地空导弹制导雷达深度恢复性延寿修理方式研究*



地空导弹制导雷达深度恢复性延寿修理方式研究*

王君1，王亮1，王宏1，白华珍2

(1. 空军工程大学 防空反导学院，陕西 西安710051； 2. 中国人民解放军93655部队，北京101500)

摘要：根据地空导弹制导雷达结构和维修数据，分析了典型多功能相控阵制导雷达的寿命规律，提出了“深度恢复性修理”思想，并对深度恢复性修理的特点、修理项目类别和主要作业进行了研究。工程实践表明，采用“深度恢复性修理+技术改造”的修理方式后，一方面使装备的可靠性得到恢复，又使其性能得到提升，延长其技术寿命。研究内容为防空导弹制导雷达及其他复杂军用电子设备的延寿修理提供了新的思路。

关键词：地空导弹制导雷达；故障规律；延寿修理；深度恢复性修理

0引言

目前，先进的地空导弹武器系统多采用多功能相控阵雷达作为制导雷达，多功能相控阵雷达完成搜索跟踪识别目标、照射目标、制导导弹等多种任务，是地空导弹武器系统的核心装备，对整个武器系统的作战使用起着至关重要的作用。

理论上认为，由于电、机械和环境应力的交替作用，使雷达中部分电子、机电、化工等元器(组)件，出现疲劳、腐蚀、老化或劣化，使分系统性能或系统的战术技术指标不同程度退化，如果继续使用，必须进行“大修”(或称“翻修”)。因此，必须研究制导雷达的延寿修理问题。

1多功能相控阵制导雷达寿命规律分析

1.1故障规律

制导雷达是一个大型的可修复的复杂电子设备，其结构按维修可更换单元划分组成如图1所示。组合线缆包括高压和各种器件的线缆和线缆连接器；元器件包括组合内的元器件和印刷电路板上的元器件。

对于可修复的复杂电子设备，其故障或失效，都可通过不同级别的维修来恢复或修复。从理论上讲，一个设备的故障率随时间推移，可分为早期故障期、随机(偶然)故障期和耗损故障期，可用浴盆曲线说明制导雷达的故障率规律，如图2所示。但各分系统或重要元器(组)件故障率曲线，则分为多种类型[1]。由于整个雷达使用寿命很长，所以，可能在使用寿命期间维修或更换若干次[2]。

通常规定一个故障率值，把故障率比规定值小的服役期(时间)长度，称为使用(服役)寿命或有效寿命。实际上，一个复杂电子设备的寿命期很长，可达20~40年，但由于技术进步，元器件的更新换代，使维修获取元器件费用越来越高，导致维修费大于承受能力，且新的替代设备性能更好。这样，期望寿命往往不是由故障率决定，由维修费用是否高于规定值来决定。

国外研究证明，在复杂的设备中，大多数故障与设备使用时间无关。因此，不能通过定期大修来避免设备的故障。统计表明，维修对设备干预程度很大，在设备良好状态进行维修，可能会产生新的、大量的其他故障模式[2]。因此，决定一个设备是否解体大修，必须认真考虑，科学决策，当有把握证明大修后设备故障率小于大修前，或设备状态已恶化到不能容忍程度，且一般维修不能维持其正常功能，重新采购费用又不十分昂贵时，才考虑解体大修。

1.2对制导雷达寿命的几个观点

(1) 故障率在一段时间增加，不一定预示接近耗损期

在期望的使用寿命期，故障率随时间本来应当是波动的，当部队遇有演习训练或执行作战任务时，对装备状态高度重视，开机训练频繁，且每次开机工作时间较长，使不工作时间减小，导致故障率上升，这是装备使用中的可靠性规律，不是耗损期将要来临的征兆。

图2　可修复系统的故障规律曲线Fig.2　Failure disciplinarian curve of repairable system

维修登记资料和对失效元器(组)件的失效机理分析，证明了一些致命的故障是由设计或制造缺陷造成，不具备材料退化或寿命终止的特征。有些故障是由于采用低可靠性的元器件造成的高失效率，如接收机的中频放大器；还有些故障(失效)，是由于频繁的维修、干预造成的，如某型制导雷达设备舱的接收机的同步与控制组合，由于中频印刷电路插件板上的中频放大器组件失效率高，更换插、拔插件次数多，使组合线缆与线缆连接器的连接处，出现断线和维修时碾压线缆的现象，致使线缆外导体断开、腐蚀而失效[3-4]。

(2) 对雷达的寿命评估应当采用科学的方法

上只凭故障率的增加来判断制导雷达耗损的来临，在理论和实践上都是不合理的。可以采用加速试验法、连续开机法等。为了检验已服役15~20年的某型制导雷达是否到达耗损期，曾对我国南(炎热)、北(寒冷)、东(盐雾)、西(沙尘)方向的4套制导雷达连续400 h开机试验，均未得到耗损失效数据，它们的平均无故障时间均很稳定。

