舰船电子装备的保障技术与发展分析*

刘 铭

(海军驻锦州地区军事代表室 锦州 121000)



舰船电子装备的保障技术与发展分析*

刘 铭

(海军驻锦州地区军事代表室 锦州 121000)

舰船综合保障水平决定了舰船武器装备能否发挥出作战性能。准确掌握电子装备可靠性、战备完好性是科学作战,合理指挥的基础,是进行装备维修辅助决策的重要依据。论文概述了舰船电子装备的可靠性、建立评估指标体系、信息化管理、发展分析等,并作了进一步的研究和探讨。

电子装备; 保障技术

Class Number TN97

1 引言

近年来,美国海军出台了《海上力量转型路线图》,以“转型”为指针谋划未来装备发展的思路,围绕“海上基地”、“海上打击”、“海上盾牌”、“部队网”四项能力,形成了一套理念超前的装备保障体系;而英国海军在英阿马岛战争中体会到了基地级、中继级、舰员级三级装备保障的“甜头”后,也加大了对舰艇装备保障的投入,注重实用性和有效性,重点突出基地级和舰员级装备保障方面的发展,打造了一支多功能的海上力量;独立自主、均衡发展,一直以来是法国海军装备发展的特色。与其他发达国家海军不同,法国海军依靠本国技术力量设计制造的核潜艇、航母、护卫舰等舰艇,在确立其舰船装备保障思路时是以基地级和舰员级为其保障的基本力量。本文就舰船电子装备的可靠性、建立评估指标体系、信息化管理、发展分析等,作进一步的研究和探讨[1]。

2 舰船电子装备的可靠性

准确掌握电子装备可靠性、战备完好性是科学作战,合理指挥的基础,是进行装备维修辅助决策的重要依据[2]。

要制造出满足可靠性要求的电子装备。首先就要有满足要求的可靠性设计和为实现这一设计而进行的工艺设计。电子装备的调试过程,则是实现装备可靠性指标要求的重要的工艺,它与产品可靠性有直接和密切的关系。

从生产过程看,调试过程通常从功能组件的装配结束后开始,包括功能组件环境应力筛选、分机和整机调试与联调以及进行环境试验等内容。实践证明:这一过程是电子装备逐步暴露潜在缺陷、寻找解决办法、采取有效措施、促进装备不断接近可靠性目标的重要时期。

按照系统管理的要求,对电子装备生产调试过程从电子元器件的二次筛选开始,直到功能组件环境应力筛选、分机和整机调试与联调以及进行环境试验等[3]。

1) 电子元器件二次筛选

从生产流程看,虽然元器件二次筛选不应属于装备调试过程,但由于元器件筛选是一项重要的基础性工作,而且与调试过程可靠性关系密切。

为了加强元器件二次筛选过程的可靠性监督管理,应制定一个经济有效、针对性强的元器件二次筛选规范。

(1)在筛选前应进行质量确认。筛选人员应根据装备的可靠性设计要求和元器件优选清单,核对二次筛选的元器件生产厂家、型号、出厂日期、质量等级等内容,不符合者一律不予筛选。确因特殊原因需代用装机的元器件，应按规定要求办理申报手续,经审核批准后送筛。对于少数关键元器件，因设备所限尚不具备筛选手段的应在试验电路板上或有关专用模拟设备上进行必要的应力筛选后，经元器件筛选部门确认并作出准予装机的标识，才能装机。对外购的特殊新研元器件，在装机前应具有环境试验报告和合格证明文件。

(2)二次筛选试验要求(包括筛选试验项目、试验应力条件、筛选顺序等)及筛选后的检验判据,由装备制造厂依据需要和有关标准确定。

(3)参与元器件二次筛选的工作人员,应经过培训,取得资格证书后方可上岗。

(4)应根据电子装备的设计要求,制订元器件筛选过程的参数检测程序,明确检测时机、检测项目和参数、合格判据等内容。

2) 调试过程用设备的管理

所使用的设备(包括仪器、仪表、配套件、专用设备),其示值正确与否,不但关系到质量信息的准确性,更重要的是关系到调试出来的产品是否真正合格。

(1)对常用的调试与试验设备．应对照能溯源的标准,按照规定的时间间隔进行计量、校准,并具有有效的合格证书及计量检定记录文件;对于一些进口的、但无法溯源的设备,应参照其使用维护说明书进行定期的校准,并记录校验依据;对于不常用的测量设备,可在使用前进行校准检定。

