前言

航天系統(tǒng)工程及其運(yùn)行始終是具有極高風(fēng)險的復(fù)雜工程。當(dāng)對復(fù)雜系統(tǒng)極限運(yùn)行條件的最大包絡(luò)、組合累計偏差和綜合不確定性的識別與控制不到位時，極易導(dǎo)致航天器性能裕度設(shè)計不足和關(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)計方法。它是一種非概率統(tǒng)計方法，用來分析影響系統(tǒng)功能的設(shè)計參數(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)計中，形成的電路可靠性分析方法。通過在設(shè)計限度內(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)計與可靠性薄弱環(huán)節(jié)，對電路是否發(fā)生漂移故障進(jìn)行預(yù)測，指出設(shè)計改進(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、容錯設(shè)計理念，是航天系統(tǒng)工程的一項重要技術(shù)內(nèi)容。該技術(shù)在我國航天領(lǐng)域起步于20世紀(jì)90年代，是國家軍用標(biāo)準(zhǔn)GJB 450A、航天行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QJ 1408A中規(guī)定的可靠性、安全性分析項目之一，在我國航天工程領(lǐng)域最早應(yīng)用于神舟載人飛船關(guān)鍵電子設(shè)備的可靠性與長壽命分析工作中。2005年，國軍標(biāo)GJB/Z 223—2005《最壞情況電路分析技術(shù)指南》發(fā)布實施，標(biāo)志著該技術(shù)成為裝備研制過程中的通用關(guān)鍵可靠性工作項目，開始在航天、航空、兵器、船舶、核工業(yè)等國防軍工領(lǐng)域成熟應(yīng)用和發(fā)展，先后在嫦娥月球探測器、北斗導(dǎo)航衛(wèi)星、載人空間站、新一代運(yùn)載火箭等多個航天重大工程、重點(diǎn)型號的關(guān)鍵分系統(tǒng)和單機(jī)上進(jìn)行了有效應(yīng)用，對復(fù)雜電路系統(tǒng)在“最壞情況”條件下的容差、容錯性能驗證、設(shè)計基線及裕度考核發(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)、知識積累和成果轉(zhuǎn)化過程中得到衍生和發(fā)展。2017年，中國航天標(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產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)WCCA軟件工具及國產(chǎn)核心元器件模型庫，標(biāo)志著我國WCCA技術(shù)在數(shù)據(jù)本土化、模型數(shù)字化和工具平臺化方面取得突破性進(jìn)展，為該技術(shù)穩(wěn)健可控發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ)。2019年，中國航天科技集團(tuán)有限公司發(fā)布實施了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，特別是對于軟硬件集成、多物理場耦合等新型系統(tǒng)的覆蓋，為航天工程系統(tǒng)設(shè)計人員開展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)了國內(nèi)外相關(guān)研究與應(yīng)用情況，試圖以工程實用性、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。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目管理，包括分析對象與承擔(dān)方的選擇、項目實施時機(jī)與計劃、項目實施中的協(xié)調(diào)與監(jiān)管、項目的效益、費(fèi)用和周期。第8章介紹了計算機(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)用中的兩個完整的型號應(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、分析報告樣式、參數(shù)數(shù)據(jù)庫以及分析用模型庫的構(gòu)建、管理與維護(hù)等，供工程應(yīng)用實踐參考。

本書由任立明、時曉東、張云中、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章由張云中、任立明負(fù)責(zé)，第3章由時曉東負(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章由時曉東、任立明負(fù)責(zé)，附錄A和附錄C由劉瑩瑩、張云中負(fù)責(zé)，附錄B、附錄D和附錄E由時曉東、曹鵬負(fù)責(zé)，參考文獻(xiàn)由陳皓、唐潮負(fù)責(zé)。張云中負(fù)責(zé)全書的校對工作，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、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鴻研究員等以專家身份提供了許多有價值的參考意見。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，中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院10所王斌研究員，中國空間技術(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值的修改意見。作為時任中國航天工業(yè)總公司質(zhì)量監(jiān)督局領(lǐng)導(dǎo)，兼任中國航天標(biāo)準(zhǔn)化研究所（現(xiàn)中國航天標(biāo)準(zhǔn)化與產(chǎn)品保證研究院）所長，他也是當(dāng)年研究和引進(jìn)WCCA技術(shù)軟件和數(shù)據(jù)庫，奠定該項技術(shù)國內(nèi)研究和應(yīng)用基礎(chǔ)的重要呼吁者、支持者和決策者。中國科學(xué)院院士、中國載人航天工程運(yùn)載火箭系統(tǒng)原總設(shè)計師劉竹生研究員，北斗三號全球衛(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本書的學(xué)術(shù)和工程價值給予高度評價，為本書出版出具了專家推薦意見，在此對前輩學(xué)者專家的鼓勵、支持和指導(dǎo)誠表謝意。

中國工程院院士、中國探月工程（一期）總指揮、國家航天局原局長、原國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、科學(xué)、精準(zhǔn)的大家風(fēng)范，激勵和鞭策本書主創(chuàng)團(tuán)隊再次審視全書，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)隊甚感榮耀，在此特別致謝。

限于時間倉促，水平有限，本書的疏漏在所難免，懇請讀者批評指正。

作者

2019年5月