基于VB的雙路冗余裝置可靠性分配計算軟件

賈 瑾，郭 穎，周守鋒

（西安機電信息技術研究所，陜西 西安 710065）

0 引言

一直以來，可靠性對軍事的作用十分明顯，能夠提高作戰能力，減少維修人力并降低使用保障費用［1］。建立可靠性模型、進行可靠性分配是可靠性設計的重要內容。建立可靠性模型的目的和用途在于定量分配、估算和評估產品的可靠性。可靠性分配的結果為產品零部件和元器件的選擇、設計、制造及檢驗等提供重要的依據，明確它們應達到的可靠性定量要求，從而估計所需的人力、時間和資源，尋求實現的可能性及辦法［2］。

原雙路冗余安全與解除保險裝置按“串－并”系統建立可靠性模型，過于簡單，其單路串聯系統數學模型與實際工作原理有偏差。對于混聯系統可靠性模型，在進行可靠性分配時，傳統的手工計算量大，尤其是在反復進行可靠性分配時更顯得繁復，且出錯后不宜查證。雙路冗余裝置的系列產品，其混合系統模型相似，當串、并聯單元數量或單元零部件數量、重要程度發生改變時，需要重新進行復雜的可靠性分配計算，通用性不足。為此，本文應用VB平臺編制了雙路冗余安全與解除保險裝置可靠性分配計算軟件。

1 背景

1.1 原可靠性模型

雙路冗余安全與解除保險裝置原可靠性模型為“串－并”系統模型，將其單路系統簡單地視為可靠性串聯模型，其單路可靠性框圖如圖1所示。

圖1 原雙路冗余安全與解除保險裝置單路可靠性框圖Fig.1 The original dual redundant safety and arming device single reliability block diagram

其可靠性數學模型直接采用考慮重要度和復雜度可靠性分配方法（又稱為AGREE分配法）。該裝置第i個部件的可靠度：

式（1）中，ni為第i個部件的基本構成零件數；N為裝置的基本構成零件數為第i個部件的重要度，0≤ωi≤1；為裝置的可靠度指標。

1.2 原可靠性分配計算方法

雙路冗余安全與解除保險裝置原先進行可靠性分配計算時采用傳統的手工計算方法，計算繁復，計算量偏大，常常需要借助計算器。如果發生一個數據輸入錯誤就導致全部計算重新進行。隨著產品設計工作的進展，產品組件或零部件單元的數量、工作時間和重要程度均有可能發生變化，其復雜度和重要度相應改變，導致大量的計算工作需要重新進行，費時費力。

1.3 VB程序平臺

計算機編程對于現代可靠性設計越來越重要。比較現在的計算機語言編程平臺，VC雖然具有較強的數據庫管理及工程繪圖功能，但易學易用性及計算功能不如VB。對于可靠性設計編程來說，易學易用和計算功能強大是最有利的［3］。

VB（Visual Basic）是 Microsoft公司推出的面向對象程序設計的高級語言。VB最大的兩個特點是“可視化”和“事件驅動”。程序員不用編寫大量代碼，而只要把預先設置的界面元素拖放到屏幕上的適當位置即可建立完備的可視化界面。程序的運行通過事件驅動完成，用戶或系統觸發了某一個事件，就執行程序員在此事件中編寫的一段代碼［4］。與早期面向過程語言相比，使用VB，程序員可以將更多的時間放在設計算法上以解決實際問題，以及設計更友好的用戶界面上［5］。

2 基于VB的雙路冗余裝置可靠性分配程序

2.1 雙路冗余裝置可靠性模型

雙路冗余安全與解除保險裝置可靠度指標為0.997 5。為了滿足高可靠性指標，該裝置采用冗余設計，各部件、電路及傳爆序列的一、二級火工品均由相同的兩套機構組成，以雙路工作體制，對末級火工品同時輸出起爆信號，有效提高裝置正常作用的可靠性。簡單地將該裝置視為兩個單路系統先串聯后并聯的可靠性模型并不合理，依據對其工作原理的分析，裝置實際為“串－并－串”的混聯系統模型。各部件單元中一個單元故障則并聯中一條支路就發生故障，兩條支路所組成的并聯冗余系統與末級火工品串聯。其可靠性框圖如圖2所示。

“串－并－串”的混聯系統模型較為復雜，不適宜直接使用考慮重要度和復雜度可靠性分配方法的公式。設可靠性框圖中各部件的可靠性依次為R1，R2，…，R8，其可靠性框圖可逐步等效化簡，如圖3所示。

圖2 雙路冗余安全與解除保險裝置可靠性框圖Fig.2 Dual redundancy safety and arming device reliability block diagram

圖3 雙路冗余安全與解除保險裝置可靠性等效化簡框圖Fig.3 Dual redundancy safety and arming device reliability equivalent simplified block diagram

依據雙路冗余安全與解除保險裝置可靠性等效化簡框圖，建立其可靠性數學模型。將R1、R2…R7的單路串聯系統視為Rd，再將雙路的Rd冗余系統視為RL，RL和R8為串聯系統，代入公式（1），得到和R8的分配值。

