大型复杂系统可靠性试验故障处理机制研究

1、大型复杂系统可靠性试验故障处理机制研究摘 要：在以往的内场试验中，仅根据GJB 899A-2009中关于故障的定义对硬件故障和软件导致的故障进行 处理。然而，随着装备技术的发展，大型复杂系统装备不再仅仅是硬件和软件两个方面的综合，还涉及人-机- 环境以及系统硬件与软件之间相互作用、相互影响带来的新的问题。首先，分析了大型复杂系统的特点，通过开展 大型复杂系统基于人-机-环交互影响分析，论述了大型复杂系统故障事件集合和传统的简单系统故障事件集合 的区别；然后，突破了国军标关于故障分类处理的限制，建立了基于人-机-环交互分析的故障处理机制；最后, 给出了工程实际案例，结果表明，该故障处理机制能够提

2、高装备的操作实效性，具有一定的工程实用价值。关键词：硬件故障；软件故障；大型复杂系统；人-机-环交互分析；故障处理机制Research on Fault Processing Mechanism of ReliabilityTest for Large -scale Complex SystemsAbstract: In the past infield tests, hardware faults and soft-induced faults are only dealt with according to the definition of faults in GJB 899A -200

3、9. However, with the development of the equipment technology, the large-scale complex system equipment is no longer only a combination of hardware and software, it also involves the new problems caused by the interaction between Human -Machine -Environment and the interaction between hardware and so

4、ftware. Firstly, the characteristics of large-scale complex system are analyzed, and the difference between large-scale complex system fault event set and traditional simple system fault event set is discussed based on the Human -Machine -Ring interaction impact analysis. Then, the limitation of fau

5、lt classification and treatment in nation military standard is broken through, and the fault handling mechanism based on Man -Machine -Loop interaction analysis is established. Finally, a practical engineering case is given. The results show that the fault handling mechanism can improve the operatio

6、n effectiveness of equipment and has certain practical value in engineering. Key words: hardware fault ； software -induced fault ； large -scale complex system ； Man 一 Machine- Environment interaction analysis ； fault handling mechanism0引言复杂系统科学是近年来备受关注的热点之一， 尤其是美国;塔菲研究所的创始人George Cowan ;这个问题提升到“21世纪

7、的科学”的高度以来, 复杂系统科学的研究热度与日俱增&随着科学技 术的发展，大型复杂系统装备不再仅仅是硬件和 软件两个方面的综合，还涉及人-机-环境以及系 统硬件与软件之间的相互作用、相互影响，系统 的可靠性表现出非单调性、多态性、相关性和随 机性等特征，由此也导致了一些特殊的可靠性问 题，例如：隐含相依性结构（如人机故障）、状态 依赖性（即事件影响与其发生时的过程、系统状 态及其持续事件有关）等7。根据GJB 450A-2004的要求，对于有可靠性 指标要求的产品，特别是任务关键的或新技术含 量较高的产品应按GJB 899A-2009进行可靠性鉴 定试验，验证产品的设计是否达到了规定的可靠

8、性要求&可靠性鉴定试验应尽可能地在较高层次 的产品上进行，以充分地考核接口情况，提高试 验结果的真实性网。若采用设备级进行试验，由 于设备层次低，可靠性指标高，不仅会造成试验 时间大大地延长，提高试验费用，而且无法再现 系统级装备真实的使用条件，影响了可靠性试验 评价的准确性&因此，大型复杂系统可靠性鉴定 试验应尽量地在较高层次的产品上进行，即以全 系统或紧缩系统进行&近年来，在大型复杂系统 可靠性试验技术方面已经开展了深入的研究，取 得了重要的研究成果冲，尽管如此，在故障处理 方面仍未充分地考虑大型复杂系统的特点&大型 复杂系统行为特征与传统的简单系统相比有很大 的不同，系统硬件配置、软件、

9、操作员行为以及 系统与环境之间的相互作用、相互影响都影响着 其可靠性，在可靠性工程实践中出现了 GJB 899A- 2009无法解决的新问题&因此，在GJB 899A-2009的基础上，针对复杂系统的新特征，研究故 障处理机制对于提高装备的可靠性、尽可能地达 到贴近实战考核的目的具有重大的意义&传统的基于GJB 899A-2009进行 故障处理的机制以往的可靠性鉴定试验仅根据GJB 899A-2009 中关于故障的定义进行故障处理&其中，非责任 故障包括：误操作引起的受试产品故障，试验设 施及测试仪表故障引起的受试产品故障，超出设 备工作极限的环境条件和工作条件引起的受试产 品故障，修复过程中

