樊蕊 賈兵 劉迎梅

（南京晨光集團，南京，210000）

“三化” （通用化、系列化、組合化 （模塊化）），已成為各國發(fā)展武器裝備的一項重要原則。武器裝備的 “三化”水平是衡量武器裝備現(xiàn)代化的重要標志之一，實行 “三化”已成為許多國家，包括我國發(fā)展武器裝備的一項基本政策[1]。 “三化”是現(xiàn)代條件下標準化學(xué)科向前發(fā)展的必然產(chǎn)物，是當今發(fā)展武器裝備的現(xiàn)實需要[2]。美國把“通用化”作為其國防部關(guān)鍵技術(shù)三項選擇原則之一，并把 “模塊化”作為美國國防科學(xué)和技術(shù)戰(zhàn)略重點之一。我國從上世紀90年代中期開始在軍工系統(tǒng)中大力推廣 “三化”工作，并將其作為“九五”期間標準化工作六大任務(wù)之一[3]。

“三化”基本思想是按照系統(tǒng)工程的原理，運用頂層設(shè)計，以通用互換和靈活的分解組合方式，對武器裝備進行擴展、更新和發(fā)展，按需求變換品種，從而滿足多樣化的要求[1]。從我國目前整個武器裝備體系看， “三化”工作開展的力度不夠， “三化”的整體水平不高，產(chǎn)品規(guī)格品種多、接口標準化程度低，多數(shù)具有相同功能的產(chǎn)品難以通用和互換。推進 “三化”，不僅能夠適應(yīng)武器裝備發(fā)展多樣化的需求，而且有利于縮減武器裝備的品種、規(guī)格，穩(wěn)定產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，提高制造的重復(fù)性，促進新工藝、新設(shè)備的應(yīng)用和專業(yè)化水平的提高，解決武器裝備多樣化需求和批量生產(chǎn)之間的矛盾[2][4]。

電動伺服機構(gòu)是我國乃至當代國際武器裝備發(fā)展的趨勢，以其高可靠、輕小型、低成本、免維護的突出優(yōu)勢逐漸取代了傳統(tǒng)的電液及燃氣伺服系統(tǒng)。但是，我國電動伺服技術(shù)起步較晚、基礎(chǔ)薄弱、 “三化”水平較低，受社會環(huán)境與技術(shù)水平的制約，電動伺服機構(gòu)長期以來存在著零部件規(guī)格繁多、通用性差、保障維修困難等諸多問題，嚴重制約了我軍現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展，大力發(fā)展產(chǎn)品 “三化”迫在眉睫。

1 機電作動器的組成、結(jié)構(gòu)與分類

1.1 機電作動器的組成

電動伺服機構(gòu)由機電作動器、伺服控制驅(qū)動器及伺服電纜網(wǎng)等組成。機電作動器作為電動伺服機構(gòu)中最重要的單機設(shè)備，承擔(dān)著位移執(zhí)行機構(gòu)的使命，機電作動器主要由伺服電機、傳動機構(gòu) （齒輪副+絲杠副）、殼體組件、位移傳感器、機械接口等組成，如圖1所示。機電作動器的工作原理：在飛行過程中，電機接受指令并按照一定的轉(zhuǎn)速和方向旋轉(zhuǎn)，電機轉(zhuǎn)動經(jīng)傳動機構(gòu)轉(zhuǎn)換為機電作動器作動桿的伸縮，實現(xiàn)位移或角度動作。

圖1 機電作動器結(jié)構(gòu)組成

1.2 機電作動器的結(jié)構(gòu)層次

為實現(xiàn) “三化”設(shè)計的模塊化要求，機電作動器以功能劃分其組成，將機電作動器劃分成如圖2所示的若干零部組件形式，規(guī)范各組件接口，待形成系列化后，可以大大提高機電作動器的研制效率以及產(chǎn)品梯度。

圖2 機電作動器零部組件組成圖

1.3 機電作動器的分類

根據(jù)不同的分類方式，機電作動器主要分為：①根據(jù)輸出形式分為直推式、旋轉(zhuǎn)式；②根據(jù)安裝方式分為兩端支耳安裝、殼體固定安裝；③根據(jù)傳動方式分為齒輪傳動、齒輪齒條傳動、絲杠傳動等。