根據并聯系統可靠度的數學模型：

計算裝置的可靠度：

將雙路冗余裝置各部件的可靠度分配結果代入公式（2），依次得到Rd、RL和Rs：

比較Rs和，如果Rs＞，則滿足可靠性指標要求，完成可靠性分配。

2.2 基于VB的雙路冗余裝置可靠性分配計算軟件

依據上述模型，應用VB編寫雙路冗余裝置可靠性分配過程的計算程序源代碼，并調試到計算結果正確。在窗體中分別建立串聯系統和并聯系統各10個單元，每個單元設有組成單元零件數、重要度和可靠度分配結果3個文本框，完成窗體框架。編寫各過程代碼指令，運行程序，調試到與源代碼運行結果一致，即達到設計要求。

該軟件可根據用戶需求對 “串－并－串”混聯系統模型的并聯單元和串聯單元進行10個以內單元的選擇，倘若各單元的零部件數量或其重要度發生變化，不需要手工重新代入計算，只需更改VB軟件界面的輸入初始值即可，具有一定通用性，能夠滿足雙路冗余裝置系列產品的可靠性分配計算。

采用VB編程實現可靠性分配，計算量得到簡化，計算速度快捷，計算結果準確。不需要再對每一個組部件單元進行分析，只需明確各單元的復雜度及重要度即可。VB界面清晰簡潔，減少用戶在操作中的混亂和困難，形成醒目直觀的界面，方便查證。

3 驗證實例

3.1 應用實例

基于VB編寫的雙路冗余裝置可靠性分配計算軟件界面如圖4所示。依次輸入可靠性目標值、并聯7個單元的組成零件數量和重要度、串聯1個單元的組成零件數量和重要度。點擊"開始計算"按鈕，軟件后臺程序執行各過程代碼指令，按照圖3雙路冗余裝置可靠性等效化簡模型，首先計算出R1，R2，…，R8的可靠度值。軟件程序在后臺繼續運行，反推雙路冗余裝置可靠性等效化簡模型，再依據計算所得的R1，R2，…，R8可靠度值，得到分配后可靠度的計算結果Rs，即可進行可靠性分配合理性驗證。

圖4 基于VB的雙路冗余裝置可靠性分配計算軟件界面Fig.4 Based on VB dual redundant device reliability distributed computing software interface

軟件計算所得Rs為0.997 501，大于可靠性目標值R＊s，故雙路冗余裝置可靠性分配結果合理可行。通過該雙路冗余裝置可靠性分配計算軟件，達到實現快速分配計算的目的。

3.2 適用性分析

在研制過程中可靠性分配不止進行一次。對不同的設計方案進行比較，為設計決策提供依據；或是與可靠性預計結果進行比較，以便確定分配的合理性；隨著設計工作的不斷深入，可靠性模型的逐步細化，可靠性分配也要隨之反復迭代［2］。

基于VB的雙路冗余裝置可靠性分配方法，不需要再去理解、套用公式，省略大量中間環節；一鍵即可自動執行可靠性分配，改變了傳統繁復的手工計算，使用簡單方便；節省時間，快速實時得到計算結果，且正確率有保證，不受人員計算的中間過程影響；基于VB的軟件界面直觀簡便，適宜反復迭代操作。

3.3 通用性分析

對于雙路冗余裝置系列產品來說，其可靠性框圖及混聯系統數學模型大體相似，只是其中的串聯系統和并聯系統的單元數量或各單元組成數量、重要度有區別。軟件采用VB平臺的界面，設置足夠的串聯系統和并聯系統的單元數量，可根據產品具體的混聯系統模型選擇各單元數量，具有很好的通用性。每一單元的組成數量、重要度單獨列出，方便進行調整計算。

雙路冗余裝置目前技術成熟，使用廣泛。其系列產品在已定型產品的基礎上還有很大的發展空間。簡單地將雙路冗余裝置看作串并聯系統進行可靠性分配并不合理。“串－并－串”的混合系統模型雖然建模準確，但計算復雜耗時。采用基于VB編程的雙路冗余裝置可靠性通用分配方法，既解決建模合理性的問題，又使計算直觀簡便，具有很好的實用性。

4 結論

本文提出了基于VB的雙路冗余裝置可靠性分配計算軟件，該軟件以共用末級火工品的雙路冗余安全與解除保險裝置為對象，建立“串－并－串”混聯系統模型，使用VB編制。在窗體中建立了可供用戶依據具體情況選擇的串聯系統和并聯系統各10個單元，每個單元設有組成單元零件數、重要度和可靠度分配結果3個文本框。驗證和分析表明該可靠性模型準確，分配方法合理可行，保證了計算結果的正確率，使用簡便，快速實時，適用于可靠性分配反復迭代操作，且具有一定范圍的通用性。擬進一步對雙路冗余裝置系列產品的各單元重要度進行分類，實現可靠性分配結果的優化。

［1］李良巧.產品可靠性基礎［M］.北京：中國兵器質量與可靠性研究中心，2002.

［2］編寫組.GJB／Z 135－2002引信工程設計手冊［S］.北京：總裝備部軍標出版發行部，2003.

［3］張楓念.機械可靠性設計與VB編程實例［M］.化學工業出版社，2010.

［4］孫越.Visual Basic數據庫開發自學教程［M］.北京：人民郵電出版社，2002.

［5］孟德欣.VB程序設計［M］.北京：清華大學出版社，2009.

［6］陸廷孝.可靠性設計與分析［M］.北京：國防工業出版社，1995.