艦船電子裝備老化管理及實(shí)現(xiàn)

劉靜，王飛

（1.武漢第二船舶設(shè)計(jì)研究所，湖北 武漢 430064；2.中國(guó)船舶集團(tuán)有限公司第六〇五研究院，廣東 廣州 510250）

1 引言

老化是指平臺(tái)、系統(tǒng)、設(shè)備和部件的物理特性隨時(shí)間或使用而逐漸改變的過程。在艦船全壽命服役期內(nèi)，各類裝備特別是電子裝備某種程度上都會(huì)發(fā)生物理性能逐漸劣化，出現(xiàn)或多或少功能降級(jí)的老化現(xiàn)象。老化過程可能涉及單一的老化機(jī)理或者幾種老化機(jī)理的組合，影響電子裝備老化速度和導(dǎo)致老化的原因各有不同，涉及到設(shè)計(jì)特性、運(yùn)行特性、外部環(huán)境和使用強(qiáng)度等。

隨著艦船在其全壽命服役期內(nèi)的老化問題日益凸顯，急需建立一套老化管理信息系統(tǒng)，使得艦船老化管理逐步走向成熟，成為貫穿艦船全壽命期間的預(yù)防性維修保障管理工作中不可或缺的重要一環(huán)。

2 艦船老化管理對(duì)象的特點(diǎn)和老化管理目的

艦船通常需要進(jìn)行老化管理對(duì)象一般都具備如下特點(diǎn)：①具有復(fù)雜組成、技術(shù)要求高、含多項(xiàng)關(guān)鍵部件的重大裝備；②往往存在現(xiàn)有常規(guī)保障條件對(duì)其技術(shù)保障深度不夠，可達(dá)性差、平時(shí)不具備拆卸條件和檢測(cè)困難的共性難點(diǎn)，因此基于以上特點(diǎn)和原則對(duì)老化管理對(duì)象予以選取。

通過老化管理，可以達(dá)到如下三個(gè)目的：

（1）為預(yù)防性維修保障提供數(shù)據(jù)支撐。艦船老化管理過程中通過監(jiān)測(cè)重點(diǎn)管理對(duì)象或共性老化現(xiàn)象的運(yùn)行情況會(huì)積累大量的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、運(yùn)行數(shù)據(jù)、維修歷史數(shù)據(jù)、分析評(píng)估數(shù)據(jù)。通過這些數(shù)據(jù)，可合理確定裝備維修項(xiàng)目、維修范圍和維修深度，為用裝過程中的科學(xué)維修和精準(zhǔn)保障提供有力支撐。

（2）提高艦船安全性。通過艦船老化管理，可將管理對(duì)象預(yù)期的老化程度降到最低，從而最大限度避免因老化引起的故障或事故，進(jìn)而達(dá)到提高艦船安全性的目的。

（3）提高維修保障技術(shù)能力。在艦船老化管理工作中，通過各項(xiàng)管理工作，可有效提高裝備保障技術(shù)人員的故障分析和預(yù)判能力，使得裝備保障技術(shù)實(shí)力得到進(jìn)一步提高。

3 功能設(shè)計(jì)

為做好老化管理工作，建設(shè)裝備老化管理信息系統(tǒng)首當(dāng)其沖。

老化管理信息系統(tǒng)主要具備如下功能：

（1）對(duì)裝備老化相關(guān)的設(shè)計(jì)參數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)、安裝、運(yùn)行、故障、監(jiān)督檢查、分析評(píng)估、維護(hù)維修等方面的文件和數(shù)據(jù)信息的錄入管理。

（2）存儲(chǔ)裝備全壽命期內(nèi)的老化管理文件，查詢相關(guān)裝備老化各階段相關(guān)文件和數(shù)據(jù)，對(duì)重大技術(shù)問題處理文件和數(shù)據(jù)進(jìn)行跟蹤、檢索，并對(duì)裝備運(yùn)行和檢修開展安全趨勢(shì)分析。

目前，艦船大部分系統(tǒng)裝備信息都建立在技術(shù)保障信息系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)越來越齊全，在日常工作中逐漸發(fā)揮其巨大作用，因此可采集技術(shù)保障信息系統(tǒng)中部分運(yùn)行的系統(tǒng)數(shù)據(jù)，作為老化管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來源，可避免部分信息的重復(fù)采集。

4 詳細(xì)設(shè)計(jì)

