装备通用质量特性数字化设计仿真探讨与实践

0 引言

现代武器装备在设计使用过程中所体现的可靠性、维修性、保障性、测试性、安全性和环境适应性 （简称 “通用质量特性”）是衡量装备作战效能的重要指标，与装备的性能指标具有同等重要的地位 [1-2]。而目前装备的通用质量特性工作与装备研制单位的设计制造工作存在一定程度的脱节现象，尽管在开展通用质量特性工作的过程中编制了工作大纲和工作计划，并按照相关标准开展了通用质量特性工作项目研究，但通用质量特性的工程思想和技术尚未与产品的设计研制工作完全融合，仍然存在 “两张皮”的现象，难以使产品的 “六性”指标取得较大的提升。

目前，多数研制单位都构建了自己的数字化设计平台，包括建成的PDM系统、EDA工具和CAD工具等，但是，由于缺乏与之相融合的通用质量特性数字化设计仿真环境，使得数字化的设计环境在通用质量特性分析中无法体现出价值。通过构建装备通用质量特性数字化设计仿真环境，能够基于数字化模型，迭代、继承地开展通用质量特性设计分析，进而开展可靠性仿真验证、测试性仿真评估、安全性仿真评估和虚拟维修仿真等分析工作，有效地融合产品设计与通用质量特性分析工作。

1 装备通用质量特性数字化设计仿真的内涵

装备通用质量特性数字化设计仿真环境主要由通用质量特性综合管理、通用质量特性仿真和通用质量特性仿真验证3个部分的功能组成，如图1所示。

a）通用质量特性综合管理

2.4.2 自变量筛选。自变量筛选通过主成分分析法将变量分为5组，利用SPSS软件，采用逐步回归的方法进行筛选。根据变量准入方程的标准，逐步向方程中输送变量，根据“消元法”的标准淘汰不合格的变量。

通用质量特性综合管理系统，是整个数字环境运行的控制中心、基础，其主要的功能为整合通用质量特性资源，构建协同工作环境，实现3个层面的协同，包括RMS工作人员的协同、RMS工作项目的协同和RMS设计分析与型号研制的协同。

b）通用质量特性仿真

设计师使用EDA软件进行产品的电路设计、PCB设计后，基于这些设计数据，注入结构、材料等模型数据后，采用计算机模拟产品的热、机械、电子和电化学等局部应力，再结合材料和结构对应力的响应，快速、准确地定位产品的故障部位、故障机理和平均首次故障前时间，将后端物理试验及实际使用过程中将会出现的问题暴露在设计阶段，提高产品的固有可靠性，保证产品的使用可靠性，减少产品重复设计时间，降低产品设计成本和维护经费，具体的流程如图4所示。

c）通用质量特性仿真验证

通用质量特性的仿真分析主要定位于通用质量特性一体化仿真、各种设计特性的独立仿真分析、仿真试验和热、振动一体化仿真分析。通用质量特性设计与仿真覆盖装备的方案论证、工程研制、设计定型和使用全寿命周期过程中的通用质量特性设计与仿真需求。

通用质量特性仿真能够以仿真手段支撑系统在工程验证阶段开展通用质量特性的设计验证工作，真正地实现 “设计、验证、再设计”的产品设计理念，满足产品可靠性、安全性、测试性、软件可靠性和综合保障性的仿真验证工作的迫切需求，可以开展系统可靠性仿真、系统综合保障仿真、测试性建模、诊断策略仿真、健康实时预测、系统安全控制和人因及事故场景仿真等。

以地形图为基础，实地采集研究范围内建筑物层数、位置等数据，构建三维模型。实际情况中，观察城市天际线的视点是多方位的、动态化的，但考虑到城市建设发展的现实需要，无法将所有的视点位置——纳入考量。由于研究主要针对天际线本身的普遍特征，因此直接通过对三维模型立面的平行透视（图4），生成天津海河沿岸天际线轮廓（图5）。

通用质量特性仿真验证主要用于系统设计定型阶段开展验证分析，结合平台搭建的硬件试验环境来开展试验分析，支撑系统及未来新研系统的设计定型。

山西沿黄县市主要旅游资源的空间分布如图1、2所示，旅游景点沿黄河这条轴线广泛分布，但分布总体集中在运城地区和偏关、河曲一带，旅游资源分布的地理空间邻近性有利于统筹全域综合开发。

2 装备通用质量特性数字化设计仿真的实现

装备通用质量特性数字化设计仿真的实现需要依赖于产品的数字化设计过程，在获取产品数字化设计数据的基础上，通过构建一体化的模型，并在模型的基础上开展相应的仿真验证工作。其实现过程如图2所示，具体的步骤如下所述。