(2)为了保证调试与试验过程参数的测试精度,一般一个仪表在同一过程中不应用于多种用途。

(3)在调试与试验过程中,为了保证测试参数可靠,通常应备份一套其精度等于或高于正在使用的测试仪器、仪表精度的仪器、仪表。

(4)调试与试验过程中使用的设备,其精度等级应满足有关标准和产品技术条件的要求。

(5)需在调试和测试中使用的配套件,应经过检验,或仍在有效合格期内。且配套件通常应随主设备一起进行管理、校验。

(6)对生产和检验共用的设备,用作检验前,应进行校准或检验并做好记录。

(7)当计算机软件用于规定要求的监视和测量前,应对计算机软件进行监控。

(8)在调试与试验过程中,当发现测量设备不符合要求时,应立即采取适当的措施。首先是对设备采取措施,如精度不能满足规定要求时应更换:如偏离了校准状态,则应重新进行校准和调整。其次应组织有关人员对以往测量结果的有效性进行评价,确定其对产品可靠性的影响程度,对涉及到受影响的产品均应采取有关措施,如重新测量。并要作好记录。

(9)在调试和试验过程中,有时需要对一些通过校验的设备进行再调整。为了防止发生可能使测量结果失效的调整,在经过校准后。应采取必要的措施,如对仪表封签、或其它的防错措施,防止随意启封或调整。

(10)在调试过程中,应记录所使用设备的编号、序号,并附在有关报告中,以便分析时查找和追溯。

3) 环境应力筛选

环境应力筛选是通过向组件、分机、整机施加合理的环境应力和电应力,将其内部的潜在缺陷加速地激发成故障,并进行排除的过程。通过对不同组装层产品筛选,暴露缺陷,及时采取有效的纠正措施,达到装备在各个层次上都得到可靠性保证的目的[4]。

(1)制定筛选规范

①功能组件的筛选。在装配完成后的功能组件上,从检测人员挂合格证开始就建立质量记录卡,通常应在进行粗调和100%筛选后,才能进行细调。

②分系统(分机)、整机的环境应力筛选。分机的筛选规范,是保证分机有效筛选的依它对促进整机可靠性起着重要的作用。分机应进行100%筛选。

③分系统(分机)、整机环境筛选应力应符合相关标准要求,并尽量地模拟装备在实际使用中可能遇到的环境应力,做到既能暴露缺陷,又不损伤产品,影响产品的使用寿命。

④分系统(分机)、整机的环境应力筛选通常应加电应力,并测量功能参数。

⑤分机筛选往往能有效地替代整机筛选,在条件允许时,对整机进行抽样进行验证。

(2)质量控制要求

为了保证筛选过程的顺利进行,达到预期目的,功能组件、分机、整机的环境应力筛选除了应制定一个适合于电子装备具体要求的筛选规范外,生产厂还应依据其军工质量管理体系要求制定环境应力筛选控制程序和操作文件,以确保筛选质量。

(3)信息管理监控

应督促企业将筛选过程中的信息纳入到工艺信息管理系统和FRACAS管理中。

(4)筛选报告监控

筛选结束后,应督促企业及时写出详细的筛选报告,要求对筛选过程、筛选应力、性能测试、使用设备、故障现象等情况进行如实的报告,同时应给出故障分析,纠正措施及其效果的报告,并对筛选后的装备可靠性水平的提高程度作出评估。

4) 调试过程的可靠性管理

功能组件筛选结束后即进入调试过程,具体内容通常包括:功能组件、分机、整机调试和部分环境适应性试验工作。这个过程是逐步暴露装备设计、加工装配过程的缺陷和寻找解决办法。及时采取有效纠正措施,实现可靠性设计目标的重要环节[5]。

