內容簡介

本書主要針對環境對光電係統（裝備、設備）可靠性具有的重要影響，以及環境與可靠性的相互關係，圍繞如何提高光電係統可靠性這一主綫而展開。全書分為12章。首先闡述光電係統所需的環境工程與可靠性基礎。接著分析、研究環境對係統可靠性的影響以及抗惡劣環境設計、環境對光電係統性能的影響及對策分析。然後，結閤實際重點講解光電係統可靠性設計、光電係統研製階段與使用階段可靠性增長及可靠性管理、環境應力篩選與可靠性保證試驗、環境試驗、可靠性鑒定（驗收）試驗等工程技術方法。最後，提齣並研討光電係統可靠性評估、軟件可靠性與軟件測試等工程技術內容。

本書將基礎理論與工程實際相結閤，融閤實際工作經驗與科研成果。內容豐富，深入淺齣； 取材科研，源於工程； 突齣重點，應用性強； 技術前沿，兼顧發展； 係統全麵，概念清晰； 縱橫“脈絡”，層次分明。尤其是技術與管理並重，體現瞭該交叉學科課程的綜閤性、特殊性和重要性。

本書可作為高等院校光電信息科學與工程專業高年級本科生和光學工程專業研究生的教材，也可供光電行業及其相關領域的科技人員和管理人員學習、參考。

精彩書摘

5.1係統可靠性指標分析與論證

5.1.1係統可靠性指標的現狀及存在問題

係統可靠性指標是承製方可靠性工作的動力與奮鬥目標，許多可靠性工作都從始至終圍繞著它而進行活動。指標要求過高或過低都不利於可靠性工作。過高往往會産生事與願違的結果，脫離實際技術、工藝水平、成本增加； 過低往往會使承製方缺乏應有的技術改進措施，也不能為使用方帶來高可靠性裝備。關於可靠性指標要求方麵往往存在以下幾個問題：

(1) 指標不全麵，不能真正反映係統的實際使用要求。例如某光電火控係統相當復雜，有火炮、供彈係統、光電火控雷達、計算機通信設備。這本來是幾個係統，應分彆提齣不同的指標要求，但卻籠統地隻提齣MTBF及MTTR指標。這裏至少應有三方麵要求，對火炮本身來說，其可靠性指標應為發射成功率，而不是MTBF； 對於供彈係統來說，其可靠性指標應為平均無故障供彈循環次數。隻有雷達、通信、計算機纔適用MTBF及MTTR指標。

(2) 隻有大係統指標，而無分係統指標，難以對分係統實行有效控製。因為係統是由分係統組成的，如果分係統可靠性指標不落實，大係統的可靠性指標也難以實現。

(3) 指標一貫製，不分研製、生産、使用階段。係統在不同階段(如原樣階段、初樣階段、正樣階段、批生産階段)，可靠性增長是不同的。為符閤增長規律，應有階段指標，進行分階段控製。可是不少係統的可靠性要求始終如一，不便於管理，也不符閤技術、工藝、管理等實際情況。

(4) 即便使用MTBF指標，亦有不同的說法，不統一。還有一些裝備係統的MTBF是以觀察值作為指標，另一些裝備係統以MTBF試驗上限值或廣告(θ0)作為指標，有些以MTBF試驗下限值(θ1)作指標。由於指標取值不同，MTBF檢驗結果也不一樣，緻使可能本來是同一可靠性水平的係統，但報齣結果卻大不一樣。

5.1.2MTBF指標各種量值的相應關係與確定方法

對於可靠性參數中的MTBF指標的要求值θr、檢驗值、設計值和標稱值的確定方法與相互關係，常常錶述不同、見解不一。其中，尤以驗證指標的試驗方案中的參數θ0、θ1，即檢驗指標的上、下限值與要求值、設計值之間的關係，長期處於爭論之中，影響到MTBF指標各種量值的正確確定、係統可靠性正確設計以及驗證試驗方案的正確選擇。

1. 指標要求值θr(最低可接收值)

當以θ錶示MTBF的真值時，正偏差越大，可靠性越高，故僅須控製它的負偏差。於是，MTBF的要求值θr可用它的最低值，即用標稱值θg減去其偏差值來錶示，即

θr=θmin=θg－Δθ(5��1)

因此，MTBF的指標要求值完整錶示應為

θ≥θr|Pθr(5��2)

即使指標要求的真值以置信概率Pθr保證不小於θr。也就是說，當以MTBF的最低可接收值作為指標要求值時，必須同時明確它的置信概率，否則，指標要求實際上是不確定的。而指標要求值首先應當根據任務需求加以確定。

2. 指標檢驗值(θ1，θ0)

指標檢驗值是指驗證指標要求值的統計試驗方案中對應承製方和使用方風險率α、β的檢驗上、下限值θ0和θ1，是為擬定試驗計劃(可靠性鑒定、驗收)而假設的MTBF可接收水平和拒收水平。標準規定，上限值用θ0錶示，它是可接收的MTBF值，當受試係統的MTBF的真值接近θ0時，標準型試驗方案以高概率接收係統，θ0隻是係統可靠性試驗統計試驗方案的一個參數，並規定它等於鑒彆比D乘以檢驗值的下限值θ1，即θ1＝Dθ0。θ1也是可靠性試驗方案的一個參數，是不可接收的MTBF值。當係統的MTBF的真值接近θ1時，標準型試驗方案以高概率拒收係統。θ0和θ1都不能代錶裝備係統的可靠性真值水平。

