艦船電子裝備的保障技術與發展分析*

劉 銘

(海軍駐錦州地區軍事代表室 錦州 121000)

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艦船電子裝備的保障技術與發展分析*

劉 銘

(海軍駐錦州地區軍事代表室 錦州 121000)

艦船綜合保障水平決定了艦船武器裝備能否發揮出作戰性能。準確掌握電子裝備可靠性、戰備完好性是科學作戰,合理指揮的基礎,是進行裝備維修輔助決策的重要依據。論文概述了艦船電子裝備的可靠性、建立評估指標體系、信息化管理、發展分析等,并作了進一步的研究和探討。

電子裝備; 保障技術

Class Number TN97

1 引言

近年來,美國海軍出臺了《海上力量轉型路線圖》,以“轉型”為指針謀劃未來裝備發展的思路,圍繞“海上基地”、“海上打擊”、“海上盾牌”、“部隊網”四項能力,形成了一套理念超前的裝備保障體系;而英國海軍在英阿馬島戰爭中體會到了基地級、中繼級、艦員級三級裝備保障的“甜頭”后,也加大了對艦艇裝備保障的投入,注重實用性和有效性,重點突出基地級和艦員級裝備保障方面的發展,打造了一支多功能的海上力量;獨立自主、均衡發展,一直以來是法國海軍裝備發展的特色。與其他發達國家海軍不同,法國海軍依靠本國技術力量設計制造的核潛艇、航母、護衛艦等艦艇,在確立其艦船裝備保障思路時是以基地級和艦員級為其保障的基本力量。本文就艦船電子裝備的可靠性、建立評估指標體系、信息化管理、發展分析等,作進一步的研究和探討[1]。

2 艦船電子裝備的可靠性

準確掌握電子裝備可靠性、戰備完好性是科學作戰,合理指揮的基礎,是進行裝備維修輔助決策的重要依據[2]。

要制造出滿足可靠性要求的電子裝備。首先就要有滿足要求的可靠性設計和為實現這一設計而進行的工藝設計。電子裝備的調試過程,則是實現裝備可靠性指標要求的重要的工藝,它與產品可靠性有直接和密切的關系。

從生產過程看,調試過程通常從功能組件的裝配結束后開始,包括功能組件環境應力篩選、分機和整機調試與聯調以及進行環境試驗等內容。實踐證明:這一過程是電子裝備逐步暴露潛在缺陷、尋找解決辦法、采取有效措施、促進裝備不斷接近可靠性目標的重要時期。

按照系統管理的要求,對電子裝備生產調試過程從電子元器件的二次篩選開始,直到功能組件環境應力篩選、分機和整機調試與聯調以及進行環境試驗等[3]。

1) 電子元器件二次篩選

從生產流程看,雖然元器件二次篩選不應屬于裝備調試過程,但由于元器件篩選是一項重要的基礎性工作,而且與調試過程可靠性關系密切。

為了加強元器件二次篩選過程的可靠性監督管理,應制定一個經濟有效、針對性強的元器件二次篩選規范。

(1)在篩選前應進行質量確認。篩選人員應根據裝備的可靠性設計要求和元器件優選清單,核對二次篩選的元器件生產廠家、型號、出廠日期、質量等級等內容,不符合者一律不予篩選。確因特殊原因需代用裝機的元器件，應按規定要求辦理申報手續,經審核批準后送篩。對于少數關鍵元器件，因設備所限尚不具備篩選手段的應在試驗電路板上或有關專用模擬設備上進行必要的應力篩選后，經元器件篩選部門確認并作出準予裝機的標識，才能裝機。對外購的特殊新研元器件，在裝機前應具有環境試驗報告和合格證明文件。

(2)二次篩選試驗要求(包括篩選試驗項目、試驗應力條件、篩選順序等)及篩選后的檢驗判據,由裝備制造廠依據需要和有關標準確定。

(3)參與元器件二次篩選的工作人員,應經過培訓,取得資格證書后方可上崗。

(4)應根據電子裝備的設計要求,制訂元器件篩選過程的參數檢測程序,明確檢測時機、檢測項目和參數、合格判據等內容。

2) 調試過程用設備的管理

所使用的設備(包括儀器、儀表、配套件、專用設備),其示值正確與否,不但關系到質量信息的準確性,更重要的是關系到調試出來的產品是否真正合格。

(1)對常用的調試與試驗設備．應對照能溯源的標準,按照規定的時間間隔進行計量、校準,并具有有效的合格證書及計量檢定記錄文件;對于一些進口的、但無法溯源的設備,應參照其使用維護說明書進行定期的校準,并記錄校驗依據;對于不常用的測量設備,可在使用前進行校準檢定。

