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标题 国外航电系统完整性标准的新发展及国内适用性分析
范文 朱晓飞等

摘要：本文描述了国外航空电子系统完整性标准的发展历程，分析了主要标准间技术内容的变更情况。同时针对最新的标准，从研制阶段和工作包层面，进行了标准的技术内容分析，并于国内工程实践进行了简要比对。
关键词：航空电子系统 完整性 标准
1.引言
“完整性（integrity）”本是一个常用词，但作为反映出设备质量特性的术语是出自美国空军。美国空军先在飞面机结构上应用完整性术语，提出了飞机结构完整性要求和制定了《飞机结构完整性要求》、《飞机结构完整性大纲》，并取得了显著成效。以后又不断地把完整性要求与完整性大纲的制定与实施应用于飞机发动机、电子设备、机械设备和软件等其他部分，同样取得了满意结果。
基于航空电子系统故障机理研究和多次事故的经验总结，美国从1980年起开始提出航空电子设备完整性大纲（AVIP）的概念，并于1988年将AVIP应用于全球定位系统的数模转换器、先进空中战术侦察系统、短距攻击导弹等多种新型航空电子系统的研制，同时在夜间地空导航和红外瞄准吊舱等改进改型项目中也得到应用，使这些航空电子设备的可靠性水平大幅提升，MTBF大幅攀升到2000h以上。在后续装备研制中，AVIP不断显现出其优势和作用。美国国防部于1991年出版的DODI 5000.2《国防采办管理政策和程序》中已明确指示，AVIP应与可靠性大纲并列，作为电子设备可靠性与耐久性设计的源文件。随后几十年AVIP相关标准一直在美军装备研制和使用的全寿命周期内发挥着重要作用。
2.国外航空电子完整性标准的发展历程
为保证AVIP的实施，美国于1986年7月发布了MIL-STD-1796-1986《航空电子系统完整性大纲（AVIP）》和MIL-A-87244《航空电子系统/设备完整性大纲要求》，1987年9月发布了修订版MIL-A-87244A，并于1989年替代MIL-A-87244和MIL-STD-1796-1986。本标准在使用9年后于1995年1月发布MIL-A-87244A作废通知单，规定有关航空电子设备完整性工作依据美国军用手册MIL-HDBK-87244《航空电子系统/设备完整性》实施。直到2011年，发布了新版的AVIP标准，该版本替代了原来要求较少的手册，再次成为了可引用为合同要求的标准。为与上版手册类标准区分，新版标准沿用了最初的MIL-STD-1796标准编号和名称， 即目前使用的MIL-STD-1796A-2011《航空电子系统完整性大纲（AVIP）》。
综合分析上述标准的使用情况，其中MIL-STD-1796-1986和MIL-A-87244-1986从发布到废止仅一年时间，技术内容和操作性都不成熟，可以看作是航空电子完整性的“萌芽”标准。而后面陆续发布的MIL-A-87244A-1987、MIL-HDBK-87244和MIL-STD-1796A标准可以看着是航空电子完整性“发展和成熟”的标准。特别是，MIL-A-87244A和 MIL-HDBK-87244《航空电子系统/设备完整性》两份标准支撑了美国航电系统完整性设计20年，可以比较完整的反映AVIP标准技术内容的发展情况。下面将重点对近期的两次更新换版内容进行分析，了解国外航电完整性技术的发展脉络。
2.1MIL-A-87244A到MIL-HDBK-87244，技术的跃升
与MIL-A-87244A相比，MIL-HDBK-87244更注重了AVIP伴随装备研制和使用的全寿命周期要求，技术内容更加系统和完善。同时补充了大量指导工业部门贯彻完整性要求的技术内容，大大提升了标准的可操作性。具体内容变化主要体现在以下四个方面。
a）MIL-HDBK-87244增加了三个附录，增强了标准的操作性
1）附录A“航空电子/电子设备完整性工作指南”，给出了航空电子/电子设备完整性工作的剪裁原则。该过程任务作为合同的一部分而提出，目的在于指导工业部门贯彻机载电子设备及地面电子设备研制中的完整性要求。
