前言

航天系統(tǒng)工程及其運(yùn)行始終是具有極高風(fēng)險(xiǎn)的復(fù)雜工程。當(dāng)對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)極限運(yùn)行條件的最大包絡(luò)、組合累計(jì)偏差和綜合不確定性的識(shí)別與控制不到位時(shí)，極易導(dǎo)致航天器性能裕度設(shè)計(jì)不足和關(guān)鍵參數(shù)超差，進(jìn)而造成航天器在軌性能異常、壽命嚴(yán)重衰減甚至任務(wù)失敗。

最壞情況法是一種按照不常發(fā)生的最壞使用條件的組合為基礎(chǔ)，進(jìn)行確保系統(tǒng)可靠性要求的設(shè)計(jì)方法。它是一種非概率統(tǒng)計(jì)方法，用來分析影響系統(tǒng)功能的設(shè)計(jì)參數(shù)和各種內(nèi)、外影響因素處于最壞組合的情況下，系統(tǒng)的功能是否還滿足應(yīng)用要求。

最壞情況電路分析（Worst Case Circuit Analysis，WCCA）技術(shù)是將最壞情況法應(yīng)用于電路設(shè)計(jì)中，形成的電路可靠性分析方法。通過在設(shè)計(jì)限度內(nèi)分析電路所經(jīng)歷的環(huán)境變化、參數(shù)漂移及輸入漂移出現(xiàn)的極端情況及其組合，開展電路性能分析和元器件應(yīng)力分析，識(shí)別影響電路性能及元器件應(yīng)力的主要因素，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)與可靠性薄弱環(huán)節(jié)，對(duì)電路是否發(fā)生漂移故障進(jìn)行預(yù)測(cè)，指出設(shè)計(jì)改進(jìn)方向，以提高電路的固有可靠性。

面向航天電子系統(tǒng)的WCCA技術(shù)呼應(yīng)了航天工程系統(tǒng)高可靠、高安全、容差、容錯(cuò)設(shè)計(jì)理念，是航天系統(tǒng)工程的一項(xiàng)重要技術(shù)內(nèi)容。該技術(shù)在我國(guó)航天領(lǐng)域起步于20世紀(jì)90年代，是國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)GJB 450A、航天行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QJ 1408A中規(guī)定的可靠性、安全性分析項(xiàng)目之一，在我國(guó)航天工程領(lǐng)域最早應(yīng)用于神舟載人飛船關(guān)鍵電子設(shè)備的可靠性與長(zhǎng)壽命分析工作中。2005年，國(guó)軍標(biāo)GJB/Z 223—2005《最壞情況電路分析技術(shù)指南》發(fā)布實(shí)施，標(biāo)志著該技術(shù)成為裝備研制過程中的通用關(guān)鍵可靠性工作項(xiàng)目，開始在航天、航空、兵器、船舶、核工業(yè)等國(guó)防軍工領(lǐng)域成熟應(yīng)用和發(fā)展，先后在嫦娥月球探測(cè)器、北斗導(dǎo)航衛(wèi)星、載人空間站、新一代運(yùn)載火箭等多個(gè)航天重大工程、重點(diǎn)型號(hào)的關(guān)鍵分系統(tǒng)和單機(jī)上進(jìn)行了有效應(yīng)用，對(duì)復(fù)雜電路系統(tǒng)在“最壞情況”條件下的容差、容錯(cuò)性能驗(yàn)證、設(shè)計(jì)基線及裕度考核發(fā)揮了重要的靠前把關(guān)作用。