2 開展機電作動器 “三化”設(shè)計的意義與作用

開展機電作動器 “三化”設(shè)計可以：①減少重復(fù)勞動，大大提高效率；②提高繼承性，保證可靠性和產(chǎn)品質(zhì)量；③縮短研制周期，減少研制成本；④提高互換性，實現(xiàn)一機多用；⑤提高整體效益，利于長遠發(fā)展。

當代電動伺服技術(shù)的發(fā)展不僅需要繼承性，更需要創(chuàng)新性。繼承與創(chuàng)新是相輔相成的，繼承是為了高效地選用已有的成果，降低成本并縮短時間，創(chuàng)新是為了達到更高的性能要求而對以往的設(shè)計做出改進與更新。兩者的目的都是為了更好更快設(shè)計出高質(zhì)量的產(chǎn)品。 “三化”設(shè)計是要解決電動伺服機構(gòu)在一定范圍內(nèi)的共同要求，是對現(xiàn)有工作的總結(jié)與歸納，并適應(yīng)性的制定規(guī)范，以便于后續(xù)型號在選型上有一定的參考。對于有共性的零部組件可以直接選型采用，使質(zhì)量得以保證。但型號研制是具有特定戰(zhàn)術(shù)指標的作戰(zhàn)需求的，因此，必須既要滿足其特殊要求，也要兼顧 “三化”的設(shè)計要求。同時，在 “三化”設(shè)計的方針指導(dǎo)下，型號研制中的具有共同性的問題及專業(yè)技術(shù)問題需要由專業(yè)設(shè)計師共同商討并協(xié)調(diào)解決。

3 機電作動器 “三化”設(shè)計方案

多樣化、多研制、少生產(chǎn)是電動伺服機構(gòu)的特點，同時也是 “三化”設(shè)計所面臨的挑戰(zhàn)與追求的目標。機電作動器的特點非常有利于機電作動器的 “三化”設(shè)計的開展。在開展機電作動器研制過程中，要最大限度的提高型號產(chǎn)品的 “三化”水平，在規(guī)劃和研制時應(yīng)優(yōu)先采用 “三化”的零部組件，盡量選用優(yōu)先級器件。在滿足產(chǎn)品性能的前提下，盡可能降低零部件的類型和數(shù)量，以降低產(chǎn)品的復(fù)雜程度，提高產(chǎn)品的可靠性，具體的 “三化”設(shè)計方案如下。

a）機電作動器作為具有獨立功能的電動伺服系統(tǒng)單機，主要輸出形式有旋轉(zhuǎn)式和直線式，具體設(shè)計輸入有最大輸出負載 （力）、輸出行程（角度）、有無制動功能等要求。對此，制定機電作動器產(chǎn)品代號的命名規(guī)則，將作動器典型參數(shù)通過特定組成，形成單機代號。

對于實現(xiàn)通用化的機電作動器單機，后續(xù)編寫機電作動器設(shè)計流程、設(shè)計規(guī)范、技術(shù)條件模板等標準性文件。待形成一定體量后，編制機電作動器型譜，設(shè)計人員可根據(jù)總體需求，擇優(yōu)選取現(xiàn)有產(chǎn)品，實現(xiàn)機電作動器的通用化，以此降低設(shè)計、生產(chǎn)和管理成本。

b）將機電作動器按照不同的功能劃分為不同的模塊：電機模塊、傳動組件模塊、接口組件模塊、直線位移傳感器模塊。

“電機模塊”作為能源轉(zhuǎn)換裝置，把電池的電能轉(zhuǎn)化成機械能，是機電作動器的驅(qū)動裝置。針對已有型號采用的電機，將機械接口進行統(tǒng)計并形成型譜，方便后續(xù)選用；固化電氣接口，實現(xiàn)電氣接口的通用化；制定電機機械外形圖模板，明確關(guān)注的尺寸和公差。

“傳動組件模塊”又分為齒輪副組件模塊和滾珠絲杠副組件模塊。其中， “齒輪副模塊”作為一個獨立的單元進行設(shè)計、生產(chǎn)以及試驗，有利于研究齒輪副對機電作動器零位偏差、回程間隙、控制精度的影響。以齒輪副模數(shù)、減速比、承載能力等重要參數(shù)為基準，形成系列化和模塊化，規(guī)范齒輪副的接口，實現(xiàn)與其它組件的快速選配。 “滾珠絲杠副模塊”作為外購件，亟需制定詳細規(guī)范的技術(shù)要求，并規(guī)范絲杠副與齒輪、軸承的接口，既可實現(xiàn)高效準確完整的對外溝通，又能實現(xiàn)絲杠副的通用化使用。

