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地空導(dǎo)彈制導(dǎo)雷達(dá)深度恢復(fù)性延壽修理方式研究*

王君1，王亮1，王宏1，白華珍2

(1. 空軍工程大學(xué) 防空反導(dǎo)學(xué)院，陜西 西安710051； 2. 中國(guó)人民解放軍93655部隊(duì)，北京101500)

摘要：根據(jù)地空導(dǎo)彈制導(dǎo)雷達(dá)結(jié)構(gòu)和維修數(shù)據(jù)，分析了典型多功能相控陣制導(dǎo)雷達(dá)的壽命規(guī)律，提出了“深度恢復(fù)性修理”思想，并對(duì)深度恢復(fù)性修理的特點(diǎn)、修理項(xiàng)目類(lèi)別和主要作業(yè)進(jìn)行了研究。工程實(shí)踐表明，采用“深度恢復(fù)性修理+技術(shù)改造”的修理方式后，一方面使裝備的可靠性得到恢復(fù)，又使其性能得到提升，延長(zhǎng)其技術(shù)壽命。研究?jī)?nèi)容為防空導(dǎo)彈制導(dǎo)雷達(dá)及其他復(fù)雜軍用電子設(shè)備的延壽修理提供了新的思路。

關(guān)鍵詞：地空導(dǎo)彈制導(dǎo)雷達(dá)；故障規(guī)律；延壽修理；深度恢復(fù)性修理

0引言

目前，先進(jìn)的地空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)多采用多功能相控陣?yán)走_(dá)作為制導(dǎo)雷達(dá)，多功能相控陣?yán)走_(dá)完成搜索跟蹤識(shí)別目標(biāo)、照射目標(biāo)、制導(dǎo)導(dǎo)彈等多種任務(wù)，是地空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的核心裝備，對(duì)整個(gè)武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)使用起著至關(guān)重要的作用。

理論上認(rèn)為，由于電、機(jī)械和環(huán)境應(yīng)力的交替作用，使雷達(dá)中部分電子、機(jī)電、化工等元器(組)件，出現(xiàn)疲勞、腐蝕、老化或劣化，使分系統(tǒng)性能或系統(tǒng)的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)不同程度退化，如果繼續(xù)使用，必須進(jìn)行“大修”(或稱(chēng)“翻修”)。因此，必須研究制導(dǎo)雷達(dá)的延壽修理問(wèn)題。

1多功能相控陣制導(dǎo)雷達(dá)壽命規(guī)律分析

1.1故障規(guī)律

制導(dǎo)雷達(dá)是一個(gè)大型的可修復(fù)的復(fù)雜電子設(shè)備，其結(jié)構(gòu)按維修可更換單元?jiǎng)澐纸M成如圖1所示。組合線纜包括高壓和各種器件的線纜和線纜連接器；元器件包括組合內(nèi)的元器件和印刷電路板上的元器件。

對(duì)于可修復(fù)的復(fù)雜電子設(shè)備，其故障或失效，都可通過(guò)不同級(jí)別的維修來(lái)恢復(fù)或修復(fù)。從理論上講，一個(gè)設(shè)備的故障率隨時(shí)間推移，可分為早期故障期、隨機(jī)(偶然)故障期和耗損故障期，可用浴盆曲線說(shuō)明制導(dǎo)雷達(dá)的故障率規(guī)律，如圖2所示。但各分系統(tǒng)或重要元器(組)件故障率曲線，則分為多種類(lèi)型[1]。由于整個(gè)雷達(dá)使用壽命很長(zhǎng)，所以，可能在使用壽命期間維修或更換若干次[2]。

通常規(guī)定一個(gè)故障率值，把故障率比規(guī)定值小的服役期(時(shí)間)長(zhǎng)度，稱(chēng)為使用(服役)壽命或有效壽命。實(shí)際上，一個(gè)復(fù)雜電子設(shè)備的壽命期很長(zhǎng)，可達(dá)20~40年，但由于技術(shù)進(jìn)步，元器件的更新?lián)Q代，使維修獲取元器件費(fèi)用越來(lái)越高，導(dǎo)致維修費(fèi)大于承受能力，且新的替代設(shè)備性能更好。這樣，期望壽命往往不是由故障率決定，由維修費(fèi)用是否高于規(guī)定值來(lái)決定。