(3) 对某些部、组件再制造，提高系统可靠性，以延长使用寿命

一些制导雷达，由于采用的是20世纪七、八十年代初的技术，有些元器件可靠性较低，如中频放大器模块；有些组件设计和制造工艺存在问题，如组合印刷电路底板；有些分系统在维修性设计方面存在问题，造成维修对装备的可靠性干预过强，如组合线缆被碾压的问题等。在保证性能的前提下，利用目前的先进技术进行再制造，是可行的，而且是延长使用寿命所必须的。

(4) 延寿修理关键模块的确定

多功能相控阵制导雷达一般由39个功能结构模块组成，但从与可靠性和延寿修理相关程度来看，它们的作用却大不相同。可采用下面原则剔除对延寿修理关联小的模块，即

·结构独立，可单独延寿修理且又不严重影响战备的模块；

·通用性强，国内能较顺利修理的模块；

·故障率极低，且备件较多的模块；

·随机资料。

剔除33个模块、还剩下6个与延寿修理相关极大的模块。它们的可靠性逻辑呈链状，如图3所示。

图3　制导雷达延寿修理关键模块可靠性框图Fig.3　Reliability chart of guidance radar key　　　module about prolonging life

2制导雷达延寿修理方式

2.1深度恢复性修理

深度恢复性修理，是对设备使用中已证明那些关键的、失效率高的器(组)件进行检测、校正、调整和更换，使设备达到规定状态的修理方式。所谓深度，是指要完成部队在阵地无条件完成的修理项目；所谓恢复性，是对使用中证明失效率高或已失效但经采用补救措施后目前堪用的部(组)件进行更换，使装备基本恢复到原有的可靠性水平。

深度恢复性修理的思想，是依据可持续发展的观点，综合绿色维修、预知维修的现代维修思想而得到的，是深入研究电子装备的可靠性规律和我国电子装备的实际而得出的。它不同以往所谓将设备从车厢“掏空”式大拆大卸修理或大修，它只对已经证明或确定的预知失效部位进行修理(更换、再制造、调整、检测等)。

2.2深度恢复性修理的特点

(1) 体现精确维修

制导雷达是一个极复杂的大系统，整体上的故障服从指数规律，但组成它的各器(组)件，甚至分系统的故障特性，不一定都服从这一规律。由维修理论和维修实践证明，只有对耗损型设备，实施定期大修更换才有意义。而构成该雷达的器(组)件的故障，不仅有耗损型器，也有和时间无关型器(组)件。采用逐个确定耗损型器(组)件并予以更换，体现了精确维修，延长了雷达的寿命[12]。相对而言，过去采用的大卸大拆“大修”方式，是一种没体现可持续发展、与环境和经济等不太和谐的粗放维修方式[4]。

(2) 使装备获得长期可靠性增长

复杂设备出厂投入使用后的一段高故障率时期，称为早期故障期，它是由设计、制造或工艺缺陷及薄弱环节，或由于操作、维修、使用等不熟练、不适当引起的。通过查找每次故障的原因并进行科学、认真处理后，将使故障率逐渐降低[9-10]。但对于制导雷达，由于构成的元器件数量大、类型繁多，特别是专用、非标准的器(组)件很多。因而，设计、制造缺陷的暴露需要较长的时间，只靠早期故障期查找和排除，是不可能完全消除的；另一方面，在雷达寿命期内，电子器件可靠性水平会有大幅度提高，用高可靠性器件更换低可靠性器件，也必带来整个设备在寿命周期内的可靠性增长。

2.3深度恢复性修理关键件的确定

将组成某型照射制导雷达的46万余个元器(组)件分为15个类别，根据部队有无修理能力(指非换件修理能力)，又分为两簇，如图4所示。对15类元器(组)件可按图5中的流程进行筛选。如经统计部队维修记录，得多层(特别是10层)数字印刷电路底板失效率高，因而，可将10层的印刷电路底板选出，作为延寿修理关键器(组)件。

图4　某型照射制导雷达元器(组)件簇图Fig.4　Cluster chart of some type guidance radar parts

图5　筛选制导雷达关键器(组)件类别流程图Fig.5　Flow chart of selecting the key part type

事实上，从印刷电路板的失效模型也可判断并得出组合底板应选为制导雷达延寿修理的关键器(组)件，按失效影响度E、失效出现频率P、检测或查找失效难度α和失效修复难易度β4个因素，构建关键元器(组)件筛选模型，即

C=EP(α+β)，

式中：C为元器(组)件在延寿修理中的关键度，或失效后对战备影响的致命程度；E为元器(组)件对系统工作的影响程度(分为5个等级)；P为元器(组)件失效出现的频率；α为检测或查找元器(组)件失效的难易程度(分为3个等级)；β为失效修复(更换)的难易度(分3个等级)。

根据划分的等级对E，P，α，β进行评分，其等级与评分标准如表1所示。

将评分输入到元器(组)件失效模式效应和后果分析(关键性分析)模型中，得到关键(致命)度评分，此评价(分)是由表3中的描述及其评分得到的。显然，最高的关键(致命)度标准为

表1　制导雷达元器(组)件关键度影响因素及评分(等级)表

MaxC=(maxE)(maxP)[(maxα)+

(maxβ)]=5×3×(3+3)=90，

最低的致命度标准为

MinC=(minE)(minP)[(minα)+(minβ)]=

1×1×(1+1)=2.