图1 装备通用质量特性数字化设计仿真环境

图2 通用质量特性数字化仿真的实现

a）产品数字化设计数据的提取

根据产品数字化设计软件 （如EDA、CAD等工具）生成的数字样机模型，提取数字化设计模型的数据，例如:原理图、电路板图等数据。

4）保障性设计分析及仿真

根据产品数字化设计软件提取的原理图、电路板图等数据，以及PDM系统的数据，建立产品的功能结构关系模型，并根据产品不同研制阶段所掌握的装备通用质量特性数据量，输入装备通用质量特性信息，建立一体化模型。

6.积极开发和优化个性化学习端口。现代的网络技术已经突破了过去个性化学习的概念局限，具备了全新的、更加灵活的内容和形式。目前，网络软件技术的便捷性使这种个性化学习得以实施，真正实现了“因材施教”。这种“个性化”不仅包括让学生自己决定学习的内容、时间和主题，实现真正的自主学习，还包括为学习者提供个性化的服务和指导，以学生为出发点，安排和组织学习资源，从学生本人的学习需求、学习兴趣出发，强调了学习者在教育中的主体地位，而不再是过去以教师为中心、以课堂为主阵地的传统学习方式。

根据一体化模型提供的数据，开展指标仿真论证、设计分析和仿真验证工作。例如:根据PDM系统的BOM信息，自动进行可靠性预计，并将预计结果反馈到PDM系统；根据EDA软件的电路图、电路板图等，建立测试性模型，并注入故障，进行测试性设计分析；根据EDA软件的电路图、电路板图数据，建立材料模型、工艺模型后，进行基于故障物理的可靠性仿真，预测寿命。

药学服务在癌痛患者门诊治疗中的作用——设组对比癌痛咨询与回访指导的效果…………………… 龚晓英，刘睿娟，虞 勋，等（3·238）

3 装备通用质量特性数字化设计仿真的应用

基于通用质量特性仿真环境下的系统工程框架，结合中电集团公司某研究所的实际需求，在分析其管理、设计和生产等流程的基础上，结合现有的设计系统、管理平台和物资系统，以CARMES7.0作为有力的推手，利用数字化和模型化手段，将企业架构、业务流程与过程、装备全寿命周期内的相关数据，以及制造、设计、试验、运行环境和运行状态等数据进行整合，构建统一的模型，最终形成通用质量特性数字设计平台，并取得初步的成效 [1-2]。具体的实现过程如下所述。

产品一体化模型是以产品数字化模型为基础，在此基础上，增加功能逻辑关系模型、通用质量特性信息，构建产品一体化模型；统一模型则主要基于产品数字化设计模型结合通用质量特性相关模型为知识提取、仿真分析等功能提供支撑，以模型作为支撑重点开展可靠性仿真、维修性仿真、测试性仿真分析和保障性仿真分析。

设计数据的提取，主要是从EDA系统、CAD系统和PDM系统等装备研发系统中提取产品的信息 （包括产品数字化模型，例如:电路板图、CAD数字样机模型等），以用于建立产品的一体化模型，如图3所示。

图3 获取设计数据

b）通用质量特性设计分析、仿真验证

a）设计数据的提取

1）可靠性仿真分析

相较于美国的资产评估管理是由政府所控制的，澳大利亚资产学会则不属于澳大利亚政府，实现了财政的自主化。澳大利亚各州依据自己所在州实际状况来制定相关资产评估法律规定和行业准则，所以澳大利亚资产评估学会会员多为个体而不是团体。

2）虚拟维修性仿真分析

通过本平台的建设，打通通用质量特性数字化设计仿真平台与CATIA等CAD软件的数据链条，建立基于数字化样机的虚拟维修分析环境。利用CATIA等软件建立数字化样机模型和人体模型，通过集成通用质量特性数字化设计仿真平台的维修性数据、可靠性数据，建立虚拟维修分析环境，开展维修可达性分析、维修序列分析、维修作业模拟分析和维修时间分析等，分析结果与通用质量特性数字化设计仿真平台的其他模块集成，实现数据的共享共用，以及维修性设计与结构设计的一体化，如图5所示。

