QJ 3161-2002 地(舰)空导弹武器系统冗余设计指南

中华人民共和国航天行业标准FL1425QJ3161－2002地（舰）空导弹武器系统冗余设计指南Guidelineforredundancydesignofsurfacetoairmissileweaponsystem2003－02－01实施2001－11－20发布国防科学技术工业委员会发布QJ3161－2002目次前言.................................................................................................................................................................II1范围..............................................................................................................................................................12规范性引用文件..........................................................................................................................................13术语和定义..................................................................................................................................................14一般要求......................................................................................................................................................14.1冗余设计的目的.......................................................................................................................................14.2冗余设计应遵循的程序............................................................................................................................14.3冗余设计的一般原则................................................................................................................................15详细要求......................................................................................................................................................25.1冗余设计类型...........................................................................................................................................25.2冗余设计流程...........................................................................................................................................25.3冗余设计的任务.......................................................................................................................................25.4冗余设计方法...........................................................................................................................................55.5冗余设计分析...........................................................................................................................................85.6地（舰）空导弹武器系统中的冗余设计技术......................................................................................15附录A（资料性附录）冗余设计示例.........................................................................................................17IQJ3161－2002前言本指导性技术文件的附录A为资料性附录。本指导性技术文件由中国航天科工集团公司提出。本指导性技术文件由中国航天标准化研究所归口。本指导性技术文件起草单位：中国航天科工集团公司二部、中国航天标准化研究所。本指导性技术文件主要起草人：王振邦、金一平、伍平洋、谌琼。IIQJ3161－2002地（舰）空导弹武器系统冗余设计指南1范围本指导性技术文件规定了地（舰）空导弹武器系统冗余设计的一般原则和技术要求，并提供了可采用的工程方法、实施程序及应用示例。本指导性技术文件适用于地（舰）空导弹武器系统和设备的研制，其它航天产品可参照执行。2规范性引用文件下列文件中的条款通过本指导性技术文件的引用而成为本指导性技术文件的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包含勘误的内容）或修订版均不适用于本指导性技术文件，然而，鼓励根据本指导性技术文件达成协议的各方研究是否可使用这些文件的昀新版本。凡是不注日期的引用文件，其昀新版本适用于本指导性技术文件。GJB450装备研制与生产的可靠性通用大纲GJB451可靠性维修性术语GJB813可靠性模型的建立和可靠性预计GJB1391故障模式、影响及危害性分析程序3术语和定义GJB451确立的以及下列术语和定义适用于本指导性技术文件。3.1冗余redundancy产品中具有多于一种手段执行同一种规定功能。3.2工作冗余initiativeredundancy执行规定功能的所有手段同时处于工作状态。3.3非工作冗余（备用冗余）standbyredundancy执行规定功能的一部分手段处于工作状态而其余部分在需要之前处于不工作状态。4一般要求4.1冗余设计的目的在武器系统设计中应用不同形式的冗余和在系统中使用监控、调试、调整和故障维修等办法，以提高任务可靠性。4.2冗余设计应遵循的程序进行武器系统冗余设计时，应当遵循的程序是：明确系统可靠性、维修性和测试性要求；分析可利用的资源及保障条件；分析系统环境因素、环境条件；明确不确定因素的变化范围；进行可靠性预计及可靠性分析;确定可靠性薄弱环节及关键件；确定冗余等级、选定冗余类型；确定冗余配置方案；确定冗余管理方案等。4.3冗余设计的一般原则冗余设计一般应遵循以下原则：a）用冗余设计技术来提高系统的可靠性，要与性能、成本、体积、重量等进行综合权衡。重1QJ3161－2002要而失效率高的关键部位应优先考虑冗余设计。b）为提高系统的可靠性而采用冗余时，优先在低层次产品采用冗余设计。c）采用冗余设计可以提高任务可靠性，但又会降低系统的基本可靠性，系统冗余设计时必须权衡两方面要求，并应考虑构成冗余布局所需的转换器件、误差检测器和其它外部器件引起系统失效率的增加。d）冗余设计的工作状态一般应是可以检测的。e）冗余设计时，应根据冗余件的故障模式采用相应的冗余方式。5详细要求5.1冗余设计类型5.1.1概述冗余设计类型主要有以下几种：参数冗余、工作状态冗余、时间冗余、结构备份冗余、功能冗余和信息冗余。具体使用那一种冗余类型，应根据系统所使用的方案及其技术实现的可能性确定。5.1.2参数冗余在系统结构组成中，采用足够数量的设计参数可作为广义含义下的冗余，确保系统的可靠性。5.1.3工作状态冗余采用降额和环境防护设计，使武器系统和设备处于有利的工作状态之下，降低设备的故障率，提高武器系统的可靠性。5.1.4时间冗余利用时间中断和不同任务的时分算法，形成时间冗余，用以提高系统的可靠性。时间冗余可以用作计算校对，也可以用作一个同样的程序的多次计算。5.1.5结构备份冗余在备份系统中，一个或几个结构单元的失效不会导致系统失效。备份的方法有：a）固定备份：一个单元用几个相应的单元代替，它们可完成同一功能；b）逻辑网络的备份：逻辑网络的备份有下列类型：1）替代式备份；2）选择网络的备份（“表决”网络、选择网络）；3）带有恢复组合的备份；4）带有自动调整参数和系统设备功能重新分配的备份。5.1.6功能冗余在武器系统设计中，导弹采用多模导引头，使系统获得良好抗干扰能力，提高任务成功率。为了满足导弹空中点火可靠性要求，动力系统可采用导弹纵向过载控制、导弹转弯角度控制和计算机时间控制复式点火技术。5.1.7信息冗余在武器系统设计中，信息的测量常常采用多种方式。这些信息可来自不同的传感器，例如：武器系统的信息可来自雷达、红外探测器、电视等。这样不仅提高了测量精度，也为系统的控制功能可靠性的提高提供了基础。在计算机数字式的控制飞行中，不仅个别测量设备短暂故障、甚至整个测量设备短暂故障，仍可依“记忆”控制飞行。5.2冗余设计流程冗余设计一般按图1的流程进行。5.3冗余设计的任务5.3.1确定冗余等级根据任务可靠性、维修性与安全性要求以及可靠性分析与可靠性预计结果，确定冗余等级。2QJ3161－2002进行可靠性分析（如FMECA按GJB1391的规定执行），可靠性预计按GJB813的规定执行。定义系统明确系统可靠性、维修性和测试性要求分析可利用的资源及保障条件进行可靠性预计及可靠性分析;确定可靠性薄弱环节及关键件确定冗余等级、选定冗余类型确定冗余配置方案确定冗余管理方案确定冗余方案未通过进行冗余设计分析、改进冗余设计分析系统环境因素、环境条件；明确不确定因素的变化范围进行设计评审开始通过结束图1冗余设计流程图5.3.2选定冗余类型根据产品类型、约束条件和采用冗余的目的，确定采用冗余的类型。5.3.3确定冗余配置5.3.3.1冗余数的选择冗余数（部件级或整机级的）大多采用双冗余、三冗余及四冗余，少数也有采用五冗余或双－三冗余的。系统中各级部件的冗余数不一定相同。5.3.3.2表决／监控面的设置3QJ3161－2002冗余系统有时是采用多级多重冗余部件组成的，因此，存在着在哪一级或哪几级设置表决／监控面更合理的问题，一般设置原则为：a）满足系统可靠性指标要求。一般情况下，在低组装级别采用冗余比在高组装级别采用冗余对提高产品的可靠性更为有效。表决／监控面的设置正是将冗余