某型雷达调平机构失效模式和影响分析

孙知建 杨江平 邓 斌 李逸源

（空军预警学院 武汉 430019）

1 引言

雷达装备作为典型的信息化装备之一，发挥着“千里眼”的作用，其功能越来越强，集成度越来越高，故障模式也越来越复杂，雷达装备在使用过程中会产生不同程度的失效问题，对装备进行失效分析，已成为提高雷达装备可靠性和提升战斗力重要手段。

失效模式与影响分析（FMEA）现已被广泛应用于装备研发领域，它不仅可以在装备的设计阶段进行故障模式影响分析，还能在装备制造、使用及维修阶段中进行分析。加强雷达装备失效模式与影响分析研究，对提高雷达装备固有可靠性和战备完好率具有重要意义。

2 某型雷达调平机构

2.1 机构组成

雷达调平装置是雷达重要组成部分，对于提高天线座机动架设，调平性能，以及精确地测量目标的位置等参数都起着决定作用。自动调平装置采用可编程计算机控制器为核心组成的数字控制系统，通过对水平倾角传感器部件的水平倾角角度的智能实时检测，控制交流伺服电机驱动，电机再牵引滚珠丝杠运动，实现天线座车四条支撑腿联动并调至水平状态。

某型雷达调平机构组成图如图1所示。

2.2 工作原理

调平机构通过人机界面接收操作人员的操作指令，通过伺服电机驱动四条支腿运动，实现单腿升降运动、四条支腿同步升降运动以及自动调平运动。调平装置采用PCC 实时检测天线座车水平倾角传感器的倾斜度信号，并显示在调平显示板的数码上，当发现倾斜度大于系统指标时，可按下键盘指示板上的“调平”键进行自动调平，PCC检测到调平键按下后，向四个电机驱动器发出控制信号，使其分别控制各调平腿电机的转动，电机带动滚珠丝杠转动，使较低的调平腿升起，从而改变天线座车的倾斜度。当倾斜度达到规定值，PCC 使电机停转。

图1 某型雷达调平机构组成图

3 FMEA定性分析

通过收集该型雷达调平机构在设计、研发、使用和维修阶段出现的失效问题及各种潜在隐患，运用FMEA 方法，找出调平机构容易出现问题的地方，同时加以改进优化。

3.1 分析方法的选取

由于调平机构所利用的信息比较完整，为此本论文选用以硬件法为主、功能分析法为辅的方法。这样不但可以充分利用调平机构现有信息，还可提高分析结果的准确性及可信性。

3.2 约定层次划分

初始约定层次为整个调平机构，最小约定层次为各部件的组成单元。具体约定层次如图2所示。

图2 调平机构约定层次图

3.3 故障模式

本文采用故障树分析法，通过故障树可以看到调平机构的故障模式及其之间的相关联系，使得确定具体故障时也更为简单。调平机构故障树如图3 所示。下面以分析“雷达不能调平”故障为例，可以看出调平机构的故障模式一般情况下只有这四种：1）系统无法开机；2）调平电机不转；3）驱动器报警；4）数码管无显示；5）启动控制电路故障；6）电源没有供电。

3.4 故障原因分析

具体失效分析如下。

1）如果是调平系统电机驱动器腿故障时，数码管闪烁显示“E1”（第1、2 个数码管对应一号腿，第3、4 个数码管对应二号腿，第5、6 个数码管对应三号腿，第7、8个数码管对应4号腿，下同），更换备件。

2）如果是调平支撑腿硬限位时，电机不转，相应数码管闪烁“E2”，根据限位的实际情况按相应的按键使系统退出报警状态（如果是升腿限位，按收腿键；如果是收腿限位，按升腿键），否则，转下一步；

图3 调平机构故障树分析图

3）调平支撑腿软限位时，电机不转，相应数码管闪烁“E3”。如果是，操作过程同2）条，否则转下一步；

4）驱动器报“Err-16”故障时，电机不转，检查电机接线是否正确，是否有断线，发现问题后请正确连线，若正常转下一步；

5）驱动器报警“21”或“22”故障时，电机不转，检查编码器接线是否正确，不正确，则纠正编码器接线或重新插拔编码器电缆；正确，转下一步；

6）电机电磁制动器电路连接不正确，电机不转，检查制动信号是否送达，不正常，在动作按键按下的瞬间应能听到“咔嗒”一声电机解锁的声音，如果正常，转下一步；

7）电机过载时，电机不转，检查电机是否有卡壳现象，把撑腿全部收回至零位初始状态，重新调平。

3.5 失效影响分析

对以上故障模式的影响进行失效分析，主要是对调平机构本身、局部和系统的影响，如表1所示。

表1 调平机构失效影响分析表

3.6 失效影响评估

失效影响的评估主要是以调平机构故障数据统计分析法与专家打分法相结合，从故障影响严重程度、故障发生的概率度、对故障进行检测的难度以及故障维修难度等方面进行打分，各因子按照影响程度的大小顺序从1～10 打分，数字越大，则影响程度越大，最终形成天线调平机构失效影响评估表，如表2所示。

表2 调平机构失效影响评估表

3.7 计算RPN

风险顺序数（RPN）是根据严重度（S）、发生度（O）、检测难度（D）和维修难度（R）这四个指标对潜在的故障模式进行风险评估，从而确定影响程度。RPN由四者相乘而得。即：RPN=S×O×D×R，计算结果如表3所示。

表3 调平机构失效RPN结果表

4 结语

本文运用失效模式和影响分析方法，对某型雷达天线调平机构的可靠性进行了分析与研究，得出了天线调平机构故障模式，对雷达整机结构可靠性的定量分析提供了可以借鉴的故障模式和危害影响分析方法。