2）附录B“用户保障性要求的转换”给出了将典型用户保障性要求转换为完整性要求的方法。
3）附录C“航空电子/电子设备规范的样本”给出了航空电子/电子设备完整性过程性能要求的样本。该要求将被剪裁，并作为合同的一部分而提出，目的在于实施机载电子设备及地面电子设备的完整性要求。
b）MIL-HDBK-87244对完整性指标进行了调整，体现了完整性要求是在保证质量管理的前提下折中优化的设计思想
1）MIL-HDBK-87244的主要设计参数：经济寿命、关键的无故障工作时间（CFFOP）；MIL-A-87244的主要设计参数：经济寿命、无故障工作时间（FFOP）。MIL-HDBK-87244中将FFOP改为CFFOP，还增加了累计维修时间（CMB）和维修事件概率参数。该项要求旨在强调系统/设备在规定的时间内执行任务和（或）满足安全性要求的能力。
2）MIL-HDBK-87244的完整性要求包括“耐久性/经济寿命、用法要求、环境要求、保障性（含可靠性，维修性，诊断和测试性，元件、组件、设备对静电放电的敏感性，寿命期管理）”；MIL-A-87244A的完整性要求包括“使用寿命、设计用法、环境、材料、设计准则（包括边界和降额）、强度、耐久性和经济寿命、损伤容限、寿命期管理（包括维修、检查、测试和质量控制）”。MIL-HDBK-87244提出了保障性要求，取消了损伤容限要求，进一步体现了AVIP是全面质量管理的系统工程过程。
c）MIL-HDBK-87244将完整性扩展到装备全寿命周期，融入了系统工程的设计思想
MIL-HDBK-87244规定的AVIP贯穿于整个寿命周期，附录A有各阶段工作重点，是系统工程的组成部分；MIL-A-87244规定的AVIP主要适用于工程研制阶段。
2.2MIL-HDBK-87244到MIL-STD-1796A-2011，理念的转变
MIL-HDBK-87244作为一类填空式的指导性手册，是上世纪九十年代美军标改革的产物，当时美军标编制了一批系统级填空式规范（含有大量工程经验总结），旨在指导下级规范的编制和技术人员设计。而进入二十一世纪，美军标政策突出了“抓两头，放中间”思想，即控制产品性能和验证，提高产品研制过程的自由度。在此背景下，MIL-STD-1796A-2011替代MIL-HDBK-87244，成为航电完整性要求的主要标准。与MIL-HDBK-87244相比，MIL-STD-1796A-2011更多的是站在用户采办角度，提出了贯彻完整性要求的工作管理规定，而对于工业部门在设计中如何贯彻完整性要求并没有给出具体的指导。下面章节将对MIL-STD-1796A-2011的主要技术内容进行简要介绍。
3. MIL-STD-1796A-2011标准简介
MIL-STD-1796A-2011核心内容是将航电系统/设备完整性大纲设计的整个过程划分为五个阶段（设计信息阶段、初步规划与设计阶段、设计与制造开发阶段、验证与生产阶段、部队管理阶段），各阶段按八个工作包（规划与协调、确立设计标准、明确环境特点、明确材料和构件特点、确认与跟踪关键设备/功能、分析、测试与验证、寿命管理）提出贯彻完整性要求的过程控制和管理工作。MIL-STD-1796A-2011划分的五阶段工作主要内容为：
a）第1阶段——设计信息阶段
按MIL-STD-1796A《航空电子设备完整性大纲》的规定，“第1阶段——设计信息阶段”主要进行的工作包括明确基本设计信息的工作。这些设计信息包括作战要求、维护构想、任务情况、任务环境、设计寿命和使用限制。第1阶段规定了在启动正式开发合同前必须提供的数据。这些情况可能是材料解决方案分析、构想/技术开发计划、用户要求开发、建议要求开发、提供者的建议开发或合同谈判的结果。以上“材料解决方案分析、构想/技术开发计划、用户要求开发、建议要求开发”等工作内容对应于国内《立项论证报告》的研制过程，通过上述工作内容对应分析可以看出，第1阶段——设计信息阶段主要对应与国内的立项论证阶段。