(1)制定详细、操作性强的调试文件。调试文件是调试工作的依据,应按电子装备技术文件规定的各项指标,制定实施细则,指出如何通过规定的调试手段、方法、步骤,一步一步地达到规定的质量目标。

(2)调试场地应符合有关标准要求。场地及其环境对电子装备调试工作的影响较大,场地的环境温度、湿度、供电网络、接地系统、电磁场分布等都会直接影响调试质量。

(3)对调试人员的要求。电子装备的调试能否顺利地进行并达到预期的质量目标,与设计、加工及其它保证条件密切相关,但起决定作用的是调试人员的素质。因此,要求每个调试人员都应参加专业培训。在取得资格证书后方能上岗。

(4)调试过程中元器件更换的要求。为了保证装备可靠性设计目标的实现,应严格元器件更换的管理。凡在调试过程中需更换的元器件,应保证其符合设计文件规定的型号、生产厂家、出厂时间、质量等级等要求,筛选过的元器件应有筛选标记;确因具体原因。需要更换临时代用的元器件,应按有关规定和约定办理代用、审批手续,明确代用批次、数量、期限等。并在调试记录文件上做出详实的记载,以备事后查询和追溯。

5) 组件、分机、整机调试(联调)

从功能组件调试到整机联调的全过程,应按要求从头到尾、循序渐进、环环相扣,确保装备在每一个环节上都能达到规定的指标要求后,才能转入下一个环节[6]。

(1)功能组件筛选及调试监督管理。对功能组件的筛选调试过程,通过质量记录卡进行控制。

(2)功能组件检验要求。检验人员应依据质量记录卡检验功能组件。检验通过后,才能进入分机调试工作。

(3)分机检验要求。一是分机在规定的环境应力下的技术性能指标应达到技术条件规定的性能参数要求;二是具有详细的分机调试记录;三是提供分机调试过程中的FRACAS运行报告。

(4)整机调试(联调)及验收要求。整机调试结束后,应先在正常的环境条件下进行验收,为保证验收达到预期的目的。

6) 环境试验过程的可靠性管理

试验过程中必须严格按试验和产品规范实施,其监督管理要点是[7]:

(1)环境试验操作人员应经过资格培训,持证上岗。

(2)试验过程应严格按产品规范规定进行,试验项目不得增减、试验应力不得变更或变相变更、试验顺序不得颠倒。

(3)通常在每项试验前和试验后,应对试验样品进行处理检查、性能测试。

(4)试验中使用的试验设备。应定期计量,并持有效的计量合格证书。试验中不得随意更换试验样品中的零组件、分机及试验设备。

(5)试验中不得随意分解、拆装试验样品,除非试验样品发生故障．一般不得打开机壳、不得整修、不得调整参数。

(6)试验样品的安装应符合有关环境试验项目的标准要求。

(7)试验结束后,应及时依据试验记录进行数据处理、结果分析,并写出详实的试验报告。

3 建立评估指标体系

评估指标体系的建立需要遵循系统性、实用性、可行性等原则。评估指标的建立可以充分考虑舰船电子装备实际使用的设计功能、性能指标、使命任务等参数[8]。

3.1 评估方法

舰船电子装备技术状态评估方法研究的是在建立的评估指标体系的基础上,解决各个独立指标的数值量化及权重问题,并建立评估数学模型,得出详细的技术状态信息

3.2 确定评估因素

评估因素由建立的评估指标体系决定,通常包括装备的主要功能、技术指标等。具体将装备的哪些功能及指标参数作为评估因素,需要在实际应用中根据装备的实际使命任务,参考专家意见进行选取。

3.3 装备可用性评估

装备的可用性评估采用模糊综合评价方法。通过对电子装备功能完整性的统计分析,得到装备可用性指标。

1) 选取能表征该电子装备技术状态的主要功能作为评价因素,具体参与评价的功能项目通常可以由专家选取。

2) 分别判断每种功能的状态,功能状态指的是装备使用中统计数据记录的实际功能与装备的设计功能比较后的状态描述,反映了装备功能的正常程度。可以将功能状态分为:功能正常、功能基本正常、功能故障(丧失)三种,同时为每一种功能状态赋值。