4.1 主要內(nèi)容

老化管理系統(tǒng)通過對(duì)管理對(duì)象的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、記錄，分析運(yùn)行數(shù)據(jù)，根據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)比評(píng)估其老化程度，及時(shí)做出預(yù)防性維修或其他糾正措施的決策，防止裝備老化降級(jí)的加速。通過對(duì)小部分關(guān)鍵裝備的老化管理，能全面提高艦船安全性和裝備完好性，起到預(yù)防性維修的關(guān)鍵作用。

4.2 評(píng)估過程

對(duì)艦船平臺(tái)、系統(tǒng)、設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)測(cè)、分析來評(píng)估管理對(duì)象的老化狀態(tài)是老化管理工作中最關(guān)鍵的部分。

通過對(duì)定期正常運(yùn)行、維護(hù)保養(yǎng)、老化參數(shù)監(jiān)測(cè)、運(yùn)行環(huán)境控制、超預(yù)期運(yùn)行控制等方面進(jìn)行老化狀態(tài)評(píng)估，以判斷老化程度是否在可接受范圍內(nèi)、是否需要采取糾正措施，并確定是否能有效控制管理對(duì)象的老化降級(jí)。

老化評(píng)估分析主要包括以下步驟：清理老化現(xiàn)象，細(xì)化影響老化各要素，針對(duì)這些要素類別，清理出老化機(jī)理清單；對(duì)照待評(píng)估的老化管理項(xiàng)目與老化機(jī)理清單，初步分析得出各項(xiàng)目的老化現(xiàn)象和老化部件、部位；分析各項(xiàng)目每個(gè)老化現(xiàn)象的危害程度，清理出各項(xiàng)目應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注的老化現(xiàn)象和老化部件、部位；對(duì)篩選出的各項(xiàng)目進(jìn)行合理在線或離線監(jiān)測(cè)，各項(xiàng)目運(yùn)行情況進(jìn)行合理檢測(cè)，各項(xiàng)目老化現(xiàn)象及監(jiān)測(cè)、檢測(cè)進(jìn)行合理老化數(shù)據(jù)分析。

通過梳理各管理對(duì)象運(yùn)行數(shù)據(jù)與老化數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，根據(jù)設(shè)備老化機(jī)理對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)分類，按類型運(yùn)用老化狀態(tài)分析評(píng)估技術(shù)，分析評(píng)估。

分析評(píng)估完老化狀態(tài)，就需列出所有旨在減緩老化效應(yīng)，針對(duì)性的老化減緩措施，包括壽命件更換，維修、更換備件，改進(jìn)運(yùn)行環(huán)境等措施。特別是要重點(diǎn)研究老化部位的維修方式和維修條件、以及備品備件配置等問題，并作好相應(yīng)的準(zhǔn)備工作[2]。

4.3 體系架構(gòu)

根據(jù)上述對(duì)艦船老化管理信息系統(tǒng)的內(nèi)容和評(píng)估過程描述，可初步得到該系統(tǒng)的體系架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 艦船老化管理信息系統(tǒng)

艦船老化管理信息系統(tǒng)中，以船體、舾裝、電子裝備及部件等分類，建立基本數(shù)據(jù)模塊、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)模塊和系統(tǒng)工具等三部分模塊[1]。

主要內(nèi)容如下：

4.3.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)模塊

包含了管理對(duì)象的物理屬性、技術(shù)狀態(tài)、老化機(jī)理、老化管理技術(shù)文件共四類數(shù)據(jù)。

物理屬性數(shù)據(jù)主要包括管理對(duì)象的設(shè)計(jì)目的、主要功能、主要性能、安裝初始狀態(tài)、設(shè)計(jì)工況和運(yùn)行限制條件，明確了艦船系統(tǒng)、電子裝備的設(shè)計(jì)壽命，應(yīng)對(duì)系統(tǒng)、設(shè)備明確標(biāo)識(shí)，并隨著設(shè)計(jì)變更或技術(shù)狀態(tài)變更及時(shí)更新物理屬性，并將變更進(jìn)行詳細(xì)記錄。

技術(shù)狀態(tài)數(shù)據(jù)主要包括管理對(duì)象的零部件組成信息、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、材料及制造數(shù)據(jù)、安裝數(shù)據(jù)、失效依據(jù)等，具有存儲(chǔ)、修改和查詢功能。

老化機(jī)理數(shù)據(jù)主要包括管理對(duì)象的老化機(jī)理、老化影響因素、老化后果等信息，其中：老化機(jī)理主要包含老化項(xiàng)目、老化部件、老化部位、老化機(jī)理、運(yùn)行工況、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、項(xiàng)目性能等；老化影響因素主要包含管理對(duì)象運(yùn)行的環(huán)境條件、超運(yùn)行工況或變運(yùn)行工況運(yùn)行的影響等；老化后果主要包含老化所致管理對(duì)象降級(jí)與失效的后果等數(shù)據(jù)。

