地空導彈制導雷達深度恢復性延壽修理方式研究*

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地空導彈制導雷達深度恢復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 防空反導學院，陜西 西安710051； 2. 中國人民解放軍93655部隊，北京101500)

摘要：根據(jù)地空導彈制導雷達結構和維修數(shù)據(jù)，分析了典型多功能相控陣制導雷達的壽命規(guī)律，提出了“深度恢復性修理”思想，并對深度恢復性修理的特點、修理項目類別和主要作業(yè)進行了研究。工程實踐表明，采用“深度恢復性修理+技術改造”的修理方式后，一方面使裝備的可靠性得到恢復，又使其性能得到提升，延長其技術壽命。研究內(nèi)容為防空導彈制導雷達及其他復雜軍用電子設備的延壽修理提供了新的思路。

關鍵詞：地空導彈制導雷達；故障規(guī)律；延壽修理；深度恢復性修理

0引言

目前，先進的地空導彈武器系統(tǒng)多采用多功能相控陣雷達作為制導雷達，多功能相控陣雷達完成搜索跟蹤識別目標、照射目標、制導導彈等多種任務，是地空導彈武器系統(tǒng)的核心裝備，對整個武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)使用起著至關重要的作用。

理論上認為，由于電、機械和環(huán)境應力的交替作用，使雷達中部分電子、機電、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)術技術指標不同程度退化，如果繼續(xù)使用，必須進行“大修”(或稱“翻修”)。因此，必須研究制導雷達的延壽修理問題。

1多功能相控陣制導雷達壽命規(guī)律分析

1.1故障規(guī)律

制導雷達是一個大型的可修復的復雜電子設備，其結構按維修可更換單元劃分組成如圖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。

對于可修復的復雜電子設備，其故障或失效，都可通過不同級別的維修來恢復或修復。從理論上講，一個設備的故障率隨時間推移，可分為早期故障期、隨機(偶然)故障期和耗損故障期，可用浴盆曲線說明制導雷達的故障率規(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，則分為多種類型[1]。由于整個雷達使用壽命很長，所以，可能在使用壽命期間維修或更換若干次[2]。

通常規(guī)定一個故障率值，把故障率比規(guī)定值小的服役期(時間)長度，稱為使用(服役)壽命或有效壽命。實際上，一個復雜電子設備的壽命期很長，可達20~40年，但由于技術進步，元器件的更新?lián)Q代，使維修獲取元器件費用越來越高，導致維修費大于承受能力，且新的替代設備性能更好。這樣，期望壽命往往不是由故障率決定，由維修費用是否高于規(guī)定值來決定。

國外研究證明，在復雜的設備中，大多數(shù)故障與設備使用時間無關。因此，不能通過定期大修來避免設備的故障。統(tǒng)計表明，維修對設備干預程度很大，在設備良好狀態(tài)進行維修，可能會產(chǎn)生新的、大量的其他故障模式[2]。因此，決定一個設備是否解體大修，必須認真考慮，科學決策，當有把握證明大修后設備故障率小于大修前，或設備狀態(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，重新采購費用又不十分昂貴時，才考慮解體大修。

1.2對制導雷達壽命的幾個觀點

(1) 故障率在一段時間增加，不一定預示接近耗損期

在期望的使用壽命期，故障率隨時間本來應當是波動的，當部隊遇有演習訓練或執(zhí)行作戰(zhàn)任務時，對裝備狀態(tài)高度重視，開機訓練頻繁，且每次開機工作時間較長，使不工作時間減小，導致故障率上升，這是裝備使用中的可靠性規(guī)律，不是耗損期將要來臨的征兆。

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

維修登記資料和對失效元器(組)件的失效機理分析，證明了一些致命的故障是由設計或制造缺陷造成，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，如接收機的中頻放大器；還有些故障(失效)，是由于頻繁的維修、干預造成的，如某型制導雷達設備艙的接收機的同步與控制組合，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)斷線和維修時碾壓線纜的現(xiàn)象，致使線纜外導體斷開、腐蝕而失效[3-4]。

(2) 對雷達的壽命評估應當采用科學的方法

上只憑故障率的增加來判斷制導雷達耗損的來臨，在理論和實踐上都是不合理的。可以采用加速試驗法、連續(xù)開機法等。為了檢驗已服役15~20年的某型制導雷達是否到達耗損期，曾對我國南(炎熱)、北(寒冷)、東(鹽霧)、西(沙塵)方向的4套制導雷達連續(xù)400 h開機試驗，均未得到耗損失效數(shù)據(jù)，它們的平均無故障時間均很穩(wěn)定。