3）基于数字化样机模型的测试性仿真分析

c）根据一体化模型，开展指标论证、设计分析和仿真验证工作

在数字化样机模型 （EDA设计生成的电路板图、原理图等）的基础上，通过本平台的一体化建模模块提供的一体化建模功能，增加通用质量特性信息而拓展形成测试性模型，实现产品测试性设计数据与产品设计数据的融合，确保测试性设计与产品功能研发和可靠性设计的一致性。基于扩展形成的测试性模型，可以进行测试性仿真分析。例如:根据图形化的测试性模型，设计师可在测试性模型中各层的故障传递关系模型上设置测试点或者测试项来分析和优化测试点的布局，测试点和测试项跟随测试性模型由组件-模块-分机-系统关系分层同步传递，通过模型来进行薄弱环节分析及产品模糊组分析，如图6所示 [5]。

图4 可靠性仿真

图5 维修性仿真

图6 测试性仿真

b）构建一体化模型

建成装备通用质量特性数字化设计平台后，可基于产品的设计数据，进行保障性分析和保障仿真，以及生成雷达装备所需的IETM数据。基于产品设计数据进行保障性仿真的过程图如图7所示，具体的流程如下所述。

（3）焊接技术措施 第一，控制错边量≤0.5mm，焊接前使用不锈钢专用砂轮片打磨清理坡口及两侧，并用丙酮进行清理，确保坡口及两侧50mm范围内清洁无污物。

首先，从PDM/EDA中导入装备设计信息、BOM表。根据所导入的PDM/EDA信息，建立产品树。导入产品树相关设备的可靠性设计分析数据，如可靠性预计数据。根据创建的产品树和导入的可靠性设计分析数据，开展综合保障分析，包括FMECA分析、RCMA、LORA、OMTA和备件分析等。通过分析得出关重件清单、预防性维修工作清单等分析结果。将上述保障性分析结果汇总，形成型号所需的初始保障方案和保障需求文档。

图7 基于产品设计数据进行保障性仿真

然后，基于初始保障方案 （可创建多个保障方案），使用保障方案建模工具，建立保障方案对应的模型，包括保障组织模型、保障系统模型等。运行保障方案仿真，依据可用度、费用等约束条件，进行保障方案的权衡分析。

1.22 纳入标准［5］ ①所有患者均以持续性上腹部疼痛合并恶心、呕吐为主要临床表现；②所有患者均符合中华医学会消化分会胰腺疾病学组所制定的急性胰腺炎相关诊断标准；③APACHEⅡ评分≤8分；④年龄≥65岁；⑤病程≤3 d；⑥临床病历资料完整。

为贯彻落实最严格水资源管理制度，水利部陈雷部长、胡四一副部长、李国英副部长分别对节水增粮行动项目水资源论证工作作出指示和要求，明确提出实施东北四省区节水增粮行动要把水资源作为项目实施的控制条件和前置条件，严格按照水资源论证结果选择项目区，实行“一票否决”制。为明确要求、规范操作，水利部水资源司专门印发了《关于做好东北四省区“节水增粮行动”水资源论证工作的通知》，组织制定了《东北四省区“节水增粮行动”项目水资源论证管理办法》，保障东北四省区节水增粮行动项目顺利实施。项目实施要以水资源支撑条件为基础，科学合理、实事求是地确定各项目区的发展目标，合理布局。

最后，根据保障性设计分析和保障方案仿真分析结果，通过与IETM的数据接口，自动将上述的分析结果转成IETM的过程类、定期维护类数据，形成出版材料。

通过为中电某所构建一个依托CARMES的通用质量特性仿真平台，有效地提高了其可靠性设计师参与产品设计的积极性，为通用质量特性指标的落实提供了积极的解决手段。

4 结束语

作为智慧院所建设的一个重要组成部分，以统一的模型为基础，装备通用质量特性仿真以系统工程的思想为指导，借助仿真的手段为六性系统工程与装备研发过程的进一步融合提供了契机。六性协同工作平台CARMES7.0能够作为构建通用质量特性仿真环境的有效支撑平台。该平台的部署，对于智慧院所的建设和六性工作的开展都有着积极的推动作用。

参考文献：

[1]杨为民，阮镰，屠庆慈.可靠性系统工程——理论与实践 [J].航空学报，1995，16（S1）:1-8.

[2]王靖，王禹.型号研制中的可靠性系统工程技术规范[J].航空制造技术，2008（20）:84-88.

[3]张剑伟.智慧院所环境下的 “六性”系统工程 [J].电子产品可靠性与环境试验，2017， 35 （3）:32.

[4]张三娣.工业和信息化部电子第五研究所发布六性协同工作平台CARMES 7.0版 [J].电子产品可靠性与环境试验， 2016， 34 （3）:32.

[5]韩志钢.装备测试性综合验证技术研究 [J].电子产品可靠性与环境试验，2016， 34 （2）:7-9.