當(dāng)前，我國(guó)航天事業(yè)已進(jìn)入高速發(fā)展期，高質(zhì)量、高效率、高效益的型號(hào)研制離不開可靠性、安全性等通用性、基礎(chǔ)性技術(shù)的保障和支撐。以WCCA技術(shù)為代表的一大批可靠性分析技術(shù)也在持續(xù)的自主創(chuàng)新、技術(shù)攻關(guān)、知識(shí)積累和成果轉(zhuǎn)化過程中得到衍生和發(fā)展。2017年，中國(guó)航天標(biāo)準(zhǔn)化與產(chǎn)品保證研究院發(fā)布了具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國(guó)產(chǎn)WCCA軟件工具及國(guó)產(chǎn)核心元器件模型庫(kù)，標(biāo)志著我國(guó)WCCA技術(shù)在數(shù)據(jù)本土化、模型數(shù)字化和工具平臺(tái)化方面取得突破性進(jìn)展，為該技術(shù)穩(wěn)健可控發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。2019年，中國(guó)航天科技集團(tuán)有限公司發(fā)布實(shí)施了Q/QJA 721—2019《航天電子產(chǎn)品最壞情況電路分析指南》標(biāo)準(zhǔn)，在進(jìn)一步明確分析對(duì)象、擴(kuò)充分析方法、降低技術(shù)使用門檻的基礎(chǔ)上，有效提高了該技術(shù)的產(chǎn)品通用性和工程適用性，特別是對(duì)于軟硬件集成、多物理場(chǎng)耦合等新型系統(tǒng)的覆蓋，為航天工程系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員開展WCCA自主分析、自我保證提供了重要依據(jù)。

在WCCA技術(shù)在國(guó)內(nèi)軍工行業(yè)得到大力推廣和廣泛應(yīng)用的今天，本書總結(jié)了國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究與應(yīng)用情況，試圖以工程實(shí)用性、有效性為出發(fā)點(diǎn)，比較系統(tǒng)、全面地介紹最壞情況電路分析技術(shù)的原理、方法、流程、工具、項(xiàng)目管理以及工程應(yīng)用案例，其目的是為讀者開展最壞情況電路分析提供一本實(shí)用指南。

全書共10章。第1章概述了最壞情況電路分析技術(shù)的背景與現(xiàn)狀、最壞情況電路分析的要點(diǎn)與應(yīng)用趨勢(shì)。第2 章介紹最壞情況電路分析技術(shù)的主要方法，包括靈敏度分析、元器件應(yīng)力分析、極值分析、平方根分析以及蒙特卡羅分析方法。第3章介紹了最壞情況電路分析技術(shù)流程，包括數(shù)據(jù)要求、電路分割與功能模塊劃分、關(guān)鍵性能參數(shù)確定、性能影響因素分析、最壞情況邊界確定、電路建模與仿真分析、最壞情況電路分析內(nèi)容與流程等內(nèi)容。第4章介紹了模擬電路最壞情況分析的基本技術(shù)方法，包括關(guān)鍵性能參數(shù)確定與影響因素、模擬電路分析的主要內(nèi)容以及應(yīng)用示例。第5章介紹了數(shù)字電路最壞情況分析，包括關(guān)鍵性能參數(shù)確定、主要分析內(nèi)容與方法。第6章介紹了數(shù)�；旌想娐纷顗那闆r分析方法，包括仿真建模技術(shù)、混合電路分析方法及應(yīng)用示例。第7章介紹了最壞情況電路分析項(xiàng)目管理，包括分析對(duì)象與承擔(dān)方的選擇、項(xiàng)目實(shí)施時(shí)機(jī)與計(jì)劃、項(xiàng)目實(shí)施中的協(xié)調(diào)與監(jiān)管、項(xiàng)目的效益、費(fèi)用和周期。第8章介紹了計(jì)算機(jī)輔助最壞情況電路分析，包括軟件介紹、軟件工具的比較和應(yīng)用的功能特點(diǎn)。第9章介紹了最壞情況電路分析案例，比較詳細(xì)地介紹了工程應(yīng)用中的兩個(gè)完整的型號(hào)應(yīng)用分析情況。第10章介紹了最壞情況電路分析技術(shù)展望，涉及軟硬件協(xié)同的最壞情況驗(yàn)證技術(shù)、機(jī)電一體化最壞情況分析技術(shù)以及多物理場(chǎng)耦合最壞情況分析技術(shù)。

書末附錄A、B、C、D、E分別給出了最壞情況電路分析任務(wù)書、輸入數(shù)據(jù)要求、分析報(bào)告樣式、參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)以及分析用模型庫(kù)的構(gòu)建、管理與維護(hù)等，供工程應(yīng)用實(shí)踐參考。

