/74

3.1.4 可靠性建模的步骤和原则/74

3.2 典型系统可靠性模型/77

3.2.1 串联系统/78

3.2.2 并联系统/79

3.2.3 混联系统/81

3.2.4 表决系统/83

3.2.5 旁联系统/85

3.2.6 网络系统/88

3.3 可靠性建模的应用/90

3.3.1 雷达装备可靠性模型/90

3.3.2 天馈分系统可靠性模型/91

3.3.3 收发分系统可靠性模型/92

3.3.4 信号处理分系统可靠性模型/93

3.3.5 终端分系统可靠性模型/93

3.3.6 伺服分系统可靠性模型/94

思考题/94

参考文献/95

第4章 雷达装备可靠性分配/97

4.1 概述/97

4.1.1 可靠性分配的目的与作用/97

4.1.2 可靠性分配的原理与准则/98

4.1.3 可靠性分配的指标与层次/99

4.2 可靠性分配的程序/100

4.2.1 明确可靠性指标要求/101

4.2.2 定义系统层级/101

4.2.3 绘制可靠性框图/101

4.2.4 选择可靠性分配方法/101

4.2.5 计算分配可靠性指标/101

4.2.6 验证可靠性分配的符合性/101

4.2.7 编写可靠性分配报告/102

4.3 可靠性分配的方法/102

4.3.1 等分配法/102

4.3.2 加权分配法/103

4.3.3 专家评分分配法/104

4.3.4 比例分配法/106

4.3.5 AGREE分配法/107

4.3.6 可靠度再分配法/108

4.3.7 余度系统的比例分配法/109

4.3.8 费用最小分配法/109

4.3.9 拉格朗日乘数法/110

4.4 可靠性分配的应用/111

4.4.1 基于加权分配法的雷达装备基本可靠性分配/111

4.4.2 基于可靠度再分配的雷达装备任务可靠性分配/113

思考题/115

参考文献/115

第5章 雷达装备可靠性预计/117

5.1 概述/117

5.1.1 可靠性预计的目的与作用/117

5.1.2 可靠性预计的分类与内容/118

5.1.3 可靠性预计的原则和选择/119

5.1.4 可靠性预计与可靠性分配的关系/121

5.1.5 可靠性预计的一般程序/121

5.2 可靠性预计的方法/122

5.2.1 相似产品法/122

5.2.2 元器件计数法/124

5.2.3 元器件应力分析法/125

5.2.4 专家评分法/126

5.2.5 故障率预计法/127

5.2.6 性能参数法/128

5.2.7 上下限法/128

5.2.8 修正系数法/130

5.2.9 相似产品类比法/131

5.2.10 可靠性框图法/131

5.2.11 功能预计法/131

5.2.12 可靠性预计方法的比较/132

5.3 可靠性预计的应用/133

5.3.1 相控阵雷达系统的可靠性预计/133

5.3.2 雷达信号源的可靠性预计/138

思考题/140

参考文献/140

第6章 雷达装备可靠性分析/142

6.1 概述/142

6.1.1 可靠性分析的目的与作用/142

6.1.2 可靠性分析的主要内容/143

6.2 故障模式、影响及危害性分析/144

6.2.1 FMECA的作用与原则/145

6.2.2 FMECA的分类与选取/147

6.2.3 FMECA的一般步骤/149

6.2.4 故障模式和影响分析/149

6.2.5 危害性分析/155

6.2.6 FMECA结果/160

6.3 故障树分析/161

6.3.1 故障树分析的目的与作用/161

6.3.2 故障树分析的程序/162

6.3.3 故障树的建造/162

6.3.4 故障树定性分析/165

6.3.5 故障树定量分析/165

6.3.6 故障树分析结果/168

6.4 可靠性分析的应用/168

6.4.1 FMECA在机动式雷达结构设计中的应用/168

6.4.2 FMECA在雷达发射分系统中的应用/178

6.4.3 FTA在雷达发射分系统故障检测中的应用/182

思考题/184

参考文献/184

第7章 雷达装备可靠性设计/186

7.1 概述/186

7.1.1 可靠性设计准则的目的与作用/186

7.1.2 可靠性设计准则的主要内容/187

7.1.3 可靠性设计准则制定的依据/187

7.1.4 可靠性设计准则制定的过程/188

7.2 简化设计/189

7.2.1 简化设计一般原则与方法/189

7.2.2 简化设计准则/190

7.3 冗余设计/191

7.3.1 冗余设计分类与优化方法/191

7.3.2 冗余设计准则/192

7.4 降额设计/193

7.4.1 降额设计考虑的因素/193

7.4.2 降额设计准则/193

7.5 热设计/194

7.5.1 热设计主要内容与方法/194

7.5.2 热设计准则/197

7.6 电磁兼容设计/199

7.6.1 电磁兼容设计的目的与方法/199

7.6.2 电磁兼容设计准则/201

7.7 耐环境设计/202

7.7.1 环境因素的分类/202

7.7.2 防潮湿、防霉菌和防盐雾设计/202

7.7.3 防振动、防冲击设计/203

7.8 容差设计/204

7.8.1 容差设计目的/204

7.8.2 容差设计准则/205

7.9 元器件的选用/205

7.9.1 元器件选用因素/205

7.9.2 元器件选用准则/206

7.10 可靠性设计的应用/207

7.10.1 雷达T/R组件可靠性设计/207

7.10.2 雷达数据录取分机可靠性设计/210

思考题/212

参考文献/213

