典型發(fā)射車控制系統(tǒng)產(chǎn)品保障性設(shè)計流程分析

王志勇、劉海陽、劉佑民 /北京航天發(fā)射技術(shù)研究所

發(fā)射車控制系統(tǒng)（以下簡稱車控系統(tǒng)）主要由電氣設(shè)備組成，相對于機械設(shè)備，其特點為非直觀性，控制系統(tǒng)在出現(xiàn)故障后的問題定位往往具有一定的難度，一般需要獲取產(chǎn)品出現(xiàn)故障時的信息，或者需要專門的測試設(shè)備采集必要的信息進行分析和判斷。發(fā)射車用戶一般會報備修理部門，專職進行裝備維修，但維修人員又不具備對電液系統(tǒng)的復(fù)雜故障定位能力，同時缺少故障定位所需的測試設(shè)備，因此產(chǎn)品一旦出現(xiàn)問題，就需要設(shè)計人員前往現(xiàn)場進行處理。

目前，車控系統(tǒng)產(chǎn)品研制中存在的主要問題包括：在方案設(shè)計階段同步開展的保障性設(shè)計工作較少，保障性設(shè)計定性分析多，實質(zhì)性設(shè)計內(nèi)容少，保障性設(shè)計未有效促進維修性、測試性設(shè)計，產(chǎn)品固有的保障性水平低。因此，在產(chǎn)品交付后，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品測試、維護、維修困難；產(chǎn)品出現(xiàn)故障后，用戶難以自行定位處理，需要耗費大量人力進行售后服務(wù)。

一、典型發(fā)射車控制系統(tǒng)說明

車控系統(tǒng)通過CAN 網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)發(fā)射車展車、起豎（回轉(zhuǎn)）、撤收、導(dǎo)彈解鎖、導(dǎo)彈鎖緊等工作。典型的車控系統(tǒng)由人機交互計算機、主控單元、通用單元、多路閥驅(qū)動器、電機控制單元、操控單元、集線裝置、車控系統(tǒng)電纜網(wǎng)以及各類傳感器和執(zhí)行器件組成，如圖1 所示。

除操控單元外，其他設(shè)備均用于自動流程控制，操控單元是進行緊急撤收時使用的設(shè)備。車控系統(tǒng)是基于CAN 總線的分布式控制，其核心為1 個主控節(jié)點（主控單元）和多個底層節(jié)點，主控單元實現(xiàn)與人機交互計算機（上位機）的命令交互，主要完成調(diào)平、起豎等流程控制，按流程要求將開閥、關(guān)閥指令發(fā)送至各個底層CAN 節(jié)點，各底層節(jié)點實現(xiàn)對執(zhí)行機構(gòu)的控制及傳感器信號采集。

二、使用保障性分析

1.產(chǎn)品轉(zhuǎn)運

車控系統(tǒng)除裝車產(chǎn)品外，還包括技術(shù)中心庫設(shè)備、備件、通用專用工具等小件產(chǎn)品，需要進行轉(zhuǎn)運工程的保障性設(shè)計。

為了確保小件產(chǎn)品運輸過程的安全可靠，應(yīng)放置干燥劑，采取抽真空密封、運輸減振等措施；為了便于運輸、碼放，應(yīng)遵循總體制定的產(chǎn)品包裝防護統(tǒng)一要求、包裝箱制作統(tǒng)一要求；備件、工具等應(yīng)遵循總體統(tǒng)一編號規(guī)則進行標(biāo)識，便于用戶識別、使用，將相關(guān)保障性設(shè)計需要落實到產(chǎn)品技術(shù)條件中。

2.產(chǎn)品貯存

車控系統(tǒng)涉及到貯存的產(chǎn)品包括裝車設(shè)備及技術(shù)中心庫的設(shè)備、備件、通用/ 專用工具等。對于不經(jīng)常使用的備件、通用/ 專用工具等產(chǎn)品，可以直接采用產(chǎn)品轉(zhuǎn)運的包裝箱進行貯存；對于經(jīng)常使用的技術(shù)中心庫設(shè)備，需要設(shè)計結(jié)實耐用的產(chǎn)品包裝箱，并且便于用戶搬運及使用。車控系統(tǒng)產(chǎn)品貯存的一般溫度要求是5 ℃～35 ℃，相對濕度是30%～75%，防雨防潮。產(chǎn)品在貯存期間應(yīng)每隔3 個月通電一次，每次不少于30 分鐘。為了應(yīng)對長時間貯存，產(chǎn)品應(yīng)進行防霉菌、鹽霧設(shè)計。

圖1 車控系統(tǒng)組成框圖

3.日常訓(xùn)練

根據(jù)用戶需求，日常訓(xùn)練分為實車操作和模擬訓(xùn)練2 種。

（1）實車操作

在實車操作中，車控系統(tǒng)需要的保障條件將在維修/ 維護保障設(shè)計中進行分析，特殊之處在于車控系統(tǒng)需要配置應(yīng)急撤收設(shè)備，如手動操控單元可以作為裝車設(shè)備，也可以作為技術(shù)中心庫設(shè)備，實現(xiàn)在自動程序無法收車的情況下手動收車。手動操控單元作為裝車設(shè)備時，需要與總體協(xié)調(diào)，將設(shè)備面板置于車體側(cè)面便于用戶操作和觀察動作的位置。手動操控單元作為技術(shù)中心庫設(shè)備時，使用中需要連接至發(fā)射車，應(yīng)與總體協(xié)調(diào)，將連接點置于用戶便于操作的位置。