(2)為了保證調試與試驗過程參數的測試精度,一般一個儀表在同一過程中不應用于多種用途。

(3)在調試與試驗過程中,為了保證測試參數可靠,通常應備份一套其精度等于或高于正在使用的測試儀器、儀表精度的儀器、儀表。

(4)調試與試驗過程中使用的設備,其精度等級應滿足有關標準和產品技術條件的要求。

(5)需在調試和測試中使用的配套件,應經過檢驗,或仍在有效合格期內。且配套件通常應隨主設備一起進行管理、校驗。

(6)對生產和檢驗共用的設備,用作檢驗前,應進行校準或檢驗并做好記錄。

(7)當計算機軟件用于規定要求的監視和測量前,應對計算機軟件進行監控。

(8)在調試與試驗過程中,當發現測量設備不符合要求時,應立即采取適當的措施。首先是對設備采取措施,如精度不能滿足規定要求時應更換:如偏離了校準狀態,則應重新進行校準和調整。其次應組織有關人員對以往測量結果的有效性進行評價,確定其對產品可靠性的影響程度,對涉及到受影響的產品均應采取有關措施,如重新測量。并要作好記錄。

(9)在調試和試驗過程中,有時需要對一些通過校驗的設備進行再調整。為了防止發生可能使測量結果失效的調整,在經過校準后。應采取必要的措施,如對儀表封簽、或其它的防錯措施,防止隨意啟封或調整。

(10)在調試過程中,應記錄所使用設備的編號、序號,并附在有關報告中,以便分析時查找和追溯。

3) 環境應力篩選

環境應力篩選是通過向組件、分機、整機施加合理的環境應力和電應力,將其內部的潛在缺陷加速地激發成故障,并進行排除的過程。通過對不同組裝層產品篩選,暴露缺陷,及時采取有效的糾正措施,達到裝備在各個層次上都得到可靠性保證的目的[4]。

(1)制定篩選規范

①功能組件的篩選。在裝配完成后的功能組件上,從檢測人員掛合格證開始就建立質量記錄卡,通常應在進行粗調和100%篩選后,才能進行細調。

②分系統(分機)、整機的環境應力篩選。分機的篩選規范,是保證分機有效篩選的依它對促進整機可靠性起著重要的作用。分機應進行100%篩選。

③分系統(分機)、整機環境篩選應力應符合相關標準要求,并盡量地模擬裝備在實際使用中可能遇到的環境應力,做到既能暴露缺陷,又不損傷產品,影響產品的使用壽命。

④分系統(分機)、整機的環境應力篩選通常應加電應力,并測量功能參數。

⑤分機篩選往往能有效地替代整機篩選,在條件允許時,對整機進行抽樣進行驗證。

(2)質量控制要求

為了保證篩選過程的順利進行,達到預期目的,功能組件、分機、整機的環境應力篩選除了應制定一個適合于電子裝備具體要求的篩選規范外,生產廠還應依據其軍工質量管理體系要求制定環境應力篩選控制程序和操作文件,以確保篩選質量。

(3)信息管理監控

應督促企業將篩選過程中的信息納入到工藝信息管理系統和FRACAS管理中。

(4)篩選報告監控

篩選結束后,應督促企業及時寫出詳細的篩選報告,要求對篩選過程、篩選應力、性能測試、使用設備、故障現象等情況進行如實的報告,同時應給出故障分析,糾正措施及其效果的報告,并對篩選后的裝備可靠性水平的提高程度作出評估。

4) 調試過程的可靠性管理

功能組件篩選結束后即進入調試過程,具體內容通常包括:功能組件、分機、整機調試和部分環境適應性試驗工作。這個過程是逐步暴露裝備設計、加工裝配過程的缺陷和尋找解決辦法。及時采取有效糾正措施,實現可靠性設計目標的重要環節[5]。