本書由任立明、時(shí)曉東、張?jiān)浦�、曹鵬合著，并負(fù)責(zé)全書內(nèi)容、風(fēng)格的策劃和最終統(tǒng)稿工作。全書寫作和修改分工如下：第1章由任立明負(fù)責(zé)，第2章由張?jiān)浦小⑷瘟⒚髫?fù)責(zé)，第3章由時(shí)曉東負(fù)責(zé)，第4章由曹鵬、張亮負(fù)責(zé)，第5章由楊奇開、程海龍負(fù)責(zé)，第6章由靳捷、周海京負(fù)責(zé)，第7章由許皓、李福秋負(fù)責(zé)，第8章由陳皓、李孝鵬負(fù)責(zé)，第9章由王志慧、唐潮負(fù)責(zé)，第10章由時(shí)曉東、任立明負(fù)責(zé)，附錄A和附錄C由劉瑩瑩、張?jiān)浦胸?fù)責(zé)，附錄B、附錄D和附錄E由時(shí)曉東、曹鵬負(fù)責(zé)，參考文獻(xiàn)由陳皓、唐潮負(fù)責(zé)。張?jiān)浦胸?fù)責(zé)全書的校對(duì)工作，并繪制了第5章的全部圖表。

在本書寫作過程中，得到中國(guó)航天標(biāo)準(zhǔn)化與產(chǎn)品保證研究院相關(guān)單位領(lǐng)導(dǎo)和專家的大力支持，卿壽松院長(zhǎng)、陳鳳熹總工程師、鄭恒副總工程師、科技委李祚東副主任以及航天通信中心顧長(zhǎng)鴻研究員等以專家身份提供了許多有價(jià)值的參考意見。可靠性研究所、元器件研究所、產(chǎn)品工程研究所、試驗(yàn)技術(shù)研究所很多同志為本書做了大量的圖表繪制、電子文檔錄入等方面的工作。同時(shí)，中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院10所王斌研究員，中國(guó)空間技術(shù)研究院502所劉波研究員、魯明研究員、張寧高工等對(duì)本書寫作給予了鼎力配合，在此一并表示衷心感謝。

在書稿審閱過程中，朱明讓研究員提出了大量有價(jià)值的修改意見。作為時(shí)任中國(guó)航天工業(yè)總公司質(zhì)量監(jiān)督局領(lǐng)導(dǎo)，兼任中國(guó)航天標(biāo)準(zhǔn)化研究所（現(xiàn)中國(guó)航天標(biāo)準(zhǔn)化與產(chǎn)品保證研究院）所長(zhǎng)，他也是當(dāng)年研究和引進(jìn)WCCA技術(shù)軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)，奠定該項(xiàng)技術(shù)國(guó)內(nèi)研究和應(yīng)用基礎(chǔ)的重要呼吁者、支持者和決策者。中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)載人航天工程運(yùn)載火箭系統(tǒng)原總設(shè)計(jì)師劉竹生研究員，北斗三號(hào)全球衛(wèi)星導(dǎo)航工程副總師謝軍研究員應(yīng)邀參加了書稿審閱，從工程專家的視角對(duì)本書的學(xué)術(shù)和工程價(jià)值給予高度評(píng)價(jià)，為本書出版出具了專家推薦意見，在此對(duì)前輩學(xué)者專家的鼓勵(lì)、支持和指導(dǎo)誠(chéng)表謝意。

中國(guó)工程院院士、中國(guó)探月工程（一期）總指揮、國(guó)家航天局原局長(zhǎng)、原國(guó)防科工局科技委主任欒恩杰院士認(rèn)真審閱了全書文稿，就全書定位、章節(jié)安排和諸多技術(shù)細(xì)節(jié)反饋了大量真知灼見，以嚴(yán)謹(jǐn)、務(wù)實(shí)、科學(xué)、精準(zhǔn)的大家風(fēng)范，激勵(lì)和鞭策本書主創(chuàng)團(tuán)隊(duì)再次審視全書，并大篇幅修改完善，有力提升了全書的質(zhì)量和學(xué)術(shù)、工程價(jià)值。經(jīng)認(rèn)真審閱全書修改稿后，欒恩杰院士欣然為本書作序，本書主創(chuàng)團(tuán)隊(duì)甚感榮耀，在此特別致謝。

限于時(shí)間倉(cāng)促，水平有限，本書的疏漏在所難免，懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正。

作者

2019年5月