第8章 雷达装备软件可靠性/215

8.1 概述/215

8.1.1 软件可靠性相关概念/215

8.1.2 软件可靠性基本参数/217

8.1.3 软件可靠性与硬件可靠性/219

8.2 软件可靠性设计/220

8.2.1 软件避错设计/220

8.2.2 软件查错和改错设计/223

8.2.3 软件容错设计/224

8.3 软件可靠性分析/227

8.3.1 软件故障模式和影响分析/227

8.3.2 软件故障树分析/231

8.4 软件可靠性测试/232

8.4.1 软件可靠性增长测试/232

8.4.2 软件可靠性验证测试/233

8.4.3 软件可靠性摸底测试/234

8.5 软件可靠性的应用/235

8.5.1 雷达数据处理软件容错设计/235

8.5.2 雷达主控软件可靠性设计/239

思考题/242

参考文献/242

第9章 雷达装备可靠性试验与评价/244

9.1 概述/244

9.1.1 可靠性试验目的与分类/244

9.1.2 可靠性试验程序与要素/245

9.2 环境应力筛选/248

9.2.1 环境应力筛选目的与应用/248

9.2.2 环境应力筛选与有关工作的关系/249

9.2.3 典型环境应力/249

9.3 可靠性研制试验与增长试验/251

9.3.1 可靠性研制试验与增长试验的目的/251

9.3.2 可靠性研制试验/251

9.3.3 可靠性增长试验/254

9.4 可靠性鉴定试验与验收试验/256

9.4.1 可靠性鉴定试验与验收试验的目的/256

9.4.2 统计试验方案的参数与类型/257

9.4.3 指数分布统计试验方案/260

9.5 寿命试验/264

9.5.1 寿命试验的目的与分类/264

9.5.2 正常应力寿命试验/266

9.5.3 加速寿命试验/267

9.6 可靠性分析评价/269

9.6.1 可靠性分析评价作用/269

9.6.2 可靠性分析评价流程/269

9.6.3 可靠性分析评价方法/270

9.7 可靠性试验的应用/272

9.7.1 环境应力筛选在雷达装备上的应用/272

9.7.2 雷达装备可靠性鉴定试验示例/275

思考题/278

参考文献/279

第10章 雷达装备可靠性评估方法/281

10.1 概述/281

10.1.1 雷达装备可靠性评估方法研究目的及意义/281

10.1.2 装备可靠性评估研究现状/283

10.1.3 雷达装备可靠性评估研究现状及存在的问题/286

10.2 雷达装备可靠性评估指标体系/288

10.2.1 评估指标体系确定的原则/288

10.2.2 评估指标体系建立的流程/289

10.2.3 建立雷达装备可靠性评估初始指标体系/290

10.2.4 雷达装备可靠性评估初始指标体系释义/292

10.3 基于Delphi-TOPSIS法的雷达装备可靠性评估指标体系约简/295

10.3.1 Delphi法/295

10.3.2 AHP法/296

10.3.3 TOPSIS法/298

10.3.4 雷达装备可靠性评估指标体系约简实例/299

10.3.5 AHP法对约简前后的指标进行赋权/303

10.3.6 利用TOPSIS法对指标约简前后的方案进行评估/306

10.4 雷达装备可靠性评估指标体系综合赋权方法/308

10.4.1 赋权的原则及方法/308

10.4.2 基于IAHP熵权法的雷达装备可靠性评估指标赋权方法/309

10.4.3 雷达装备可靠性评估指标赋权实例分析/312

10.5 基于直觉模糊集和VIKOR法及灰靶模型的雷达装备可靠性评估模型及其应用/315

10.5.1 基于直觉模糊集和VIKOR法的雷达装备可靠性评估模型及其应用/315

10.5.2 基于灰靶模型的雷达装备可靠性评估模型及其应用/321

10.6 基于Vague集的雷达装备可靠性评估模型及其应用/323

10.6.1 Vague集基本定义/323

10.6.2 基于Vague集的雷达装备可靠性评估模型/324

10.6.3 基于Vague集的雷达装备可靠性评估模型的应用/325

10.7 本章小结/329

思考题/330

参考文献/330 

本书系统地介绍了雷达装备可靠性理论与应用，主要包括雷达装备可靠性基本概念、可靠性要求与确定、可靠性建模、可靠性分配、可靠性预计、可靠性分析、可靠性设计、软件可靠性、可靠性试验与评价、可靠性评估方法，内容系统性、理论性、针对性和应用性较强。 本书可作为雷达装备保障工程、雷达工程、预警探测等相关专业学生的教学参考书，也可作为雷达装备论证、研制、生产、使用的工程技术人员和管理人员的技术参考书。

1.1.1 可靠性相关概念

1．可靠性

可靠性(reliability)定义为产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。这里的产品是泛指可单独作可靠性研究与试验的对象，是产品(装备)的硬件或软件的任何结构层次，如整个装备、分系统、单元、组件、零件等。

“规定的条件”是指产品使用时所包括的环境条件(如温度、湿度、振动、冲击、辐射等)、使用条件、维修条件、贮存条件，以及人员的操作技能等要求。同一种产品，在不同的规定条件下，其可靠性是不同的。

“规定的时间”是指产品所经历的寿命时间。对于不同特点的产品可用不同的寿命单位计量，如雷达装备的使用寿命、飞机的飞行小时数、车辆的行驶里程数、火炮的发射次数。在不同的规定时间或寿命单位数内，产品的可靠性将是不同的。

“规定的功能”是指产品应具备完成任务所需的性能，对于装备是指作战性能或使用性能。对每一种产品应明确规定可测量的性能指标，作为判断是否具备完成功能的能力。不能完成