复杂电子信息系统可靠性分析*

白 芳，赵亚维，周远远

(中国电子科技集团公司第二十八研究所， 江苏 南京 210007)

复杂电子信息系统可靠性分析*

白 芳，赵亚维，周远远

(中国电子科技集团公司第二十八研究所， 江苏 南京 210007)

机载救护设备电子信息系统具有设备种类多、数量多、耦合控制等特点，属于复杂电子信息系统。本文根据机载救护设备电子信息系统的可靠性要求，分析了系统组成与特点、寿命剖面、任务剖面以及单体设备可靠性指标。在此基础上进行了子系统和系统级别的可靠性建模与预计分析。计算结果表明，系统的设计及零部件选型可以满足可靠性要求。

机载医疗救护；电子信息系统；可靠性建模；可靠性预计

引 言

机载救护系统是指能够空中运送伤病员并在飞行中进行医疗护理的装备系统。早在1968年8月美国空军的C-9A医疗救护飞机开始就担负海外战区的航空医疗任务。目前多国正在积极研发、使用医疗飞机进行各种紧急救援，如：法国的EC-225型救护直升机、日本的BK117C-2中型多用途直升机、德军的A310-MRT和我国的“和平方舟”号国产新型医疗救护直升机等[1-2]。

然而大型运输机机载救援装备在国内暂时空白。如何灵活、机动、简易地实现众多医疗救护设备的集成，同时满足可靠性、维修性、安全性、电磁环境适用性等要求，是必须探讨的问题。机载救护设备电子信息系统具有设备种类多、数量多、耦合控制等特点，属于复杂电子信息系统，本文根据机载救护设备电子信息系统可靠性要求，以及复杂系统可靠性分析原理[3-9]，对机载救护设备电子信息系统进行可靠性建模与预计，并给出结论。

1 系统组成与特点

机载救护设备采用飞机平台机载技术形式，配有药品、医疗器械、呼吸器、吸引器、心脏监护除颤设备等多种医疗设备。主要用于地面手术和途中紧急救治，包括中、重症伤病员空运医疗后送和着陆后的现场救治能力。

机载救护设备电子信息系统按照功能划分包括：机上医疗信息综合管理子系统、视频监控子系统和机内通信子系统。医疗信息综合管理子系统保证伤员从登机空运至目的地期间所发生的医疗信息的数字化全过程管理，通过网络化的方式，实现整个机上期间发生的所有医疗过程的管理。视频监控子系统保证视频监控功能。机内通信子系统保证机内通话、机上与地面通讯、伤员呼叫和对讲功能。

2 可靠性要求

电子信息系统包括由电子信息设备类单机组成的系统和医疗电子设备，可靠性目标要求：电子信息设备类单机组成的系统的MTBF(平均故障间隔时间)≥700 h；医疗电子设备的MTBF≥350 h。

3 可靠性设计

3.1 寿命剖面

机载医疗救护设备寿命期事件包括：装卸、运输、储存、检测、维修部署、任务剖面等，机载医疗救护设备的寿命剖面如图1所示。

图1 系统寿命剖面示意图

3.2 任务剖面

图2为机载救护设备作业任务剖面的一般描述。

图2 系统任务剖面示意图

3.3 单体设备可靠性指标

系统涉及的主要单体设备包括医疗单体设备、机械机构设备和通讯电子设备等，作为可靠性设计和分析的重要基础。由于篇幅限制，表1列出部分设备设计和选购的可靠性指标。

表1 主要设备可靠性指标

3.4 可靠性建模

视频监控子系统由10个摄像头、多屏计算机和视频监控显示器组成，可靠性模型如图3所示。

图3 视频监控子系统可靠性模型

机内通信子系统包括对地通信和内部通信两部分，其中对地通信可以通过海事卫星电话和短波电台实现，可以看作是并联关系；内部通信子系统分为机组人员通信子系统、医护人员对讲系统和伤员呼叫系统，为串联关系。系统组成关系及可靠性模型如图4所示。

图4 机内通信子系统组成关系及可靠性模型

医疗信息管理子系统包括重症监护床子系统、辅助诊疗区医疗设备组和手术医疗设备子系统，其系统组成关系及可靠性模型如图5所示。

图5 医疗信息管理子系统组成关系及可靠性模型

电子信息系统由视频监控子系统、机内通信子系统、医疗信息管理子系统组成。根据子系统的串联模式，可以建立电子信息系统可靠性模型，考虑研制方对电子信息设备类单机组成的系统和医疗电子设备的可靠性有单独要求，因此，为了方便计算和校核，系统可靠性模型简化为图6所示。

图6 电子信息系统可靠性简化模型

3.5 可靠性预计

由可靠性理论可知，对于由相同设备构成的系统，串联模型可以看作是一个N/N的表决器模型，并联模型可以看作是一个1/N的表决器模型。

K/N表决器模型MTBF的计算公式为：

(1)

由不同设备构成的串联模型的MTBF的计算公式为：

(2)

对于由n个不同设备构成的并联模型的MTBF的计算公式为：

(3)

因此，视频监控子系统可靠性参数及相关计算如表2所示。

表2 视频监控子系统可靠性计算

机内通信子系统可靠性参数及相关计算如表3～表5所示。

表3 内部通信子系统可靠性计算

表4 对地通信子系统可靠性计算

表5 机内通信子系统可靠性计算

医疗电子设备组的任务可靠性公式：D=R+(1-R)M，其中R为固有可靠性，M为修复概率，取95%，医疗电子设备组的可靠性参数推导公式为λD=λ-LN(D/R)。因此，医疗信息管理子系统可靠性参数及相关计算如表6所示。

表6 医疗信息管理子系统可靠性计算

综合上述计算，电子信息系统可靠性为视频监控子系统、机内通信子系统和医疗信息管理子系统串联模型，系统可靠性为MTBF=1 498 h。

4 结束语

1)视频监控子系统的MTBF为3 704 h，满足可靠性指标“电子信息设备类单机组成的系统的MTBF≥700 h”。

2)机内通信子系统的MTBF为7 343 h，满足可靠性指标“电子信息设备类单机组成的系统的MTBF≥700 h”。

3)系统级的MTBF为1 498 h，满足可靠性指标“电子信息设备类单机组成的系统的MTBF≥700 h”。

由此可知，系统设计及零部件选型合理，可以满足可靠性要求。

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白 芳(1979-)，女，博士，工程师，主要研究方向为系统集成设计及健康管理研究。

赵亚维(1962-)，男，研究员高工，主要研究方向为军、民用机动式指控系统电子设备系统集成。

周远远(1977-)，男，高级工程师，主要研究方向为系统集成设计。

Reliability Analysis of Complicated Electronic Information System

BAI Fang，ZHAO Ya-wei，ZHOU Yuan-yuan

(The28thResearchInstituteofCETC,Nanjing210007,China)

Featured with many equipment types, large equipment quantity and coupling control, the electronic information system of aero-hospital medical rescue equipment belongs to complicated system. According to the reliability demands of the system, system constitution and characteristics, life section, mission section, reliability parameters of independent equipment are analyzed. Based on the analysis, the subsystem level and system level reliability modeling and prediction are built. Results show that the system design and the selection of parts and equipments can satisfy the reliability requirements.

aero medical rescue; electronic information system; reliability modeling; reliability prediction

2012-09-23

国家自然科学基金资助项目(61179058)

V37

A

1008-5300(2013)02-0037-03