王佳笑,常天慶,朱 斌,王宇顥

(裝甲兵工程學院,北京 100072)

0 引言

隨著新型捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)在裝甲戰(zhàn)車上的不斷列裝,使用中暴露出來的問題越來越多,迫切要求進行維修性分析。傳統(tǒng)的維修性分析方法主觀性強、技術難度大、實施困難,很難適應新的要求,采用新的分析方法的要求越來越迫切。采用FMECA維修性信息分析方法,把捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)運行中出現(xiàn)的故障數(shù)據(jù)信息和其固有的可靠性有機的結(jié)合起來進行維修性信息分析,以提高維修效率,保證裝備的可靠運行。

FMECA維修性信息分析是對每個潛在的故障模式進行分析,得到危害性高的故障模式及修復故障系統(tǒng)所需采取的有效措施。

1 捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)定義

1.1 系統(tǒng)的任務功能

捷聯(lián)式慣性導航系統(tǒng)是利用固連在運載體殼體上的慣性測量元件,測量運載體相對于慣性空間的運動參數(shù),經(jīng)過計算,推算出運載體的位置、速度、姿態(tài)等參數(shù),對運載體進行實現(xiàn)全天候、自主式的實時定位和導航。

1.2 系統(tǒng)功能方框圖

為了描述系統(tǒng)各功能單元的工作情況和相互影響關系,建立功能方框圖。捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)主要由慣性測量單元、相關電路和導航計算機組成。慣性測量單元包括陀螺、加速度計和轉(zhuǎn)位機構,它利用慣性效應測量運載體的線運動和角運動。相關電路由電源板、采集板、伺服板、底板組成,電源板為整個系統(tǒng)提供各種電源;采集板完成陀螺、加速度計等信息的采集與接收;伺服板完成臺體的轉(zhuǎn)位與位置控制;底板為各組件提供電氣通道。導航計算機完成捷聯(lián)解算和整個系統(tǒng)的控制(見圖1)。

1.3 系統(tǒng)可靠性方框圖

把復雜的捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)劃分為具有獨立功能的分系統(tǒng),從而利用可靠性方框圖表示各組成部分的故障或它們的組合如何導致捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)的故障。由于任一組件失效都將引起捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)的失效,所以捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)可靠性框圖為串聯(lián)關系(見圖2)。

圖1 捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)功能方框圖

圖2 捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)可靠性方框圖

2 FMECA維修性信息分析表格

根據(jù)GJB1391-92《故障模式、影響及危害性分析程序》和捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)的技術要求,對其進行FMECA維修性信息分析,如表1所示。

2.1 代碼

為使每一故障模式及其相應的方框圖內(nèi)標志的功能關系清晰明了,在FMECA維修性信息分析表格的第一欄填寫捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)各組件的代碼。

2.2 產(chǎn)品名稱

組成捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)的各組件的具體名稱,如:陀螺儀、電源板、導航計算機等。

2.3 系統(tǒng)的任務功能

根據(jù)進行FMECA維修性信息分析的每個組件的定義,確定每個組件所具有的主要功能。如:電源板為整個導航系統(tǒng)提供電源。

2.4 故障模式

故障模式是故障的表現(xiàn)形式,如輸出錯誤、無輸出等。根據(jù)捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)的技術規(guī)范和故障數(shù)據(jù)信息,得到捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)各組件所有可預測的或潛在的故障模式。

2.5 故障原因

故障原因解決為何發(fā)生故障的問題,包括直接導致捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)故障或性能降低的物理或化學過程、設計、工藝缺陷或使用不當?shù)取?/p>

2.6 故障影響

故障影響是指每一種假設的故障模式對產(chǎn)品導致的各種后果。它包括所假設的故障模式對當前所分析的約定層次產(chǎn)品的使用、功能或狀態(tài)的影響,還包括所假設的故障模式對當前所分析的約定層次高一層次產(chǎn)品的影響,以及對系統(tǒng)的最終影響。如電源板輸出錯誤對自身影響為損壞,對導航系統(tǒng)的影響為導航無輸出,甚至損壞其他組件。

2.7 嚴酷度類別

根據(jù)每個故障模式對系統(tǒng)造成的最壞的潛在后果確定其嚴酷度類別。嚴酷度分為Ⅰ類(災難的)、Ⅱ(致命的)、Ⅲ(臨界的)、Ⅳ(輕度的)四類。

2.8 故障檢測方法

操作人員或維修人員檢測和定位某一故障模式的方法,并對產(chǎn)品工作異常或故障的報警及其他顯示裝置加以說明。

2.9 基本維修措施

根據(jù)分析人員的判斷,必須由維修技術人員為排除故障而采取的維修措施,還需確定維修后可能出現(xiàn)的校調(diào)。如:更換采集板后需要對捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)進行標定,以保證其定位和導航的精度。

2.10 是否屬于最少設備清單

當系統(tǒng)有某些缺陷時,在遵守清單中所列限制的情況下,系統(tǒng)允許使用。在本捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)中,由可靠性框圖可知,任一組件失效都將引起捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)的失效。所以每一組件都屬于最少設備清單。

2.11 故障概率等級

由于無法獲得各組件故障的概率,在此作定性分析,將故障概率等級分為5個等級:A級(經(jīng)常發(fā)生)、B級(有時發(fā)生)、C級(不常發(fā)生)、D級(很少發(fā)生)、E級(很少發(fā)生)。

2.12 危害性矩陣

由于無法確定故障率,故采用危害性矩陣比較各故障模式的危害程度,分析導致系統(tǒng)故障的主要原因,為維修分析、試驗及檢查要求提供信息。其做法是:橫坐標表示故障模式的嚴酷度類別,縱坐標表示故障模式發(fā)生的概率等級。其目的是根據(jù)故障模式的嚴酷程度和故障模式發(fā)生的概率等級,將故障模式標在矩陣上,從而得到故障模式的危害性分布(見圖3)。

危害性的判斷方法是:故障模式標注的分布點向?qū)蔷€(圖中虛線OP)做垂線,以該垂線與對角線的交點到原點的距離作為衡量故障模式危害性的尺度;距離越長,危害性越大。由于是定性分析,我們規(guī)定在同一方格內(nèi)的標注點(如08(1)和09(1))危害性相同,且它們的標注點均是該方格的幾何中點。由危害性矩陣可以看出,08(1)和09(1)對系統(tǒng)的危害性最大;同時08(1)、09(1)、01(1)和04(1)發(fā)生的概率都比較大。

表1 FMECA維修性信息分析表

圖3 捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)危害性矩陣

3 結(jié)論

根據(jù)捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)FMECA維修性信息分析的結(jié)果,確定了捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)中各部件的故障規(guī)律、故障模式及其對捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)產(chǎn)生的影響,從而有針對性地進行預防性維修和修復性維修,并為維修計劃的制定和故障診斷提供有效的信息。

[1] Tao Jianfeng,Wang Shaoping,Yao Yiping.Reliability analysis on combination of FMECA and FTA for redundant actuator system[C]//18th Digital Avionics Systems Conference,1999.

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[3] GJB1391-92故障模式、影響及危害性分析程序[S].國防科工委軍標出版發(fā)行部,1992.

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[5] 國家軍用標準《故障模式、影響及危害性分析程序》、《故障樹分析》實施指南[S].國防科工委軍標出版發(fā)行部,1992.

[6] 王佳笑,常天慶,朱斌.基于FMECA的X型慣性導航系統(tǒng)故障分析[C]//第十九屆測試與故障診斷技術研討會,2010:58-60.