“接口組件模塊”分為固定支耳組件模塊和螺栓件組件模塊。這兩部分組件模塊也可根據(jù)接口進行規(guī)范化，統(tǒng)一尺寸和規(guī)格，達到穩(wěn)定質(zhì)量、降低成本的目的。機電作動器接口按功能分為機械接口、電氣接口，按位置關(guān)系分為外部接口、內(nèi)部接口。針對機電作動器接口的系列化、模塊化設(shè)計，需要收集整理現(xiàn)有型號作動器的外部機械接口、內(nèi)部機械接口形成系列，制定接口設(shè)計模板，并制定相關(guān)的設(shè)計規(guī)范。

“直線位移傳感器模塊”用于測量機電作動器的直線行程，是機電作動器不可或缺的部件。把傳感器作為通用件進行設(shè)計和管理，形成選型目錄，制定技術(shù)要求模板及規(guī)范。

c）機電作動器物料包括直屬件、標準件、外購件、輔料等。其中， “直屬件”包括殼體、作動筒、固定支耳件、螺栓件、齒輪等； “標準件”包括螺釘、鋼絲螺套、平墊、彈墊、螺母等； “外購件”包括電機、滾珠絲杠副、電位器、軸承、連接器等； “輔料”包括潤滑脂、螺紋膠、硅橡膠、熱縮管、漆、不銹鋼絲等。對于機電作動器各物料的標準、技術(shù)要求等信息，統(tǒng)一規(guī)范，形成選用目錄，減少物料種類，實現(xiàn)快速設(shè)計和快速采購的目的。

4 做好機電作動器 “三化”管理工作

機電作動器是電動伺服機構(gòu)中的重要單機設(shè)備，而電動伺服機構(gòu)又是未來武器裝備的發(fā)展趨勢，其 “三化”工作勢在必行。電動伺服機構(gòu)正朝著多平臺、多用途、系列化、模塊化、低成本、高效率、高可靠的方向發(fā)展，同時要求降低研制風(fēng)險、縮短研制周期、節(jié)省研制經(jīng)費，全面提升其可靠性、維修性和保障性等綜合性能。但 “三化”設(shè)計是一個循序漸進的過程，不可能一蹴而就，需要在工程實踐中不斷更新和完善。

在對產(chǎn)品進行 “三化”實施的過程中，除了要求設(shè)計師對 “三化”工作的思考和設(shè)計外，也需要加強管理部門對 “三化”過程的監(jiān)督管理。

a）要充分發(fā)揮質(zhì)量部門對體系的監(jiān)督管理與實施落地的作用，在研制的各個環(huán)節(jié)中，按標準化、質(zhì)量等有關(guān)規(guī)定對設(shè)計文件進行 “三化”審查，對不符合規(guī)定的，一律駁回并按 “三化”要求進行修改。

b）組織多種形式的 “三化”培訓(xùn)，尤其是“三化”的基本概念、 “三化”的重要性和必要性、 “三化”如何落實等相關(guān)文件的宣貫等，內(nèi)容需要多方面、全方位，讓參與產(chǎn)品研制的所有設(shè)計人員和管理人員從深層次上認識到 “三化”設(shè)計的精髓。

c）發(fā)揮 “三化”設(shè)計人員的作用，除制定“三化”方案、編制 “三化”規(guī)范外，還應(yīng)在研制階段參與方案的評審及設(shè)計文件的會簽，監(jiān)督“三化”的落實情況，確保 “三化”設(shè)計不是空洞的形式，而是實在的行動。

我們肩負著關(guān)系國家命脈的電動伺服機構(gòu)的研制生產(chǎn)任務(wù)，為了更快更好地加快國家發(fā)展以及趕超國際水平的需要， “三化”設(shè)計是電動伺服型號研制中的一個必不可少的環(huán)節(jié)，“三化”工作的好壞將直接影響型號產(chǎn)品的質(zhì)量，只有全體設(shè)計人員、管理人員將 “三化”工作貫穿到整個研制過程，才能創(chuàng)造出最優(yōu)的 “三化”設(shè)計成果，研制出軍方滿意的電動伺服機構(gòu)。