（2）模擬訓(xùn)練

在模擬訓(xùn)練中，車控系統(tǒng)一般涉及發(fā)射流程的相關(guān)訓(xùn)練，需要配置彈體等效設(shè)備，在地面散態(tài)狀態(tài)下可以正常執(zhí)行發(fā)射流程。車控等效設(shè)備應(yīng)采用市電供電，便于用戶在散態(tài)狀態(tài)下操作。

（3）作戰(zhàn)使用

車控系統(tǒng)作戰(zhàn)使用的相關(guān)保障性設(shè)計與實車操作一致。

三、維修保障性分析

產(chǎn)品維修是指產(chǎn)品在使用中出現(xiàn)問題或在維護檢查中發(fā)現(xiàn)問題后，開展產(chǎn)品功能和性能恢復(fù)工作。車控系統(tǒng)維修保障性設(shè)計步驟如圖2 所示。

1.故障模式及影響分析（FMEA）

FMEA 是開展保障性分析的基礎(chǔ)，典型車控系統(tǒng)FMEA 示例見表1。其中，故障測試方法為故障定位方法，目標(biāo)是定位至系統(tǒng)最小可更換單元。通過FMEA分析，列出典型車控系統(tǒng)每一個產(chǎn)品可能的故障模式，并分析故障模式產(chǎn)生的原因。

圖2 維修保障性設(shè)計步驟

表1 典型車控系統(tǒng)FMEA示例

通過FMEA 分析，得出設(shè)計改進措施和使用補償措施，獲取可靠性設(shè)計需求，可以有效降低故障模式發(fā)生的概率，降低故障的處理難度。產(chǎn)品維修方式由工業(yè)部門負責(zé)維修優(yōu)化為用戶自行維修，降低了產(chǎn)品保障難度和成本。

2.維修項目確定

通過FMEA 分析，得出典型車控系統(tǒng)產(chǎn)品可能涉及的維修項目，以及在施加設(shè)計改進措施和使用補償措施后的維修方式，示例見表2。

表2 維修項目確定示例

3.故障確認流程分析

通過分析故障確認流程，確定故障確認的保障條件，同時提出測試性設(shè)計需求。為了保證車控系統(tǒng)在出現(xiàn)故障時能夠準(zhǔn)確定位，需要分析FMEA 每一個故障模式的確認方法和手段，以及必要的通用測試設(shè)備和專用測試設(shè)備。故障模式確認方法、保障條件分析示例見表3。

表3 故障模式確認方法和保障條件分析示例

故障確認方法的原則是：可以快速更換的產(chǎn)品，如接近開關(guān)，直接更換確認；不可快速更換的產(chǎn)品，如編碼器、控制單元等，通過測試和排除法確認故障。

4.故障修復(fù)流程分析

通過分析故障修復(fù)流程，確定故障修復(fù)的保障條件，同時提出維修性設(shè)計需求。以傾角傳感器故障修復(fù)流程分析為例，傾角傳感器一般放置于車體尾部或中部，外罩保護蓋，用于測量車體水平度，作為車體調(diào)平控制的基準(zhǔn)。傾角傳感器換件流程分析見表4。

近年來，車控系統(tǒng)一般采用分布式控制方式取代集中式控制方式，系統(tǒng)組成由多小型化單機取代大機箱多印制板集成的方式，產(chǎn)品維修由單機直接更換取代開箱換板的方式，有效降低了產(chǎn)品維修難度。

四、維護保障性分析

產(chǎn)品維護，也稱預(yù)防性維修，是指為了確保產(chǎn)品處于良好的工作狀態(tài)所開展的產(chǎn)品性能檢查、標(biāo)校、損耗件定期更換等操作。維護保障性分析步驟如圖3所示。

1.維護項目確定

維護工作分類一般包括：保養(yǎng)、操作人員監(jiān)控、使用檢查、功能檢測、定時拆修、定時報廢。通過故障模式及其原因分析來確定維護工作項目，確定其工作類型和工作時機，示例見表5。某些原因所產(chǎn)生的故障模式，只能通過維護工作提前發(fā)現(xiàn)，無法通過維護工作解決的，必須進行修復(fù)性維修。

表4 傾角傳感器換件流程分析

圖3 維護保障性分析步驟

2.維護流程分析

通過維護流程分析，確定維護的保障條件，同時提出測試性設(shè)計需求。車控系統(tǒng)以電氣產(chǎn)品為主，維護相對簡單，其流程分析示例見表6。

表5 維護項目確定示例

表6 維護流程分析示例

五、保障性設(shè)計輸出

保障性設(shè)計輸出包括保障設(shè)備配套、專用設(shè)備的設(shè)計要求、保障設(shè)備使用維護手冊和產(chǎn)品使用維護手冊，其中保障設(shè)備包括備件、專用測試設(shè)備和工具、通用測試設(shè)備和工具、耗材等，同時形成系統(tǒng)可靠性、測試性、維修性設(shè)計需求。

發(fā)射車控制系統(tǒng)保障性設(shè)計與可靠性、測試性、維修性密切相關(guān)，需要在產(chǎn)品方案階段綜合考慮。在產(chǎn)品生產(chǎn)交付后，前期保障性設(shè)計工作的缺失，會給后續(xù)售后服務(wù)工作帶來很大的難度，產(chǎn)品的固有保障性難以得到提升，因此需在產(chǎn)品研制過程中盡早啟動保障性設(shè)計的相關(guān)工作。▲