國(guó)外研究證明，在復(fù)雜的設(shè)備中，大多數(shù)故障與設(shè)備使用時(shí)間無(wú)關(guān)。因此，不能通過(guò)定期大修來(lái)避免設(shè)備的故障。統(tǒng)計(jì)表明，維修對(duì)設(shè)備干預(yù)程度很大，在設(shè)備良好狀態(tài)進(jìn)行維修，可能會(huì)產(chǎn)生新的、大量的其他故障模式[2]。因此，決定一個(gè)設(shè)備是否解體大修，必須認(rèn)真考慮，科學(xué)決策，當(dāng)有把握證明大修后設(shè)備故障率小于大修前，或設(shè)備狀態(tài)已惡化到不能容忍程度，且一般維修不能維持其正常功能，重新采購(gòu)費(fèi)用又不十分昂貴時(shí)，才考慮解體大修。

1.2對(duì)制導(dǎo)雷達(dá)壽命的幾個(gè)觀點(diǎn)

(1) 故障率在一段時(shí)間增加，不一定預(yù)示接近耗損期

在期望的使用壽命期，故障率隨時(shí)間本來(lái)應(yīng)當(dāng)是波動(dòng)的，當(dāng)部隊(duì)遇有演習(xí)訓(xùn)練或執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)時(shí)，對(duì)裝備狀態(tài)高度重視，開(kāi)機(jī)訓(xùn)練頻繁，且每次開(kāi)機(jī)工作時(shí)間較長(zhǎng)，使不工作時(shí)間減小，導(dǎo)致故障率上升，這是裝備使用中的可靠性規(guī)律，不是耗損期將要來(lái)臨的征兆。

圖2　可修復(fù)系統(tǒng)的故障規(guī)律曲線Fig.2　Failure disciplinarian curve of repairable system

維修登記資料和對(duì)失效元器(組)件的失效機(jī)理分析，證明了一些致命的故障是由設(shè)計(jì)或制造缺陷造成，不具備材料退化或壽命終止的特征。有些故障是由于采用低可靠性的元器件造成的高失效率，如接收機(jī)的中頻放大器；還有些故障(失效)，是由于頻繁的維修、干預(yù)造成的，如某型制導(dǎo)雷達(dá)設(shè)備艙的接收機(jī)的同步與控制組合，由于中頻印刷電路插件板上的中頻放大器組件失效率高，更換插、拔插件次數(shù)多，使組合線纜與線纜連接器的連接處，出現(xiàn)斷線和維修時(shí)碾壓線纜的現(xiàn)象，致使線纜外導(dǎo)體斷開(kāi)、腐蝕而失效[3-4]。

(2) 對(duì)雷達(dá)的壽命評(píng)估應(yīng)當(dāng)采用科學(xué)的方法

上只憑故障率的增加來(lái)判斷制導(dǎo)雷達(dá)耗損的來(lái)臨，在理論和實(shí)踐上都是不合理的?？梢圆捎眉铀僭囼?yàn)法、連續(xù)開(kāi)機(jī)法等。為了檢驗(yàn)已服役15~20年的某型制導(dǎo)雷達(dá)是否到達(dá)耗損期，曾對(duì)我國(guó)南(炎熱)、北(寒冷)、東(鹽霧)、西(沙塵)方向的4套制導(dǎo)雷達(dá)連續(xù)400 h開(kāi)機(jī)試驗(yàn)，均未得到耗損失效數(shù)據(jù)，它們的平均無(wú)故障時(shí)間均很穩(wěn)定。

(3) 對(duì)某些部、組件再制造，提高系統(tǒng)可靠性，以延長(zhǎng)使用壽命

一些制導(dǎo)雷達(dá)，由于采用的是20世紀(jì)七、八十年代初的技術(shù)，有些元器件可靠性較低，如中頻放大器模塊；有些組件設(shè)計(jì)和制造工藝存在問(wèn)題，如組合印刷電路底板；有些分系統(tǒng)在維修性設(shè)計(jì)方面存在問(wèn)題，造成維修對(duì)裝備的可靠性干預(yù)過(guò)強(qiáng)，如組合線纜被碾壓的問(wèn)題等。在保證性能的前提下，利用目前的先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行再制造，是可行的，而且是延長(zhǎng)使用壽命所必須的。

(4) 延壽修理關(guān)鍵模塊的確定

多功能相控陣制導(dǎo)雷達(dá)一般由39個(gè)功能結(jié)構(gòu)模塊組成，但從與可靠性和延壽修理相關(guān)程度來(lái)看，它們的作用卻大不相同。可采用下面原則剔除對(duì)延壽修理關(guān)聯(lián)小的模塊，即