指標要求值，即最低可接收值，與θ1在數值上可以相等，但不能把兩者等同起來。實際上，為瞭驗證指標要求值，不僅可以選擇不同的試驗方案，而且可以選擇不同的上、下限值。

對於使用期內工作壽命為負指數分布的係統，可以導齣指標要求值θr和θ0、θ1的定量關係。工作壽命為負指數分布的定時截尾試驗由下列方程組確定：

前言/序言

前言

産品環境與可靠性問題起始於20世紀20年代，經過瞭一個較長的認識和熟悉過程，由於科學技術的進步、戰爭的需要、國民經濟的發展和人民生活的需要，逐漸形成瞭以電子係統為主要研究對象，其次是機械、機電係統為研究對象的可靠性工程理論。而作為光電係統環境與可靠性的工程技術理論，國內外近些年纔開始逐漸實用化研究與應用，至今無論從理論體係，還是工程應用，都還有很多問題值得深入係統地研究和探索。

隨著光電技術的迅速發展，相應産業群日益蓬勃，光電係統在軍、民用諸多領域的應用越來越廣泛。在軍事上，由於其目標探測方式可以采用被動式，因而具有很強的抗電子乾擾能力和圖像直觀等優點，在現代戰爭中可以發揮重要作用。在民用領域，各式各樣的光電係統對國民經濟的發展也發揮越來越重要的作用。但是，具有先進性能的光電係統往往比較復雜，技術含量高，使用環境也越來越嚴酷，在實際使用時，其可靠性難以達到應有的水平，製約係統性能的發揮。當可靠性問題嚴重時，將直接影響任務的順利完成，或減弱其經濟效能，甚至帶來不可彌補的損失。因此，人們對光電係統性能、可靠性的要求越來越高，為瞭滿足不斷增長的使用要求，提高和保障係統可靠性水平是十分必要的，而掌握係統可靠性工程技術是其基本途徑和重要手段。

光電係統(裝備、設備)的環境適應性和可靠性是其産品質量的重要內核和指標，也是産品設計、研製、製造等方麵必須同時考慮的重要技術問題。可靠性的高低直接錶徵著産品質量的優劣，而環境對光電係統的可靠性具有重要的影響。因此，無論從光電科學與技術的發展，還是從光電産品質量、光電産業工程實際著眼，都可以看齣，軍、民用光電行業急需光電係統環境與可靠性工程技術的普及和深入。

然而，目前介紹電子係統可靠性和機械係統可靠性的書籍較多，其實際工程開展得也較多。相比較而言，由於光電係統牽涉光學、機械、電子、計算機軟硬件、控製等方麵的多學科內容，往往比較復雜，其可靠性從理論到實踐，都有待進一步廣泛而深入地研究，實際工程開展得也不夠。尤其是針對光電係統，把環境和可靠性結閤起來進行綜閤研究探討的書籍鮮少見到。國內高校為光電信息科學與工程專業本科生和光學工程專業研究生，很少開設“光電係統環境與可靠性工程技術”之類的專業課或選修課，也沒有為該專業課程編著相應的教材。這不僅與社會實際需求嚴重脫節，而且也與多年來國外許多高水平大學光電類工程專業普遍開設有此類課程而形成鮮明對比。為此，作者嘗試懷揣淺陋之見，基於多維度、大縱深、取材科研、源於工程、突齣重點、應用性強的齣發點，編著此書。

為此，本書以環境工程理論和可靠性工程理論為基礎，結閤光電係統技術，以及電子係統可靠性工程的相關理論和方法，較全麵地論述並研究瞭光電係統的環境因素與可靠性之間的多種關係，光電係統環境工程基礎、可靠性基礎、環境對係統可靠性的影響與抗惡劣環境設計、環境對光電係統性能的影響，以及光電係統可靠性設計、可靠性增長、可靠性管理、環境應力篩選與可靠性保證試驗、環境試驗、可靠性鑒定(驗收)試驗、可靠性評估、軟件可靠性及軟件測試等方麵的工程技術內容。由於環境與可靠性問題往往發端於軍事需求，軍事上對係統抗惡劣環境和可靠性提齣更高的要求，因此，本書對軍用光電係統環境與可靠性的問題及其實際解決途徑，也進行瞭一些涉及、探討與論述。

作者從20世紀90年初期開始，主持並參加瞭多項光電裝備(軍用光電裝備)的環境與可靠性科研工作，以及裝備軟件管理、軟件可靠性、軟件測試等工作。同時，還負責過多型光電裝備的設計、研製、內外場試驗等工作，長期親曆相關工程實踐。因此，本書融閤瞭基礎理論、實際工程以及作者的科研成果、經驗、心得體會，可作為高等院校光電信息科學與工程專業高年級本科生和光學工程專業研究生的教材，或相關專業的參考教材。也可供光電行業及其相關領域的科技人員和管理人員學習、參考、藉鑒。對於光電係統環境與可靠性的深入研究、工程實踐，提高光電係統的可靠性，具有重要的意義和作用。對盡快培養、形成大批高層次、綜閤性的技術與管理人纔，以及“新工科”課程建設的需要，將發揮積極的作用。

應該指齣的是，在成書過程中，還參考瞭許多文獻資料，在此對這些資料的作者錶示衷心的感謝。本書屬於多學科交叉著作，希望其齣版能起到拋磚引玉的作用。

由於作者水平和成書時間有限，技術、標準等內容發展較快，書中不足和錯誤之處在所難免，敬請讀者批評指正。

吳晗平2018年2月於武漢工程大學光電子係統技術研究所