(1)制定詳細、操作性強的調試文件。調試文件是調試工作的依據,應按電子裝備技術文件規定的各項指標,制定實施細則,指出如何通過規定的調試手段、方法、步驟,一步一步地達到規定的質量目標。

(2)調試場地應符合有關標準要求。場地及其環境對電子裝備調試工作的影響較大,場地的環境溫度、濕度、供電網絡、接地系統、電磁場分布等都會直接影響調試質量。

(3)對調試人員的要求。電子裝備的調試能否順利地進行并達到預期的質量目標,與設計、加工及其它保證條件密切相關,但起決定作用的是調試人員的素質。因此,要求每個調試人員都應參加專業培訓。在取得資格證書后方能上崗。

(4)調試過程中元器件更換的要求。為了保證裝備可靠性設計目標的實現,應嚴格元器件更換的管理。凡在調試過程中需更換的元器件,應保證其符合設計文件規定的型號、生產廠家、出廠時間、質量等級等要求,篩選過的元器件應有篩選標記;確因具體原因。需要更換臨時代用的元器件,應按有關規定和約定辦理代用、審批手續,明確代用批次、數量、期限等。并在調試記錄文件上做出詳實的記載,以備事后查詢和追溯。

5) 組件、分機、整機調試(聯調)

從功能組件調試到整機聯調的全過程,應按要求從頭到尾、循序漸進、環環相扣,確保裝備在每一個環節上都能達到規定的指標要求后,才能轉入下一個環節[6]。

(1)功能組件篩選及調試監督管理。對功能組件的篩選調試過程,通過質量記錄卡進行控制。

(2)功能組件檢驗要求。檢驗人員應依據質量記錄卡檢驗功能組件。檢驗通過后,才能進入分機調試工作。

(3)分機檢驗要求。一是分機在規定的環境應力下的技術性能指標應達到技術條件規定的性能參數要求;二是具有詳細的分機調試記錄;三是提供分機調試過程中的FRACAS運行報告。

(4)整機調試(聯調)及驗收要求。整機調試結束后,應先在正常的環境條件下進行驗收,為保證驗收達到預期的目的。

6) 環境試驗過程的可靠性管理

試驗過程中必須嚴格按試驗和產品規范實施,其監督管理要點是[7]:

(1)環境試驗操作人員應經過資格培訓,持證上崗。

(2)試驗過程應嚴格按產品規范規定進行,試驗項目不得增減、試驗應力不得變更或變相變更、試驗順序不得顛倒。

(3)通常在每項試驗前和試驗后,應對試驗樣品進行處理檢查、性能測試。

(4)試驗中使用的試驗設備。應定期計量,并持有效的計量合格證書。試驗中不得隨意更換試驗樣品中的零組件、分機及試驗設備。

(5)試驗中不得隨意分解、拆裝試驗樣品,除非試驗樣品發生故障．一般不得打開機殼、不得整修、不得調整參數。

(6)試驗樣品的安裝應符合有關環境試驗項目的標準要求。

(7)試驗結束后,應及時依據試驗記錄進行數據處理、結果分析,并寫出詳實的試驗報告。

3 建立評估指標體系

評估指標體系的建立需要遵循系統性、實用性、可行性等原則。評估指標的建立可以充分考慮艦船電子裝備實際使用的設計功能、性能指標、使命任務等參數[8]。

3.1 評估方法

艦船電子裝備技術狀態評估方法研究的是在建立的評估指標體系的基礎上,解決各個獨立指標的數值量化及權重問題,并建立評估數學模型,得出詳細的技術狀態信息

3.2 確定評估因素

評估因素由建立的評估指標體系決定,通常包括裝備的主要功能、技術指標等。具體將裝備的哪些功能及指標參數作為評估因素,需要在實際應用中根據裝備的實際使命任務,參考專家意見進行選取。

3.3 裝備可用性評估

裝備的可用性評估采用模糊綜合評價方法。通過對電子裝備功能完整性的統計分析,得到裝備可用性指標。

1) 選取能表征該電子裝備技術狀態的主要功能作為評價因素,具體參與評價的功能項目通常可以由專家選取。

2) 分別判斷每種功能的狀態,功能狀態指的是裝備使用中統計數據記錄的實際功能與裝備的設計功能比較后的狀態描述,反映了裝備功能的正常程度。可以將功能狀態分為:功能正常、功能基本正常、功能故障(喪失)三種,同時為每一種功能狀態賦值。