·結(jié)構(gòu)獨(dú)立，可單獨(dú)延壽修理且又不嚴(yán)重影響戰(zhàn)備的模塊；

·通用性強(qiáng)，國(guó)內(nèi)能較順利修理的模塊；

·故障率極低，且備件較多的模塊；

·隨機(jī)資料。

剔除33個(gè)模塊、還剩下6個(gè)與延壽修理相關(guān)極大的模塊。它們的可靠性邏輯呈鏈狀，如圖3所示。

圖3　制導(dǎo)雷達(dá)延壽修理關(guān)鍵模塊可靠性框圖Fig.3　Reliability chart of guidance radar key　　　module about prolonging life

2制導(dǎo)雷達(dá)延壽修理方式

2.1深度恢復(fù)性修理

深度恢復(fù)性修理，是對(duì)設(shè)備使用中已證明那些關(guān)鍵的、失效率高的器(組)件進(jìn)行檢測(cè)、校正、調(diào)整和更換，使設(shè)備達(dá)到規(guī)定狀態(tài)的修理方式。所謂深度，是指要完成部隊(duì)在陣地?zé)o條件完成的修理項(xiàng)目；所謂恢復(fù)性，是對(duì)使用中證明失效率高或已失效但經(jīng)采用補(bǔ)救措施后目前堪用的部(組)件進(jìn)行更換，使裝備基本恢復(fù)到原有的可靠性水平。

深度恢復(fù)性修理的思想，是依據(jù)可持續(xù)發(fā)展的觀點(diǎn)，綜合綠色維修、預(yù)知維修的現(xiàn)代維修思想而得到的，是深入研究電子裝備的可靠性規(guī)律和我國(guó)電子裝備的實(shí)際而得出的。它不同以往所謂將設(shè)備從車(chē)廂“掏空”式大拆大卸修理或大修，它只對(duì)已經(jīng)證明或確定的預(yù)知失效部位進(jìn)行修理(更換、再制造、調(diào)整、檢測(cè)等)。

2.2深度恢復(fù)性修理的特點(diǎn)

(1) 體現(xiàn)精確維修

制導(dǎo)雷達(dá)是一個(gè)極復(fù)雜的大系統(tǒng)，整體上的故障服從指數(shù)規(guī)律，但組成它的各器(組)件，甚至分系統(tǒng)的故障特性，不一定都服從這一規(guī)律。由維修理論和維修實(shí)踐證明，只有對(duì)耗損型設(shè)備，實(shí)施定期大修更換才有意義。而構(gòu)成該雷達(dá)的器(組)件的故障，不僅有耗損型器，也有和時(shí)間無(wú)關(guān)型器(組)件。采用逐個(gè)確定耗損型器(組)件并予以更換，體現(xiàn)了精確維修，延長(zhǎng)了雷達(dá)的壽命[12]。相對(duì)而言，過(guò)去采用的大卸大拆“大修”方式，是一種沒(méi)體現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展、與環(huán)境和經(jīng)濟(jì)等不太和諧的粗放維修方式[4]。

(2) 使裝備獲得長(zhǎng)期可靠性增長(zhǎng)

復(fù)雜設(shè)備出廠投入使用后的一段高故障率時(shí)期，稱(chēng)為早期故障期，它是由設(shè)計(jì)、制造或工藝缺陷及薄弱環(huán)節(jié)，或由于操作、維修、使用等不熟練、不適當(dāng)引起的。通過(guò)查找每次故障的原因并進(jìn)行科學(xué)、認(rèn)真處理后，將使故障率逐漸降低[9-10]。但對(duì)于制導(dǎo)雷達(dá)，由于構(gòu)成的元器件數(shù)量大、類(lèi)型繁多，特別是專(zhuān)用、非標(biāo)準(zhǔn)的器(組)件很多。因而，設(shè)計(jì)、制造缺陷的暴露需要較長(zhǎng)的時(shí)間，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，在雷達(dá)壽命期內(nèi)，電子器件可靠性水平會(huì)有大幅度提高，用高可靠性器件更換低可靠性器件，也必帶來(lái)整個(gè)設(shè)備在壽命周期內(nèi)的可靠性增長(zhǎng)。

2.3深度恢復(fù)性修理關(guān)鍵件的確定

將組成某型照射制導(dǎo)雷達(dá)的46萬(wàn)余個(gè)元器(組)件分為15個(gè)類(lèi)別，根據(jù)部隊(duì)有無(wú)修理能力(指非換件修理能力)，又分為兩簇，如圖4所示。對(duì)15類(lèi)元器(組)件可按圖5中的流程進(jìn)行篩選。如經(jīng)統(tǒng)計(jì)部隊(duì)維修記錄，得多層(特別是10層)數(shù)字印刷電路底板失效率高，因而，可將10層的印刷電路底板選出，作為延壽修理關(guān)鍵器(組)件。