老化管理技術(shù)文件主要包括老化管理標(biāo)準(zhǔn)大綱；老化管理工作程序、法規(guī)文件；老化管理參考標(biāo)準(zhǔn)、文獻(xiàn)、文件和其他技術(shù)文件等。

4.3.2 動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)模塊

包含了管理對(duì)象的運(yùn)行數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、分析評(píng)估數(shù)據(jù)、決策和維修數(shù)據(jù)。

（1）運(yùn)行數(shù)據(jù)包含老化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、運(yùn)行環(huán)境數(shù)據(jù)、維護(hù)保養(yǎng)數(shù)據(jù)、異常工況控制記錄數(shù)據(jù)。老化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過安裝在管理對(duì)象監(jiān)測(cè)部位的監(jiān)測(cè)儀器進(jìn)行在線或離線監(jiān)測(cè)所采集的數(shù)據(jù)；運(yùn)行環(huán)境數(shù)據(jù)包括運(yùn)行過程中與老化有關(guān)的運(yùn)行及環(huán)境數(shù)據(jù)記錄；維護(hù)保養(yǎng)數(shù)據(jù)包括運(yùn)行過程中與老化有關(guān)的維護(hù)及保養(yǎng)數(shù)據(jù)記錄；異常工況控制記錄包括運(yùn)行過程中出現(xiàn)的超運(yùn)行工況運(yùn)行、變工況運(yùn)行或其他異常工況運(yùn)行時(shí)進(jìn)行控制干預(yù)的記錄。

（2）監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)包括定期監(jiān)測(cè)或視情監(jiān)測(cè)所得到的老化參數(shù)數(shù)據(jù)，直接反映了管理對(duì)象的老化程度。

（3）分析評(píng)估數(shù)據(jù)是指在運(yùn)行數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進(jìn)行分析評(píng)估所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，由于運(yùn)行數(shù)據(jù)不能直接反映項(xiàng)目的老化程度，只有經(jīng)過分析評(píng)估將其轉(zhuǎn)化為老化數(shù)據(jù)，才能反映老化程度。

（4）決策數(shù)據(jù)根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)或分析評(píng)估數(shù)據(jù)判斷老化程度結(jié)果，做出拆檢、維修、更換備件、換裝或其他減緩等措施，決策數(shù)據(jù)包括該過程所提出的減緩措施等數(shù)據(jù)[4]。

（5）維修數(shù)據(jù)包括維修工程數(shù)據(jù)，包含維修、拆檢、換裝、供貨周期、牽連工程、施工周期、交驗(yàn)驗(yàn)收試驗(yàn)等工程數(shù)據(jù)；備品備件、壽命件等備件耗損數(shù)據(jù)；維修分析總結(jié)數(shù)據(jù)。

4.3.3 系統(tǒng)工具

為實(shí)現(xiàn)老化管理信息系統(tǒng)的安全使用，系統(tǒng)工具包括用戶信息、數(shù)據(jù)收集和記錄保存、數(shù)據(jù)備份和文件備份等模塊，直接反映此系統(tǒng)的界面設(shè)計(jì)和人機(jī)交互功能。

5 艦船電子設(shè)備老化管理的具體實(shí)現(xiàn)

基于上述老化管理對(duì)象選取原則，選取聲吶設(shè)備作為管理對(duì)象，依據(jù)老化管理信息系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)，構(gòu)建聲吶設(shè)備老化管理信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)艦船聲吶設(shè)備的老化管理。

聲吶設(shè)備老化管理信息系統(tǒng)包括如下內(nèi)容：

5.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的構(gòu)建

在設(shè)計(jì)階段，構(gòu)建聲吶設(shè)備老化管理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，重點(diǎn)是形成完整的聲吶設(shè)備老化機(jī)理數(shù)據(jù)。

根據(jù)重要性、更換難易程度和老化機(jī)理對(duì)老化項(xiàng)目進(jìn)行分類梳理，形成老化機(jī)理數(shù)據(jù)。各類老化項(xiàng)目包括：水聽器老化管理、耐壓接線盒老化管理、硫化橡膠老化管理、電纜老化管理、電子元器件老化管理、密封圈老化管理等。

綜合考慮聲吶設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境條件、使用時(shí)長(zhǎng)、超運(yùn)行工況等潛在老化效應(yīng)后形成老化影響因素?cái)?shù)據(jù)。