10、引入的故障，将有寿器件超 （使用使得该器件产生故障及其引发的从属故障& 责任故障包括：由于设计缺陷或制造工艺不良而 造成的故障，由于元器件潜在缺陷致使元器件失 效而造成的故障，由于软件引起的故障，间歇故 障，超出规范正常范围的调整，试验期间所有非 从属性故障原因引起的故障征兆造成的更换，无 法证实原因的异常孔依据GJB 899A-2009，需要进行分析处理的故 障仅包括硬件故障和软件导致的故障两类故障， 而针对大型复杂系统可靠性鉴定试验 中 可能 出 现 的人-机-环交互等问题处理机制却没有涉及&2基于人-机-环交互分析的故障处 理机制2.1大型复杂系统人-机-环交互影响分析本文通过建模来分析

11、大型复杂系统中人-机- 环的交互影响&建模示意图如图1所示，其中，P 代表人（即下文中的操作员），S代表系统，H代 表环境，P1代表人的生理因素，包括人的听觉特 性、视觉特性、速度、力量和动作频率等，P2代 表人的心理因素，包括注意力、记忆力、心理压 力和错觉等，S1代表系统硬件，S2代表系统软件，H1代表系统所处环境中的温湿度应力条件， H2代表系统所处环境中的振动应力条件，EP1、 EP2代表人的心理生理受影响的结果,ESI、ES2L 表系统出现的问题，EH1、EH2代表环境条件变化。 良影响有可能造成各种误操作，甚至导致系统故 障、任务失败等事故#由于复杂系统对操作员的 影响导致的硬件故

12、障、软件故障和软硬件交互故 障事件在这里分别用ESIP来表示#综上所述，大2.2基于人2.2基于人-机-环交互分析的故障处理机制型复杂系统由于人-机-环 交互影响产生的故障事件 集合包括（ES1IH，ES2IH， ES1S2IH，ESIP，而传统的 简单系统的故障事件集合 仅包括（ES1IH，ES2IH。本文建立了基于人- 机-环交互分析的大型复杂 系统故障处理机制#首先， 拓宽 了 GJB 899A-2009 中 关于故障的定义，增加了 软硬件交互故障及影响用 户体验的问题， 即 ES1S2IH 和 ESIP。 GJB 899A-2009 中规定，当受试产品出现 以下任何一种状态时，应 判定

13、受试产品出现故障， 即: 1） 在规定的条件下， 受试产品不能工作；2）在在指标论证和设计阶段，根据使用要求和使 用环境等依次确定系统可靠性目标、功能和结构 设计方案$在试验验证阶段，通过模拟实际使用 环境条件施加综合环境应力，大型复杂系统由于 硬件量庞大、软件密集复杂，在综合环境应力条 件下会出现软硬件交互作用导致的失效，例如: 一个硬件失效导致了一个元器件的散热不足，散 热不足导致了温度上升，温度上升更改了电路的 延迟时间，电路延迟时间的改变引起了数据冲突 最终导致了软件的失效$由于环境应力影响导致 的硬件故障、 软件故障和软硬件交互故障事件在 这里分别用ES1IH、ES2IH和ES1S2

14、IH来表示$大 型复杂系统还会出现一些例如错误弹框问题等， 会从视觉和心理上对操作员产生不良影响（即 EP1，EP2）,影响操作员的操作效率，造成用户体 验感不佳；在实际作战中，操作员需要监视的信 息多，并且又处于高度紧张的战斗状态，这些不 规定的条件下，受试产品的性能检测结果不能满 足规定要求；3）在试验过程中，受试产品的机 械、结构部件或元器件发生松动、破裂、断裂或 损坏。而对于大型复杂系统，软件和人机交互对 系统可靠性的影响不容忽视。因此，在试验实施 过程中，不仅仅需要关注产品性能或结构上的状 态，还需要关注软件故障及影响用户体验的问题。 然后，从人-机-环3个方面针对现象构建故障分 析

15、模型，通过各因素交互，形成故障分析样本。 最后，依次建立各样本的故障树，排查定位故障， 开展机理分析，制定纠正措施，并进行试验验证 和举一反三。3实际案例在已完成的某大型复杂任务系统可靠性鉴定 试验中，暴露了一系列的系统错误弹框问题，有 的弹框点击关闭后可正常操作，有的弹框问题点 击关闭/确定/取消按钮，系统会死机这些问题在 实战时会分散作战人员的注意力，挪动或关闭弹 框的多余操作会在一定程度上影响操作效率，导 致在分秒必争的作战中丧失有利机会和主动权; 在极度紧张的高压环境下，甚至会导致操作失误, 引起任务失败试验按照基于人-机-环交互分析 的故障处理机制，及时记录故障现象，针对故障 现象建立样本库和故障树，组织技术小组进行故 障定位分析和机理分析，通过采取纠正措施和试 验验证，避免在作战中系统错误弹框带来的多余 操作，提高了装备操作实效性4结束语大型复杂系统行为特征与传统的简单系统相 比有很大的不同，系统硬件配置、软件、操作员 行为以及系统与环境之间的相互作用、相互影响 都影响其