圖4　某型照射制導(dǎo)雷達(dá)元器(組)件簇圖Fig.4　Cluster chart of some type guidance radar parts

圖5　篩選制導(dǎo)雷達(dá)關(guān)鍵器(組)件類(lèi)別流程圖Fig.5　Flow chart of selecting the key part type

事實(shí)上，從印刷電路板的失效模型也可判斷并得出組合底板應(yīng)選為制導(dǎo)雷達(dá)延壽修理的關(guān)鍵器(組)件，按失效影響度E、失效出現(xiàn)頻率P、檢測(cè)或查找失效難度α和失效修復(fù)難易度β4個(gè)因素，構(gòu)建關(guān)鍵元器(組)件篩選模型，即

C=EP(α+β)，

式中：C為元器(組)件在延壽修理中的關(guān)鍵度，或失效后對(duì)戰(zhàn)備影響的致命程度；E為元器(組)件對(duì)系統(tǒng)工作的影響程度(分為5個(gè)等級(jí))；P為元器(組)件失效出現(xiàn)的頻率；α為檢測(cè)或查找元器(組)件失效的難易程度(分為3個(gè)等級(jí))；β為失效修復(fù)(更換)的難易度(分3個(gè)等級(jí))。

根據(jù)劃分的等級(jí)對(duì)E，P，α，β進(jìn)行評(píng)分，其等級(jí)與評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

將評(píng)分輸入到元器(組)件失效模式效應(yīng)和后果分析(關(guān)鍵性分析)模型中，得到關(guān)鍵(致命)度評(píng)分，此評(píng)價(jià)(分)是由表3中的描述及其評(píng)分得到的。顯然，最高的關(guān)鍵(致命)度標(biāo)準(zhǔn)為

表1　制導(dǎo)雷達(dá)元器(組)件關(guān)鍵度影響因素及評(píng)分(等級(jí))表

MaxC=(maxE)(maxP)[(maxα)+

(maxβ)]=5×3×(3+3)=90，

最低的致命度標(biāo)準(zhǔn)為

MinC=(minE)(minP)[(minα)+(minβ)]=

1×1×(1+1)=2.

為更有效地篩選出關(guān)鍵器(組)件，將2~90分為5級(jí)，即第5級(jí)取51~90，指對(duì)作戰(zhàn)或戰(zhàn)備影響極嚴(yán)重，即極其關(guān)鍵；第4級(jí)取31~50，指對(duì)作戰(zhàn)或戰(zhàn)備影響大；第3級(jí)取21~30，指對(duì)作戰(zhàn)或戰(zhàn)備有中等影響；第2級(jí)取11~20，指對(duì)作戰(zhàn)或戰(zhàn)備影響??；第1級(jí)取2~10，指對(duì)作戰(zhàn)或戰(zhàn)備幾乎無(wú)影響。

根據(jù)評(píng)分排列，有7類(lèi)元器(組)件是制導(dǎo)雷達(dá)延壽修理的關(guān)鍵器(組)件，選擇印刷電路板上損壞較多的中頻模塊(3種)、印刷電路板(插件)間的中頻電纜和中頻連接器、組合底板等4類(lèi)器(組)件做為關(guān)鍵件，這樣，便可以解決制導(dǎo)雷達(dá)延壽修理中的大部分技術(shù)問(wèn)題。

2.4制導(dǎo)雷達(dá)深度恢復(fù)性修理項(xiàng)目類(lèi)別

深度恢復(fù)性修理比以往實(shí)施的中修內(nèi)容多且更具深度，比以往大修的內(nèi)容則少且不掏空，但由于它涉及到部分組合的拆、裝和調(diào)試，因此，一般在專(zhuān)門(mén)修理廠或修理基地進(jìn)行。建議深度恢復(fù)性修理的主要過(guò)程如圖6。

修理需求——由部隊(duì)裝備部門(mén)提供。主要是根據(jù)多年使用裝備的經(jīng)驗(yàn)和維修記錄，明確本套裝備的問(wèn)題，提出需修理項(xiàng)目和調(diào)整、校正的參數(shù)等。

