基于艦船電子設(shè)備的維修性分析與驗證

吳凌華，代 睿

基于艦船電子設(shè)備的維修性分析與驗證

吳凌華，代 睿

（海軍裝備部）

艦船電子設(shè)備在作戰(zhàn)中具有重要的作用，對艦船電子設(shè)備的維修性設(shè)計進(jìn)行分析，及時將維修性設(shè)計和驗證相結(jié)合，提高艦船電子設(shè)備的維修性水平。對艦船電子設(shè)備的維修性設(shè)計進(jìn)行分析和闡述，之后提出一套維修性驗證程序。為艦船電子設(shè)備的維修性驗證提供了新的思路。

維修性設(shè)計；維修性驗證；艦船電子設(shè)備

0 引言

維修性作為裝備的通用質(zhì)量特性，能夠?qū)ρb備是否方便、快速、經(jīng)濟(jì)地完成維修工作進(jìn)行清晰地表征，通常與可靠性、測試性、保障性一起進(jìn)行分析，因此可以從維修性方向?qū)υO(shè)備進(jìn)行約束，避免維修性成為限制設(shè)備性能提升的因素。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，武器裝備的性能得到提升，技術(shù)復(fù)雜性也越來越高，對故障診斷、故障排查、維修工作都提出了更高、更新、更嚴(yán)的要求。因此，如何提高大型武器裝備的維修性水平，是所有武器裝備研制方、使用方共同關(guān)注的問題[1]。

電子設(shè)備在多種大型復(fù)雜系統(tǒng)中都發(fā)揮著關(guān)鍵作用，尤其在船舶中占據(jù)了較大比例，船舶上的大型武器裝備如雷達(dá)、控制臺等都是由艦船電子設(shè)備構(gòu)成的。因此，在復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境下，使艦船電子設(shè)備具備良好的維修性，對整個作戰(zhàn)預(yù)警系統(tǒng)都極為重要。同時還能夠較好地利用維修保障資源，降低整個壽命周期的維修保障成本，從而提高設(shè)備整體的綜合保障能力。因此，如何對艦船電子設(shè)備的維修性工作進(jìn)行評估，從而提高整個艦船電子設(shè)備的維修性水平，已成為艦船電子設(shè)備研制方和使用方共同面臨的問題。針對上述情況，本文從使用者的角度出發(fā)，提出了一種綜合驗證艦船電子設(shè)備維修性的方法[2]。

1 維修性設(shè)計

在艦船電子設(shè)備的早期論證階段和工程研制階段，對維修性的評估工作主要基于維修性設(shè)計和維修性預(yù)計。通過維修性設(shè)計和預(yù)計工作，可對雷達(dá)裝備的維修性能力進(jìn)行一個初步的評估。

1.1 維修性設(shè)計

艦船電子設(shè)備在系統(tǒng)的總體設(shè)計、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計中需同步進(jìn)行維修性設(shè)計工作，確保系統(tǒng)易檢測、易診斷、易修理，縮短維修時間，提高系統(tǒng)的維修性和可用度。維修性設(shè)計的主要內(nèi)容有：

1）應(yīng)對艦船電子設(shè)備的各個模塊進(jìn)行合理結(jié)構(gòu)布局，部分部件故障率較高，部分部件需要較大的維修空間才能夠進(jìn)行維修，對這類部件，在安排結(jié)構(gòu)布局時，應(yīng)將它們布置在人工容易達(dá)到的位置，并保留足夠的維修操作空間，留存適當(dāng)?shù)目梢暱臻g，使維修人員能夠方便操作。以不影響或者少影響其余未發(fā)生故障的可更換單元為目標(biāo)，確保每個部件的檢查和測試點都布置在合適的位置。對于不具備自檢的可更換單元，還需將人工檢測口布置在該可更換單元的附近。