(3) 對某些部、組件再制造，提高系統(tǒng)可靠性，以延長使用壽命

一些制導雷達，由于采用的是20世紀七、八十年代初的技術，有些元器件可靠性較低，如中頻放大器模塊；有些組件設計和制造工藝存在問題，如組合印刷電路底板；有些分系統(tǒng)在維修性設計方面存在問題，造成維修對裝備的可靠性干預過強，如組合線纜被碾壓的問題等。在保證性能的前提下，利用目前的先進技術進行再制造，是可行的，而且是延長使用壽命所必須的。

(4) 延壽修理關鍵模塊的確定

多功能相控陣制導雷達一般由39個功能結構模塊組成，但從與可靠性和延壽修理相關程度來看，它們的作用卻大不相同。可采用下面原則剔除對延壽修理關聯(lián)小的模塊，即

·結構獨立，可單獨延壽修理且又不嚴重影響戰(zhàn)備的模塊；

·通用性強，國內(nèi)能較順利修理的模塊；

·故障率極低，且備件較多的模塊；

·隨機資料。

剔除33個模塊、還剩下6個與延壽修理相關極大的模塊。它們的可靠性邏輯呈鏈狀，如圖3所示。

圖3　制導雷達延壽修理關鍵模塊可靠性框圖Fig.3　Reliability chart of guidance radar key　　　module about prolonging life

2制導雷達延壽修理方式

2.1深度恢復性修理

深度恢復性修理，是對設備使用中已證明那些關鍵的、失效率高的器(組)件進行檢測、校正、調整和更換，使設備達到規(guī)定狀態(tài)的修理方式。所謂深度，是指要完成部隊在陣地無條件完成的修理項目；所謂恢復性，是對使用中證明失效率高或已失效但經(jīng)采用補救措施后目前堪用的部(組)件進行更換，使裝備基本恢復到原有的可靠性水平。

深度恢復性修理的思想，是依據(jù)可持續(xù)發(fā)展的觀點，綜合綠色維修、預知維修的現(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)律和我國電子裝備的實際而得出的。它不同以往所謂將設備從車廂“掏空”式大拆大卸修理或大修，它只對已經(jīng)證明或確定的預知失效部位進行修理(更換、再制造、調整、檢測等)。

2.2深度恢復性修理的特點

(1) 體現(xiàn)精確維修

制導雷達是一個極復雜的大系統(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踐證明，只有對耗損型設備，實施定期大修更換才有意義。而構成該雷達的器(組)件的故障，不僅有耗損型器，也有和時間無關型器(組)件。采用逐個確定耗損型器(組)件并予以更換，體現(xiàn)了精確維修，延長了雷達的壽命[12]。相對而言，過去采用的大卸大拆“大修”方式，是一種沒體現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展、與環(huán)境和經(jīng)濟等不太和諧的粗放維修方式[4]。

(2) 使裝備獲得長期可靠性增長

復雜設備出廠投入使用后的一段高故障率時期，稱為早期故障期，它是由設計、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、不適當引起的。通過查找每次故障的原因并進行科學、認真處理后，將使故障率逐漸降低[9-10]。但對于制導雷達，由于構成的元器件數(shù)量大、類型繁多，特別是專用、非標準的器(組)件很多。因而，設計、制造缺陷的暴露需要較長的時間，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，在雷達壽命期內(nèi)，電子器件可靠性水平會有大幅度提高，用高可靠性器件更換低可靠性器件，也必帶來整個設備在壽命周期內(nèi)的可靠性增長。

2.3深度恢復性修理關鍵件的確定

將組成某型照射制導雷達的46萬余個元器(組)件分為15個類別，根據(jù)部隊有無修理能力(指非換件修理能力)，又分為兩簇，如圖4所示。對15類元器(組)件可按圖5中的流程進行篩選。如經(jīng)統(tǒng)計部隊維修記錄，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，作為延壽修理關鍵器(組)件。

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

圖5　篩選制導雷達關鍵器(組)件類別流程圖Fig.5　Flow chart of selecting the key part type

事實上，從印刷電路板的失效模型也可判斷并得出組合底板應選為制導雷達延壽修理的關鍵器(組)件，按失效影響度E、失效出現(xiàn)頻率P、檢測或查找失效難度α和失效修復難易度β4個因素，構建關鍵元器(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鍵度，或失效后對戰(zhàn)備影響的致命程度；E為元器(組)件對系統(tǒng)工作的影響程度(分為5個等級)；P為元器(組)件失效出現(xiàn)的頻率；α為檢測或查找元器(組)件失效的難易程度(分為3個等級)；β為失效修復(更換)的難易度(分3個等級)。

根據(jù)劃分的等級對E，P，α，β進行評分，其等級與評分標準如表1所示。

將評分輸入到元器(組)件失效模式效應和后果分析(關鍵性分析)模型中，得到關鍵(致命)度評分，此評價(分)是由表3中的描述及其評分得到的。顯然，最高的關鍵(致命)度標準為

表1　制導雷達元器(組)件關鍵度影響因素及評分(等級)表

MaxC=(maxE)(maxP)[(maxα)+

(maxβ)]=5×3×(3+3)=90，

最低的致命度標準為

MinC=(minE)(minP)[(minα)+(minβ)]=

1×1×(1+1)=2.