b）第2阶段——初步规划与设计阶段
按MIL-STD-1796A《航空电子设备完整性大纲》的规定，“第2阶段——初步规划与设计阶段”主要进行的工作包括合同发包和初期设计审查（或同等项目活动/里程碑）之间出现的所有任务，具体包括明确完整性要求并分解到二级承包商，确定设备的环境级别，对技术风险较高的产品开展开发测试，开展“故障模式、效果和关键性级别（FMECA）”分析。通过上述工作内容可以看出，第2阶段基本与国内装备研制中方案设计阶段的“初步设计阶段”一致，但 “故障模式、效果和关键性级别（FMECA）”分析工作项在国内是工程研制阶段的“详细设计阶段”开展，该项工作的时间安排在国内应用时应予以关注。
c）第3阶段——设计与制造开发阶段
按MIL-STD-1796A《航空电子设备完整性大纲》的规定，“第3阶段——设计与制造开发阶段” 主要进行的工作包括“初步设计审查（PDR）”和“关键设计审查（CDR）”之间出现的任何工作，包括详细设计、制造方法开发、最终专业研究、分析和原型机测试。经分析该处所指的原型机主要对应国内的原理样机和C型件。该阶段的主要任务是结合设计和测试产生的实际数据，对完整性要求进行修改并分配给二级承包商。通过上述工作内容可以看出，第3阶段基本与国内装备研制中方案设计阶段的“详细初步设计阶段”和工程研制阶段的“详细设计阶段”一致。
d）第4阶段——验证与生产阶段
按MIL-STD-1796A《航空电子设备完整性大纲》的规定，“第4阶段——验证与生产阶段” 主要进行的工作包括测试、检查、分析，以确认被许可的航电设计达到了完整性要求，上述工作与制造和质量完整性大纲的工作联合实施，以便确保生产质量。该阶段主要完成的测试工作为环境和电磁兼容性试验、耐久性验证、实验室系统综合试验、机上地面测试和飞行测试，以便验证完整性要求——包括故障影响测试。根据以上测试内容可以推断出该阶段主要对于国内的工程研制阶段的“样机试制和地面试验”、“首飞和调整试飞”和设计定型阶段的“试验基地试飞”等工作阶段。
e）第5阶段——部队管理（作战）阶段
按MIL-STD-1796A《航空电子设备完整性大纲》的规定，“第5阶段——部队管理（作战）阶段” 主要进行的工作包括保存支持战场系统所必须的数据和程序。上述工作的责任主体已从主开发承包商转移到主管的空军后勤中心或其他支持承包商来完成。就航电设备而言，它包括跟踪寿命受限的设备和关键部件或功能的维护标准及程序。同时视具体情况，可能还涉及航电设备的重新设计或更换工作。分析上述工作内容国内对应的研制阶段基本为设计定型阶段的“部队试验（试飞）”、生产定型阶段以及装备交付后的部队使用期。
另外，按MIL-STD-1796A的规定，五阶段中八个工作包的主要工作内容如下表所示。
通过对上表可以看出，各阶段工作包内容主要规定确定顶层要求、开展相关分析、试验等工作安排，国内武器装备研制中基本涵盖了上述工作。但在“明确材料和构件特点”工作包中涉及到的无铅电子设备的风险评估和缓解工作在国内还未开战国相关工作。国内武器装备中部分处理芯片、板卡等电子产品仍采用国外采购的方式，对于外购的无铅电子产品的评估测试工作应列入产品研制的工作项中，以满足完整性的要求。
4.结束语
本论文介绍了完整性的基本概念，描述了国外航空电子系统完整性标准的发展历程，分析了主要标准间技术内容的变更情况。同时针对最新的标准，从研制阶段和工作包层面，进行了标准的技术内容分析，并于国内工程实践进行了简要比对。
通过本文的分析，我们可以看出，国外在武器装备研制中推行航空电子完整性要求可在产品的可靠性、维修性、成本控制等方面取得明显成效，在国内推行航空电子完整性标准具有非常广阔的应用前景。同时最新的MIL-STD-1796A《航空电子设备完整性大纲》标准，与我国的装备研制具有较高的契合度，在后续国内相关标准编制和工程研制中具有重要的参考价值。
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更新时间：2025/2/6 1:48:44