3.4 装备可靠性评估

通过对装备各种故障发生的频率、故障修复的时间等数据进行统计分析,可以得到装备可靠性评估。

3.5 装备任务完成能力评估

利用装备的性能指标及设计时的任务使命,结合装备所要完成的任务,在建立的数学模型的基础上可以计算装备的任务实现能力,具体的步骤如下:

1) 结合装备具体任务,选取装备完成该任务能力的主要评价因素,通常为装备与实现该任务有关的主要指标参数。

2) 根据实际性能指标与正常性能指标间的差值确定装备任务完成能力的隶属度,将评价因素量化,差值越小,性能越高,差值越大,性能越差。

3) 根据差值大小判断每个性能指标的状态:性能正常、性能基本正常(可降级使用)、性能故障(丧失)。

4 信息化管理

舰船技术保障信息化是指在各级指挥机构的规划和组织下,以计算机、通信、网络、数据处理等信息技术为基础,将信息获取、处理与传输、资源调度与指挥的思想和理念落实到舰船技术保障过程中,使技术保障的效率倍增[9]。

4.1 数字化

1) 在技术保障活动中,查找、查询技术资料浪费了大量的时间,技术资料数字化后,将技术保障人员从简单重复劳动中解放出来。例如,采用交互式电子技术手册将有关故障查找与维修方面的技术信息集成到数据库中,使维修人员在任何时间、地点都能获得充分的信息支持,提高了故障诊断速度,改善维修方法。

2) 通过计算机管理各类保障人员的受训情况、保障能力、保障专业、保障装备型号及技术保障设施等方面信息,做到保障资源透明,动态更新,为技术保障资源的合理运用提供底层支持,为精确、适时的技术保障提供保证;实时提供各类保障资源地理位置信息,采用计算机可视技术,实现保障资源的可视化,便于指挥员动态掌握技术保障资源的分布,科学地指挥调度保障力量。

4.2 网络化

1) 信息同步和共享。装备状态信息、资源信息是动态的,对已方装备的技术、工作状态及保障资源实时采集,并通过网络及时、准确地传递到各级装备指挥机构及各有关技术保障机构,做到信息共享,保证信息一致和同步,实现技术保障态势透明及装备保障指挥扁平化。

2) 协同保障和远程保障。舰船技术保障需要各专业之间、军地之间、总体与系统之间、系统与设备之间,甚至设备与配套之间相互协同和协作,因此在舰船技术保障信息化需要从顶层及在建设初期考虑协同保障功能。通过网络实现协同,突破了时空限制,节约了保障资源,提高了技术保障效率。

3) 远程技术保障。利用卫星等无线通信、信息处理等技术,通过计算机网络将操作人员与后方、岸基的技术专家紧密联系起来,为前方舰载武器装备的使用、维护、维修提供及时正确的技术指导。

4.3 智能化决策和指挥

1) 决策功能。舰船技术保障信息系统应具备辅助决策功能,在技术保障的决策管理层次上,对一次信息进行提炼、分析,积累数据库、模型库、知识库、方法库,用分类规则、关联规则、预测分析等数据挖掘技术,形成二次信息,发掘蕴藏在数据中的信息和知识,实现信息增值,为装备技术保障辅助决策、预测提供依据。

2) 闭环管理。从装备管理角度分析,装备技术保障是装备全寿命管理的最后环节,从技术保障信息中深入挖掘装备保障和装备使用的规律、趋势,也为装备可靠性增长、改换装备决策、质量监督的重点、保障性设计及指导性法规的制订提供了依据,使武器装备的全寿命管理形成闭环,实现装备质量和性能的螺旋式提升。

3) 一体化。信息化条件下的一体化联合作战,需要相对独立装备保障指挥体制。装备指挥员在本级总指挥员直接指挥下,相对独立行使装备保障指挥权,装备保障指挥机构需要拥有相对独立与其他指挥机构互联互通的装备指挥信息系统。例如,美国海军还注重一体化、综合化的海上装备保障力量编组,突出体现在将多项现代科技溶合于现代大型装备之中,并使之集作战与装备保障功能于一体或集提供各项保障的功能于一体。

