六性設計方法在自動操舵儀中的應用分析

海軍駐九江地區軍事代表室 范 鄒

1.前言

隨著新時期新裝備發展的客觀需要，如何運用好可靠性、維修性等六性工程方法提高裝備的研制質量，是當前和今后武器裝備科研工作的重要方面之一?！段淦餮b備質量管理條例》中也明確指出：“武器裝備研制、生產單位應當運用可靠性、維修性、保障性、測試性和安全性等工程技術方法，優化武器裝備的設計方案和保障方案?！贝撕笤诖宋逍曰A上又增加了環境適應性要求，也就是我們俗稱的“六性”。

某新型自動操舵儀，針對批量生產、試驗和交付的特點，在研制階段深化六性設計，有力地推進了研制質量的進一步提升，為保證產品實物質量打下了堅實的基礎。本文將簡要分析所開展的六性設計工作。

2.裝備簡介

該新型操舵儀具有自動、隨動和應急三種操縱方式，由主操縱臺、簡易操縱臺、左反饋機構、右反饋機構組成。組成框圖如圖1所示圖。

3.六性設計

3.1 可靠性設計

圖1 組成框圖

依據可靠性指標，建立相應的可靠性框圖，采用通用元器件計數法進行可靠性預計。為此，開展了建立可靠性工作計劃、編制可靠性保證大綱、建立可靠性模型、進行可靠性分配、進行可靠性預計、建立故障模式和影響分析（FMEA）、確立可靠性關鍵件和重要件、進行軟件可靠性設計和進行分級環境應力篩選等工作。通過開展上述的一系列研制工作，保證了裝備的可靠性滿足要求。

3.2 維修性設計

維修性指標按規定值進行分配。根據維修級別，分層次分配到影響系統維修性的部分，對基層級維修分配到現場可更換單元。采用故障率分配法進行分配，對結果進行調整，并對調整后的結果進行驗證。

在該裝備的維修性設計方案中，采用了基層級、中繼級、基地級三級梯形維修策略；所有電路板均為模塊化設計，分別完成不同的功能，能根據故障出現時功能喪失的情況很快判斷故障電路板；標準化設計，所有模塊的輸入、輸出信號為標準信號，互換性好，更換方便；故障檢測設計，分內部故障檢測、舵機故障檢測、通訊接口故障檢測等。通過上述設計措施，較好地開展了維修性設計。

3.3 測試性設計

測試性設計時將控制設備按功能分為核心數字電路、串行通信接口、輸入通道和輸出通道，采用總線連接方式。核心數字電路、通信接口、輸入通道、輸出通道采用BIT(Bulit-in-Test，設備機內測試)設計。

(1)核心數字電路的BIT設計

系統核心數字電路主要包括處理器和存儲器。處理器故障一般有寄存器故障、指令譯碼和控制單元故障、數據處理故障等類型，可通過監測處理器執行特定測試程序的結果來檢測故障，典型的處理器檢測方法有看門狗定時器檢測、處理器指令檢測等方法。存儲器故障一般有存儲矩陣故障、譯碼故障、讀寫邏輯故障等類型，這些故障的發生都會表現為讀寫存儲器錯誤，因此可以運行不同特征的程序來檢測存儲器故障。

(2)通信接口的BIT設計：

設備中存在的通訊接口故障一般有發送信號固定、接收信號固定、發送信號線開路、接收信號線開路等類型。根據這些故障模式，采用硬件上的發送與接收回繞檢測方法和軟件校驗檢測方法實現對故障的檢測。硬件上利用檢測控制開關回繞通信接口的發送端到接收端進行自發自收檢測。

(3)輸入通道的BIT設計

輸人通道包括傳感器和傳感器信號處理電路，傳感器信號既有模擬信號又有數字信號，處理電路也不盡相同，但是故障最終都表現為突變、漂移和恒定。先劃分信號處理電路和傳感器兩個故障層次，分別進行信號調理電路回繞檢測和傳感器信號驗證檢測。

(4)輸出通道的BIT設計

執行機構驅動電路有模擬量驅動電路和開關量驅動電路。電子控制系統的執行機構包括電磁閥、比例閥等，這些執行機構均為感性負載，所需的驅動信號為電流信號。由于驅動電路和執行機構具體的故障現象和原因很復雜，準確檢測出故障非常困難，但故障最終都會表現為執行機構的動作失控。將故障定位為驅動電路故障和執行機構故障兩個層次，分別采用驅動電路回繞檢測和執行機構位置跟蹤檢測的方法。

3.4 保障性設計

設備固有可用度Ai要求較高，因此按相應的標準規范做好保障資源的規劃工作。設計制造時要求盡量采用標準件、通用件及標準接口(包括物理接口和功能接口)，除做好設備的互換性設計工作外，還從以下幾個方面開展保障性設計工作：

(1)優先采用通用化、系列化、組合化（模塊化）設備、工具、組件和零部件，減少品種規格，降低設備的復雜程度；

(2)充分考慮各種資料的格式統一，并同時交付電子化技術資料；

(3)操作使用方便，減少人為因素引起差錯的可能；

(4)備品備件、保障設備和工具配置合理，易于更換、操作；

(5)按相關要求進行人員培訓。

3.5 安全性設計

多操舵部位選擇，操舵儀提供二個操舵部位，在其中任一部位功能失效或損壞，可在3秒內切換至另一操舵部位繼續操縱。多操舵方式，操舵儀提供自動、隨動、簡易三種操舵方式，相互任意切換，保證操舵控制功能的完好。操舵儀監測本身發出的操舵指令信號和舵機反饋回的舵令執行信號，可有效的判斷跑舵或卡舵故障，為操舵艦員和指揮員提供判斷信息，避免因上述故障導致的航行安全事故或隱患。此外，還采取了操縱面板只設置必備的控制開關和調節旋鈕，避免誤操作帶來的操縱危險；凡峰值電壓高于55V的端頭和裸露部分，均有保護措施或高壓警告標志等技術措施，確保了裝備的安全性。

3.6 環境適應性設計

在環境適應性設計階段，嚴格遵循以下原則開展設計：

(1)針對設備最惡劣的工作環境，采取適當的防護措施；

(2)制定元器件大綱；

(3)元器件、零部件均采取降額使用，電子元器件進行降額設計，關鍵部位采用Ⅰ級降額設計；

(4)制定環境適應性要求和控制計劃(含系統參數、試驗計劃)。

設計方案中采取選用加固顯示設備和加固微機箱、元器件及電路板經過環境應力篩選、電路板涂三防漆、設備臺體為由合金鋁鑄造而成且內有加強筋等設計措施。通過上述舉措，確保了設備能滿足軍用設備環境試驗條件要求。

4.結語

通過開展上述的六性設計工作，從源頭抓起把好裝備質量關，較好地降低了研制風險，為之后的生產、試驗、交付和保障奠定了良好的基礎。但同時也應看到，開展六性設計工作需要前期做大量細致的工作，進行周全的策劃與實施。當前對六性的認識還需要進一步深入，六性設計水平還有很大的提升空間。推動六性技術在各型裝備研制中的更好地運用，是今后努力的方向，會對裝備質量發展有很大的促進作用。

[1]徐杰.武器裝備發展的可靠性、維修性和保障性[J].船電技術,2003(3).

[2]邱惠民.船舶自動操舵儀綜述[J].船舶設計通訊,2001(2).