2）應(yīng)對艦船電子設(shè)備采取模塊化、互換性和標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計。艦船電子設(shè)備采用模塊化設(shè)計，做到外場維修以更換航線可更換單元（Line Replaceable Unit，LRU）方式進(jìn)行，內(nèi)場維修以更換車間可更換單元（Shop Replaceable Unit，SRU）進(jìn)行維修，廠級維修更換SRU和元器件；設(shè)計的模塊可以不受其余模塊的影響，進(jìn)行調(diào)試和生產(chǎn)，更換時直接固定，無需調(diào)整；提高標(biāo)準(zhǔn)化、互換性程度；為了提高產(chǎn)品的維修效率，通過簡化工作流程，連接件、緊固件、元器件等盡量使用相同類型的元器件，最大程度地減少了零件、部件和組件的種類，從而提高維修效率；要求艦船電子設(shè)備中數(shù)量較大又容易損壞的模塊、組件必須具有良好的互換性和通用性，并準(zhǔn)備好備件進(jìn)行更換；優(yōu)選標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品；產(chǎn)品需做某些更改或改進(jìn)時，要盡量做到新老產(chǎn)品之間能夠互換使用[3]。

3）防插錯措施也應(yīng)應(yīng)用于艦船電子設(shè)備的維修性設(shè)計中。人工操作時，無法保證百分之百的投入與準(zhǔn)確性，因此可以在設(shè)計中采取一些措施降低人為犯錯的概率，降低其嚴(yán)重性，并能立即發(fā)覺和糾正；產(chǎn)品的內(nèi)部印制板與插槽上應(yīng)印有隸屬號以防插錯，對外連接的插座應(yīng)分別有大、小、針、孔等防插錯措施；對設(shè)備進(jìn)行標(biāo)記時，需選擇合適的位置，并選用合適清晰的字體和標(biāo)識；對產(chǎn)品進(jìn)行銘牌設(shè)計時，標(biāo)出型號、制造單位、批號、編號和出廠時間等；本產(chǎn)品中所有的標(biāo)志都按規(guī)范制作，大小、位置適當(dāng)，鮮明醒目。所使用的銘牌和標(biāo)志需具備良好的可靠性，保證在設(shè)備壽命周期內(nèi)長期有效。銘牌示例如圖1所示。

圖1 銘牌示例圖

此外，還應(yīng)建立設(shè)備的維修時間模型。艦船電子設(shè)備常常采用串聯(lián)作業(yè)模型，拆裝流程圖如圖2所示。

圖2 拆裝流程圖

在以上維修性設(shè)計的基礎(chǔ)上，還應(yīng)注意維修的安全性。維修安全性是指避免維修人員傷亡或產(chǎn)品損壞的一種設(shè)計特性。應(yīng)注意：防機(jī)械損傷，防電擊，防高溫，防火、防爆、防化學(xué)毒害、侵蝕等，防核事故[4]。

1.2 維修性預(yù)計

為了驗證維修性設(shè)計是否有效，雷達(dá)裝備需要規(guī)定一些定量指標(biāo)。在艦船電子設(shè)備的設(shè)計階段，一般會對艦船電子設(shè)備的電氣故障平均修復(fù)時間進(jìn)行規(guī)定。在具體的設(shè)計過程中，可以對電氣故障平均修復(fù)時間進(jìn)行預(yù)計，該平均修復(fù)時間可以綜合體現(xiàn)整個設(shè)備的維修性設(shè)計水平。因此，可通過對電氣故障平均修復(fù)時間進(jìn)行評估，來了解該艦船電子設(shè)備的維修性設(shè)計情況。

根據(jù)艦船電子設(shè)備的研制總要求，會對艦船電子設(shè)備整機(jī)系統(tǒng)的電氣故障平均修復(fù)時間的規(guī)定值進(jìn)行要求，在整機(jī)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，在艦船電子設(shè)備的研制階段，將對各個分系統(tǒng)進(jìn)行維修性分配和預(yù)計，常常采用等分配法對各個分系統(tǒng)的電氣故障平均修復(fù)時間進(jìn)行分配，這樣可以保證各個分系統(tǒng)的維修性水平較平均，不存在短板[5]。