3.4 裝備可靠性評估

通過對裝備各種故障發生的頻率、故障修復的時間等數據進行統計分析,可以得到裝備可靠性評估。

3.5 裝備任務完成能力評估

利用裝備的性能指標及設計時的任務使命,結合裝備所要完成的任務,在建立的數學模型的基礎上可以計算裝備的任務實現能力,具體的步驟如下:

1) 結合裝備具體任務,選取裝備完成該任務能力的主要評價因素,通常為裝備與實現該任務有關的主要指標參數。

2) 根據實際性能指標與正常性能指標間的差值確定裝備任務完成能力的隸屬度,將評價因素量化,差值越小,性能越高,差值越大,性能越差。

3) 根據差值大小判斷每個性能指標的狀態:性能正常、性能基本正常(可降級使用)、性能故障(喪失)。

4 信息化管理

艦船技術保障信息化是指在各級指揮機構的規劃和組織下,以計算機、通信、網絡、數據處理等信息技術為基礎,將信息獲取、處理與傳輸、資源調度與指揮的思想和理念落實到艦船技術保障過程中,使技術保障的效率倍增[9]。

4.1 數字化

1) 在技術保障活動中,查找、查詢技術資料浪費了大量的時間,技術資料數字化后,將技術保障人員從簡單重復勞動中解放出來。例如,采用交互式電子技術手冊將有關故障查找與維修方面的技術信息集成到數據庫中,使維修人員在任何時間、地點都能獲得充分的信息支持,提高了故障診斷速度,改善維修方法。

2) 通過計算機管理各類保障人員的受訓情況、保障能力、保障專業、保障裝備型號及技術保障設施等方面信息,做到保障資源透明,動態更新,為技術保障資源的合理運用提供底層支持,為精確、適時的技術保障提供保證;實時提供各類保障資源地理位置信息,采用計算機可視技術,實現保障資源的可視化,便于指揮員動態掌握技術保障資源的分布,科學地指揮調度保障力量。

4.2 網絡化

1) 信息同步和共享。裝備狀態信息、資源信息是動態的,對已方裝備的技術、工作狀態及保障資源實時采集,并通過網絡及時、準確地傳遞到各級裝備指揮機構及各有關技術保障機構,做到信息共享,保證信息一致和同步,實現技術保障態勢透明及裝備保障指揮扁平化。

2) 協同保障和遠程保障。艦船技術保障需要各專業之間、軍地之間、總體與系統之間、系統與設備之間,甚至設備與配套之間相互協同和協作,因此在艦船技術保障信息化需要從頂層及在建設初期考慮協同保障功能。通過網絡實現協同,突破了時空限制,節約了保障資源,提高了技術保障效率。

3) 遠程技術保障。利用衛星等無線通信、信息處理等技術,通過計算機網絡將操作人員與后方、岸基的技術專家緊密聯系起來,為前方艦載武器裝備的使用、維護、維修提供及時正確的技術指導。

4.3 智能化決策和指揮

1) 決策功能。艦船技術保障信息系統應具備輔助決策功能,在技術保障的決策管理層次上,對一次信息進行提煉、分析,積累數據庫、模型庫、知識庫、方法庫,用分類規則、關聯規則、預測分析等數據挖掘技術,形成二次信息,發掘蘊藏在數據中的信息和知識,實現信息增值,為裝備技術保障輔助決策、預測提供依據。

2) 閉環管理。從裝備管理角度分析,裝備技術保障是裝備全壽命管理的最后環節,從技術保障信息中深入挖掘裝備保障和裝備使用的規律、趨勢,也為裝備可靠性增長、改換裝備決策、質量監督的重點、保障性設計及指導性法規的制訂提供了依據,使武器裝備的全壽命管理形成閉環,實現裝備質量和性能的螺旋式提升。

3) 一體化。信息化條件下的一體化聯合作戰,需要相對獨立裝備保障指揮體制。裝備指揮員在本級總指揮員直接指揮下,相對獨立行使裝備保障指揮權,裝備保障指揮機構需要擁有相對獨立與其他指揮機構互聯互通的裝備指揮信息系統。例如,美國海軍還注重一體化、綜合化的海上裝備保障力量編組,突出體現在將多項現代科技溶合于現代大型裝備之中,并使之集作戰與裝備保障功能于一體或集提供各項保障的功能于一體。