為更有效地篩選出關鍵器(組)件，將2~90分為5級，即第5級取51~90，指對作戰(zhàn)或戰(zhàn)備影響極嚴重，即極其關鍵；第4級取31~50，指對作戰(zhàn)或戰(zhàn)備影響大；第3級取21~30，指對作戰(zhàn)或戰(zhàn)備有中等影響；第2級取11~20，指對作戰(zhàn)或戰(zhàn)備影響小；第1級取2~10，指對作戰(zhàn)或戰(zhàn)備幾乎無影響。

根據(jù)評分排列，有7類元器(組)件是制導雷達延壽修理的關鍵器(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類器(組)件做為關鍵件，這樣，便可以解決制導雷達延壽修理中的大部分技術問題。

2.4制導雷達深度恢復性修理項目類別

深度恢復性修理比以往實施的中修內(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、裝和調試，因此，一般在專門修理廠或修理基地進行。建議深度恢復性修理的主要過程如圖6。

修理需求——由部隊裝備部門提供。主要是根據(jù)多年使用裝備的經(jīng)驗和維修記錄，明確本套裝備的問題，提出需修理項目和調整、校正的參數(shù)等。

聯(lián)合測試——由修理廠(基地)和部隊技術人員察看裝備狀況，測試裝備的參數(shù)或檢查故障(失效)部位，對待修裝備做出狀況評估，確認和修訂修理需求。

確定修理大綱——由修理廠(基地)技術人員制定和組織評審。修理大綱主要包括修理目的、修理要求、修理項目、修后檢測和試驗項目及要求等。

圖6　深度恢復性修理主要過程Fig.6　Main process of deeply resuming repair

制定修理細則——由修理廠(基地)技術人員完成。主要包括按修理裝備的分系統(tǒng)或項目撰寫修理要求、修理細則、修理實施步驟、工藝及檢測參數(shù)要求和檢測方法等。

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

調試、試驗——由修理廠(基地)技術人員和接收部隊派出的技術人員共同完成。按調試細則和試驗細則逐項完成調試和試驗。調試主要包括分系統(tǒng)調試、系統(tǒng)調試，對參數(shù)超差或不穩(wěn)的分系統(tǒng)，應進行評估和排除；試驗主要包括跑車、淋雨試驗等，試驗后，應測量參數(shù)的變化，對超差的分系統(tǒng)應檢查排除。

根據(jù)對延壽關鍵器(組)件的篩選分析，結合裝備維修的相關要求，考慮到裝備維修不可能僅僅修理關鍵件，所以將表2中的項目類別可作為深度恢復性修理的選擇項目。

表2　制導雷達延壽修理主要項目類別

根據(jù)確定的修理項目類別，要對制導雷達實施深度恢復性修理，其作業(yè)內(nèi)容包括：調查、觀察、檢查、修補、維護、檢測、調整、校正、查故障、診斷、修理、更換、仿造、再制造、試驗補充計量和校準等[10-13]。

3結束語

深度恢復性修理中的深度，是指修理項目內(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；恢復性，是指根據(jù)裝備的狀況和部隊的維修記錄，科學而有選擇的對裝備不同組件、部位、分系統(tǒng)等進行修補、調整、再制造、仿制、更換等。

目前構成電子設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構，使其更易于維修(更換)。所以，電子裝備的壽命比預計要長且易于維修。目前的科學技術進步很快，元器件更新周期縮短，在裝備的壽命周期內(nèi)必對器件、分系統(tǒng)的更新提出需求。因此，采用“深度恢復性修理+技術改造”，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，又使其性能得到提升，延長其技術壽命。

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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

中圖分類號：TJ760.7

文獻標志碼：A

文章編號：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)長樂東路甲字一號導院一部E-mail：wangjun197618@163.com

作者簡介：王君(1975-)，男，吉林東豐人。副教授，博士，主要研究方向為地空導彈武器系統(tǒng)總體。

* 收稿日期：2014-06-25；
修回日期：2014-08-10