为更有效地筛选出关键器(组)件，将2~90分为5级，即第5级取51~90，指对作战或战备影响极严重，即极其关键；第4级取31~50，指对作战或战备影响大；第3级取21~30，指对作战或战备有中等影响；第2级取11~20，指对作战或战备影响小；第1级取2~10，指对作战或战备几乎无影响。

根据评分排列，有7类元器(组)件是制导雷达延寿修理的关键器(组)件，选择印刷电路板上损坏较多的中频模块(3种)、印刷电路板(插件)间的中频电缆和中频连接器、组合底板等4类器(组)件做为关键件，这样，便可以解决制导雷达延寿修理中的大部分技术问题。

2.4制导雷达深度恢复性修理项目类别

深度恢复性修理比以往实施的中修内容多且更具深度，比以往大修的内容则少且不掏空，但由于它涉及到部分组合的拆、装和调试，因此，一般在专门修理厂或修理基地进行。建议深度恢复性修理的主要过程如图6。

修理需求——由部队装备部门提供。主要是根据多年使用装备的经验和维修记录，明确本套装备的问题，提出需修理项目和调整、校正的参数等。

联合测试——由修理厂(基地)和部队技术人员察看装备状况，测试装备的参数或检查故障(失效)部位，对待修装备做出状况评估，确认和修订修理需求。

确定修理大纲——由修理厂(基地)技术人员制定和组织评审。修理大纲主要包括修理目的、修理要求、修理项目、修后检测和试验项目及要求等。

图6　深度恢复性修理主要过程Fig.6　Main process of deeply resuming repair

制定修理细则——由修理厂(基地)技术人员完成。主要包括按修理装备的分系统或项目撰写修理要求、修理细则、修理实施步骤、工艺及检测参数要求和检测方法等。

实施修理——由修理厂(基地)组织实施，实施的依据是修理大纲和修理实施细则等。

调试、试验——由修理厂(基地)技术人员和接收部队派出的技术人员共同完成。按调试细则和试验细则逐项完成调试和试验。调试主要包括分系统调试、系统调试，对参数超差或不稳的分系统，应进行评估和排除；试验主要包括跑车、淋雨试验等，试验后，应测量参数的变化，对超差的分系统应检查排除。

根据对延寿关键器(组)件的筛选分析，结合装备维修的相关要求，考虑到装备维修不可能仅仅修理关键件，所以将表2中的项目类别可作为深度恢复性修理的选择项目。

表2　制导雷达延寿修理主要项目类别

根据确定的修理项目类别，要对制导雷达实施深度恢复性修理，其作业内容包括：调查、观察、检查、修补、维护、检测、调整、校正、查故障、诊断、修理、更换、仿造、再制造、试验补充计量和校准等[10-13]。

3结束语

深度恢复性修理中的深度，是指修理项目内容，介于以往采用的中修和大修之间，即比中修有更深的深度；恢复性，是指根据装备的状况和部队的维修记录，科学而有选择的对装备不同组件、部位、分系统等进行修补、调整、再制造、仿制、更换等。

目前构成电子设备的元器件可靠性有了较大的提升，装备又多采用模块化结构，使其更易于维修(更换)。所以，电子装备的寿命比预计要长且易于维修。目前的科学技术进步很快，元器件更新周期缩短，在装备的寿命周期内必对器件、分系统的更新提出需求。因此，采用“深度恢复性修理+技术改造”，可能是今后军事电子装备的一种可行的修理方式，采用这种修理方式后，一方面使装备的可靠性得到恢复，又使其性能得到提升，延长其技术寿命。

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Research on the Repair Method of the Deeply Resuming Prolonging Life about the Ground to Air Missile Guidance Radar

WANG Jun1，WANG Liang1，WANG Hong1，BAI Hua-zhen2

(1.AFEU， Air and Missile Defense School，Shaanxi Xi’an 710051, China;2.PLA,No. 93655 Troop, Beijing 101500, China)

Abstract:Based on the guidance radar structure of GAM and the maintenance data, the life disciplinarian of typical multi-function phase array guidance radar is analyzed, and the idea of "deeply resuming repair" is put forward, and its characteristics, repair item sort and the main work are studied. The engineering practice shows that the equipment reliability can be resumed, that its capability can be improved, and that its life can be prolonged with the method that the deeply resuming repair is combined with technology alteration. The researchcan provide a new thought for prolonging life repair of air defense missile guidance radar and other complex military electronic equipments.

Key words:ground to air guidance radar；fault disciplinarian； prolonging life repair；deeply resuming repair

中图分类号：TJ760.7

文献标志码：A

文章编号：1009-086X(2015)-02-0147-07

doi:10.3969/j.issn.1009-086x.2015.02.024

通信地址：710072陕西西安灞桥区长乐东路甲字一号导院一部E-mail：wangjun197618@163.com

作者简介：王君(1975-)，男，吉林东丰人。副教授，博士，主要研究方向为地空导弹武器系统总体。

* 收稿日期：2014-06-25；
修回日期：2014-08-10