5 發展分析

艦船電子裝備保障技術的發展趨勢是綜合化、信息化、仿真化、智能化、軍民兩用化、軍民合作伙伴關系[10]。

1) 綜合化。綜合化是綜合保障工程發展的主要趨勢。隨著科學技術的快速發展,各種技術相互滲透、相互影響,特別是CAD技術和IPPD的廣泛應用,全面促進了現代武器裝備設計、制造、維修和保障過程的綜合化,出現了多學科綜合設計,即充分利用多學科(各子系統)之間的相互作用所產生的協同效應獲得整體性能最優的裝備。

2) 信息化。信息化是世界新軍事變革的本質和核心,海上維修保障的發展也必須以信息技術的推動為前提。例如,美國海軍計劃2020年將一個數字化航母編隊投入戰場,其目標是用大約50年間徹底完成對傳統海上保障的信息化改造,建設一個投送型的、以配送和維修為基礎的、能夠對海上作戰編隊實施精確保障的精干、高效、靈活的數字化海上保障系統。

3) 仿真化。仿真化是RMS技術的深入發展。建模仿真與虛擬現實技術在綜合保障領域的應用具有廣闊的前景。它不僅可用于可靠性維修性保障性(RMS)的指標論證、方案權衡、分析與設計,還可用于RMS的試驗驗證與評價。

4) 智能化。計算機技術的飛快發展促使人工智能技術在各種武器裝備的發展中得到廣泛應用,使各種系統具有在任務、環境等變化產生的復雜狀態下靠系統自身完成規定功能的能力,實現智能化。

5) 軍民兩用化。改進軍用標準體系,優先采用性能規范、民用規范和標準;發展軍民兩用的RMS技術和標準;鼓勵采用商用現成產品和技術(COTS)和開放式體系結構,便于技術更新和擴充,提高互用性。加強維修保障硬件的建設,將各種軍民兩用新技術應用到維修設備、設施上,以提高保障的效率。

6) 軍民合作伙伴關系。加速國防部實施綜合后勤鏈和商業信息系統,以確保提供能滿足作戰人員要求的、一致的、可靠的后勤保障能力。海上保障軍民一體化是艦艇裝備海上維修保障必然發展趨勢。一方面,越來越復雜的現代化艦艇裝備,對維修保障的要求越來越高,現役軍人從人力、技術等方面都無法完全滿足其需求。另一方面,隨著各國遠洋戰略的發展,海上維修保障需要大量的供應船、修理艦,這些艦船如果完全由軍方建造,費用巨大,無法承擔。例如,美海軍航母編隊海上補給保障主要由其軍事海運司令部的海軍艦隊輔助部隊承擔,編隊由主要8艘快速戰斗支援艦、40余艘穿梭補給油船、彈藥補給船和軍需補給船等組成,為海軍艦隊提供海上補給,使艦隊無需返回母港即可得到必要的補給,從而實現部署時間的最大化。

6 結語

通過國外艦船電子保障技術的對比,各國所有的艦船電子裝備與系統都在不斷向模塊化、多功能、高精度、一體化的方向發展,以達到快速準確的資源共享,并形成高效的反應能力。這樣才能使我國艦船電子裝備的保障和維修性得到較大的提高,同時要跟上國內外維修性發展的新動向,用新的理論來指導我國艦船電子裝備的保障和維修性的發展,以適應現代戰爭發展的需要。

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[10] 黃考利.裝備測試性設計與分析[M].北京:兵器工業出版社,2005.

Security Technology and Development Analysis of the Shipborne Electronic Equipment

LIU Ming

(Navy Faorce Representative Office in Jinzhou, Jinzhou 121000)

Comprehensive security level of ship determines whether ship weapon equipments can play a combat performance. Accurately understanding of the electronic equipment reliability, readiness is a scientific basis of reasonable operational, and an important basis for auxiliary decision of equipment repair. This paper outlines the establishment of reliability of ship electronic equipment, the evaluation index system, information management, development of analysis, and makes further research and discussion.

electronic equipment, security technology

2014年10月3日,

2014年11月29日

劉銘,男, 工程師,研究方向:電子工程。

TN97

10.3969/j.issn1672-9730.2015.04.006