各分系統(tǒng)將根據(jù)各自分系統(tǒng)的特點進(jìn)行維修性預(yù)計。將艦船電子設(shè)備的分系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步的劃分，獲得各分系統(tǒng)的外場可更換單元，對各個LRU進(jìn)行維修性預(yù)計。進(jìn)而獲得各分系統(tǒng)的維修性指標(biāo)預(yù)計值，對艦船電子設(shè)備的維修性能力獲得一個基本評估，繼而開展后續(xù)通過試驗進(jìn)行的維修性評估工作。

2 維修性驗證程序

對于船舶電子設(shè)備的維修性驗證工作應(yīng)結(jié)合設(shè)備的不同階段進(jìn)行具體的設(shè)計。維修性驗證應(yīng)是研制方與使用方共同協(xié)作的一個過程，需結(jié)合船舶電子設(shè)備在實際研制過程中的情況確認(rèn)具體的維修性驗證方法。驗證程序如下：

1）將方案階段維修性設(shè)計與分析報告，提供給使用方進(jìn)行審核，使用方對設(shè)備的維修性設(shè)計實際情況進(jìn)行初步了解；

2）將研制階段研制方設(shè)計的各種技術(shù)圖紙資料提供給使用方進(jìn)行審核，使用方通過技術(shù)圖紙，可了解到維修可達(dá)性的情況，維修通道設(shè)置是否合理，是否采用了合適的防差錯措施等，通過圖紙審查的方式對維修性設(shè)計情況進(jìn)行初步評定；

3）將研制階段對電氣故障平均修復(fù)時間的計算方法提供給使用方進(jìn)行審核，使用方對設(shè)備的平均修復(fù)時間（Mean Time to Repair，MTTR）值進(jìn)行審核；

4）將艦船電子設(shè)備外場試驗階段和在役階段通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計獲得的維修數(shù)據(jù)提交使用方審核，對MTTR值進(jìn)行復(fù)核；

5）研制方向使用方提供維修性工作總結(jié)報告，提交使用方進(jìn)行審核；

6）通過試驗與總結(jié)，研制方了解到艦船電子設(shè)備各分系統(tǒng)在維修性中的薄弱點，針對薄弱部分，提出維修性改進(jìn)要求，提交使用方進(jìn)行審核；

7）使用方對該裝備的維修性情況作出評價，完成維修性驗證程序。

3 結(jié)論

本文在艦船電子設(shè)備現(xiàn)有維修性的基礎(chǔ)上，分析了艦船電子設(shè)備的維修性設(shè)計，提出了一種維修性驗證方法。利用這種方法，可以對艦船電子設(shè)備的維修性進(jìn)行分析，有針對性地對艦船電子設(shè)備進(jìn)行維修性驗證。

[1] Marseguerra M，Zio E, Podofillini L. Condition based Maintenance Optimization by Means of Genetic Algorithms and Monte Carlo Simulation [J]. Reliability Engineering & System Safety, 2002, 77(2):151-165.

[2] 王江萍. 機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)及應(yīng)用[M]. 西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2001：2-6.

[3] Pillari J, Pertowski T, Pro tin A, et al. Integrating testability analysis tools with automatic test system s (ATS) [C]. IEEE International Automatic Testing Conference. New York, 1995: 503-507.

[4] 牟致忠. 維修性設(shè)計[M]. 上海：上海科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，1990：4-7.

[5] 楊秉喜．雷達(dá)綜合技術(shù)保障工程[M]．北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2002：545-561.

Maintainability Analysis and Verification Based on Ship Mechanical Equipment

WU Linghua, DAI Rui

Ship mechanical equipment play an important role in the battle, so it is necessary to analyze the maintainability design of ship mechanical equipment, thereby improving the working efficiency of the entire equipment. The maintainability design is analyzed and expounded. Then, a maintainability verification procedure is obtained. It provides a new idea for the maintainability verification of ship Mechanical Equipment.

Maintainability Design; Maintainability Verification; Ship Mechanical Equipment

U674

A

1674-7976-(2022)-04-310-03

2022-06-13。

吳凌華（1978.06—），福建仙游人，碩士研究生，工程師，主要研究方向為艦載電子技術(shù)與可靠性技術(shù)。