聯(lián)合測(cè)試——由修理廠(基地)和部隊(duì)技術(shù)人員察看裝備狀況，測(cè)試裝備的參數(shù)或檢查故障(失效)部位，對(duì)待修裝備做出狀況評(píng)估，確認(rèn)和修訂修理需求。

確定修理大綱——由修理廠(基地)技術(shù)人員制定和組織評(píng)審。修理大綱主要包括修理目的、修理要求、修理項(xiàng)目、修后檢測(cè)和試驗(yàn)項(xiàng)目及要求等。

圖6　深度恢復(fù)性修理主要過(guò)程Fig.6　Main process of deeply resuming repair

制定修理細(xì)則——由修理廠(基地)技術(shù)人員完成。主要包括按修理裝備的分系統(tǒng)或項(xiàng)目撰寫(xiě)修理要求、修理細(xì)則、修理實(shí)施步驟、工藝及檢測(cè)參數(shù)要求和檢測(cè)方法等。

實(shí)施修理——由修理廠(基地)組織實(shí)施，實(shí)施的依據(jù)是修理大綱和修理實(shí)施細(xì)則等。

調(diào)試、試驗(yàn)——由修理廠(基地)技術(shù)人員和接收部隊(duì)派出的技術(shù)人員共同完成。按調(diào)試細(xì)則和試驗(yàn)細(xì)則逐項(xiàng)完成調(diào)試和試驗(yàn)。調(diào)試主要包括分系統(tǒng)調(diào)試、系統(tǒng)調(diào)試，對(duì)參數(shù)超差或不穩(wěn)的分系統(tǒng)，應(yīng)進(jìn)行評(píng)估和排除；試驗(yàn)主要包括跑車(chē)、淋雨試驗(yàn)等，試驗(yàn)后，應(yīng)測(cè)量參數(shù)的變化，對(duì)超差的分系統(tǒng)應(yīng)檢查排除。

根據(jù)對(duì)延壽關(guān)鍵器(組)件的篩選分析，結(jié)合裝備維修的相關(guān)要求，考慮到裝備維修不可能僅僅修理關(guān)鍵件，所以將表2中的項(xiàng)目類(lèi)別可作為深度恢復(fù)性修理的選擇項(xiàng)目。

表2　制導(dǎo)雷達(dá)延壽修理主要項(xiàng)目類(lèi)別

根據(jù)確定的修理項(xiàng)目類(lèi)別，要對(duì)制導(dǎo)雷達(dá)實(shí)施深度恢復(fù)性修理，其作業(yè)內(nèi)容包括：調(diào)查、觀察、檢查、修補(bǔ)、維護(hù)、檢測(cè)、調(diào)整、校正、查故障、診斷、修理、更換、仿造、再制造、試驗(yàn)補(bǔ)充計(jì)量和校準(zhǔn)等[10-13]。

3結(jié)束語(yǔ)

深度恢復(fù)性修理中的深度，是指修理項(xiàng)目?jī)?nèi)容，介于以往采用的中修和大修之間，即比中修有更深的深度；恢復(fù)性，是指根據(jù)裝備的狀況和部隊(duì)的維修記錄，科學(xué)而有選擇的對(duì)裝備不同組件、部位、分系統(tǒng)等進(jìn)行修補(bǔ)、調(diào)整、再制造、仿制、更換等。

目前構(gòu)成電子設(shè)備的元器件可靠性有了較大的提升，裝備又多采用模塊化結(jié)構(gòu)，使其更易于維修(更換)。所以，電子裝備的壽命比預(yù)計(jì)要長(zhǎng)且易于維修。目前的科學(xué)技術(shù)進(jìn)步很快，元器件更新周期縮短，在裝備的壽命周期內(nèi)必對(duì)器件、分系統(tǒng)的更新提出需求。因此，采用“深度恢復(fù)性修理+技術(shù)改造”，可能是今后軍事電子裝備的一種可行的修理方式，采用這種修理方式后，一方面使裝備的可靠性得到恢復(fù)，又使其性能得到提升，延長(zhǎng)其技術(shù)壽命。

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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

中圖分類(lèi)號(hào)：TJ760.7

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1009-086X(2015)-02-0147-07

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

通信地址：710072陜西西安灞橋區(qū)長(zhǎng)樂(lè)東路甲字一號(hào)導(dǎo)院一部E-mail：wangjun197618@163.com

作者簡(jiǎn)介：王君(1975-)，男，吉林東豐人。副教授，博士，主要研究方向?yàn)榈乜諏?dǎo)彈武器系統(tǒng)總體。

* 收稿日期：2014-06-25；
修回日期：2014-08-10