5 发展分析

舰船电子装备保障技术的发展趋势是综合化、信息化、仿真化、智能化、军民两用化、军民合作伙伴关系[10]。

1) 综合化。综合化是综合保障工程发展的主要趋势。随着科学技术的快速发展,各种技术相互渗透、相互影响,特别是CAD技术和IPPD的广泛应用,全面促进了现代武器装备设计、制造、维修和保障过程的综合化,出现了多学科综合设计,即充分利用多学科(各子系统)之间的相互作用所产生的协同效应获得整体性能最优的装备。

2) 信息化。信息化是世界新军事变革的本质和核心,海上维修保障的发展也必须以信息技术的推动为前提。例如,美国海军计划2020年将一个数字化航母编队投入战场,其目标是用大约50年间彻底完成对传统海上保障的信息化改造,建设一个投送型的、以配送和维修为基础的、能够对海上作战编队实施精确保障的精干、高效、灵活的数字化海上保障系统。

3) 仿真化。仿真化是RMS技术的深入发展。建模仿真与虚拟现实技术在综合保障领域的应用具有广阔的前景。它不仅可用于可靠性维修性保障性(RMS)的指标论证、方案权衡、分析与设计,还可用于RMS的试验验证与评价。

4) 智能化。计算机技术的飞快发展促使人工智能技术在各种武器装备的发展中得到广泛应用,使各种系统具有在任务、环境等变化产生的复杂状态下靠系统自身完成规定功能的能力,实现智能化。

5) 军民两用化。改进军用标准体系,优先采用性能规范、民用规范和标准;发展军民两用的RMS技术和标准;鼓励采用商用现成产品和技术(COTS)和开放式体系结构,便于技术更新和扩充,提高互用性。加强维修保障硬件的建设,将各种军民两用新技术应用到维修设备、设施上,以提高保障的效率。

6) 军民合作伙伴关系。加速国防部实施综合后勤链和商业信息系统,以确保提供能满足作战人员要求的、一致的、可靠的后勤保障能力。海上保障军民一体化是舰艇装备海上维修保障必然发展趋势。一方面,越来越复杂的现代化舰艇装备,对维修保障的要求越来越高,现役军人从人力、技术等方面都无法完全满足其需求。另一方面,随着各国远洋战略的发展,海上维修保障需要大量的供应船、修理舰,这些舰船如果完全由军方建造,费用巨大,无法承担。例如,美海军航母编队海上补给保障主要由其军事海运司令部的海军舰队辅助部队承担,编队由主要8艘快速战斗支援舰、40余艘穿梭补给油船、弹药补给船和军需补给船等组成,为海军舰队提供海上补给,使舰队无需返回母港即可得到必要的补给,从而实现部署时间的最大化。

6 结语

通过国外舰船电子保障技术的对比,各国所有的舰船电子装备与系统都在不断向模块化、多功能、高精度、一体化的方向发展,以达到快速准确的资源共享,并形成高效的反应能力。这样才能使我国舰船电子装备的保障和维修性得到较大的提高,同时要跟上国内外维修性发展的新动向,用新的理论来指导我国舰船电子装备的保障和维修性的发展,以适应现代战争发展的需要。

[1] 吴晓平,汪玉.舰船装备系统综合评估的理论和方法[M].北京:科学出版社,2007.

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[5] 沈浩,等.海军装备作战效能评估研究[M].海潮出版社,2004.

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[8] 王靖滨,俞杰,耿卫东,等.基于FBS的产品创新设计模型[J].计算机辅助设计与图形学学报,2000,12(11):824-826.

[9] 安幼林,黄考利,杨锁昌.基于FBS因果有向图模型的诊断设计建模方法研究[J].军械工程学院学报,2008,20(3):23-27.

[10] 黄考利.装备测试性设计与分析[M].北京:兵器工业出版社,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

刘铭,男, 工程师,研究方向:电子工程。

TN97

10.3969/j.issn1672-9730.2015.04.006