基于以上分析數(shù)據(jù)，形成老化后果數(shù)據(jù)。如水聽器響應(yīng)降低、水聽器絕緣電阻降低、耐壓接線盒泄漏、基陣架強(qiáng)度改變、安裝緊固件松動(dòng)、電路受潮、電路短路、橡膠表皮開裂等，對(duì)于所有項(xiàng)目在運(yùn)行狀態(tài)包括在保養(yǎng)、修理、維護(hù)、更換和關(guān)閉期間，都必須考慮老化效應(yīng)，以防止因老化而降低其功能，影響其安全運(yùn)行。

5.2 動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的管理

在運(yùn)行和使用中，對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)格記錄，嚴(yán)格按照聲吶設(shè)備運(yùn)行規(guī)程、使用規(guī)程進(jìn)行運(yùn)行和使用裝備部件。

運(yùn)行數(shù)據(jù)一般包括：聲吶傳感器振動(dòng)數(shù)據(jù)，記錄連接松動(dòng)、短路或接地、連接密封性等；運(yùn)行環(huán)境條件數(shù)據(jù)，記錄所在艙室和艙外環(huán)境溫度和相對(duì)濕度數(shù)據(jù)、輸入電功率數(shù)據(jù)、運(yùn)行航速/海區(qū)/機(jī)動(dòng)/安全等使用數(shù)據(jù)；運(yùn)行時(shí)間數(shù)據(jù)，記錄使用的時(shí)間和時(shí)間長(zhǎng)短；運(yùn)行的參數(shù)數(shù)據(jù)，記錄包括聲吶工作狀態(tài)、陣元數(shù)據(jù)、發(fā)送命令數(shù)據(jù)、顯示頁面各種目標(biāo)編號(hào)、信號(hào)形式、目標(biāo)舷角、時(shí)頻圖、歷程圖、態(tài)勢(shì)圖等的顯示和更新狀態(tài)；異常故障檢測(cè)數(shù)據(jù)，記錄故障運(yùn)行條件、故障部件、故障類別、故障位置、故障表、故障機(jī)理和故障處理等；排除故障數(shù)據(jù)，記錄利用備件排故、利用性能相同模塊替換排故、電源故障排故等。

為方便聲吶設(shè)備老化評(píng)估，可通過利用上述在役前、在役中探測(cè)到的各類動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，針對(duì)涉及到的老化項(xiàng)目從這些被測(cè)參數(shù)的改變?cè)u(píng)估出老化效應(yīng)，并對(duì)有關(guān)參數(shù)進(jìn)行定期測(cè)量并對(duì)結(jié)果進(jìn)行比較，對(duì)其功能執(zhí)行運(yùn)行適宜性進(jìn)行評(píng)估，并把探測(cè)、監(jiān)測(cè)和評(píng)估的過程結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄。

通過數(shù)據(jù)記錄管理系統(tǒng)，可預(yù)測(cè)出聲吶設(shè)備是否能繼續(xù)安全可靠運(yùn)行，確定修理和更換預(yù)防性維修活動(dòng)的類型和時(shí)機(jī)，判斷和評(píng)估聲吶老化引起的設(shè)備劣化和故障，并針對(duì)老化故障機(jī)理分析、電子元器件壽命件評(píng)估和電纜老化評(píng)估，為聲吶設(shè)計(jì)制造提供改進(jìn)材料和采用新工藝、新技術(shù)的依據(jù)，并可通過對(duì)環(huán)境條件等的適當(dāng)控制，對(duì)運(yùn)行工況的優(yōu)化，做好運(yùn)行和使用中的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄，包括瞬態(tài)記錄，將性能的預(yù)期降至最小。

5.3 日常維護(hù)保養(yǎng)監(jiān)測(cè)

在日常維修保養(yǎng)中，對(duì)產(chǎn)生老化效應(yīng)的項(xiàng)目維修，包括預(yù)防性維修和糾正性維修，對(duì)必要的損壞件維修、備件更換、改造等進(jìn)行管理，并對(duì)維修歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)記錄。

6 總結(jié)

通過艦船在線監(jiān)測(cè)、共性老化現(xiàn)象研究和改進(jìn)老化分析評(píng)估方法，建立老化管理系統(tǒng)，可有效降低裝備突發(fā)故障，壽期內(nèi)安全可靠使用，并可縮短修理期，降低修理經(jīng)費(fèi)，實(shí)現(xiàn)維修科學(xué)、保障精確，整體提升艦船裝備技術(shù)保障水平。

艦船裝備老化管理發(fā)展比較晚，隨著人們認(rèn)識(shí)的加深，必將越來越受到重視，成為艦船裝備技術(shù)保障的一項(xiàng)重要工作。