艦船電子裝備老化管理及實現(xiàn)

劉靜，王飛

（1.武漢第二船舶設計研究所，湖北 武漢 430064；2.中國船舶集團有限公司第六〇五研究院，廣東 廣州 510250）

1 引言

老化是指平臺、系統(tǒng)、設備和部件的物理特性隨時間或使用而逐漸改變的過程。在艦船全壽命服役期內(nèi)，各類裝備特別是電子裝備某種程度上都會發(fā)生物理性能逐漸劣化，出現(xiàn)或多或少功能降級的老化現(xiàn)象。老化過程可能涉及單一的老化機理或者幾種老化機理的組合，影響電子裝備老化速度和導致老化的原因各有不同，涉及到設計特性、運行特性、外部環(huán)境和使用強度等。

隨著艦船在其全壽命服役期內(nèi)的老化問題日益凸顯，急需建立一套老化管理信息系統(tǒng)，使得艦船老化管理逐步走向成熟，成為貫穿艦船全壽命期間的預防性維修保障管理工作中不可或缺的重要一環(huán)。

2 艦船老化管理對象的特點和老化管理目的

艦船通常需要進行老化管理對象一般都具備如下特點：①具有復雜組成、技術要求高、含多項關鍵部件的重大裝備；②往往存在現(xiàn)有常規(guī)保障條件對其技術保障深度不夠，可達性差、平時不具備拆卸條件和檢測困難的共性難點，因此基于以上特點和原則對老化管理對象予以選取。

通過老化管理，可以達到如下三個目的：

（1）為預防性維修保障提供數(shù)據(jù)支撐。艦船老化管理過程中通過監(jiān)測重點管理對象或共性老化現(xiàn)象的運行情況會積累大量的監(jiān)測數(shù)據(jù)、運行數(shù)據(jù)、維修歷史數(shù)據(jù)、分析評估數(shù)據(jù)。通過這些數(shù)據(jù)，可合理確定裝備維修項目、維修范圍和維修深度，為用裝過程中的科學維修和精準保障提供有力支撐。

（2）提高艦船安全性。通過艦船老化管理，可將管理對象預期的老化程度降到最低，從而最大限度避免因老化引起的故障或事故，進而達到提高艦船安全性的目的。

（3）提高維修保障技術能力。在艦船老化管理工作中，通過各項管理工作，可有效提高裝備保障技術人員的故障分析和預判能力，使得裝備保障技術實力得到進一步提高。

3 功能設計

為做好老化管理工作，建設裝備老化管理信息系統(tǒng)首當其沖。

老化管理信息系統(tǒng)主要具備如下功能：

（1）對裝備老化相關的設計參數(shù)、標準、安裝、運行、故障、監(jiān)督檢查、分析評估、維護維修等方面的文件和數(shù)據(jù)信息的錄入管理。

（2）存儲裝備全壽命期內(nèi)的老化管理文件，查詢相關裝備老化各階段相關文件和數(shù)據(jù)，對重大技術問題處理文件和數(shù)據(jù)進行跟蹤、檢索，并對裝備運行和檢修開展安全趨勢分析。

目前，艦船大部分系統(tǒng)裝備信息都建立在技術保障信息系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)越來越齊全，在日常工作中逐漸發(fā)揮其巨大作用，因此可采集技術保障信息系統(tǒng)中部分運行的系統(tǒng)數(shù)據(jù)，作為老化管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來源，可避免部分信息的重復采集。

4 詳細設計

4.1 主要內(nèi)容

老化管理系統(tǒng)通過對管理對象的運行狀態(tài)進行監(jiān)測、記錄，分析運行數(shù)據(jù)，根據(jù)運行數(shù)據(jù)對比評估其老化程度，及時做出預防性維修或其他糾正措施的決策，防止裝備老化降級的加速。通過對小部分關鍵裝備的老化管理，能全面提高艦船安全性和裝備完好性，起到預防性維修的關鍵作用。

4.2 評估過程

對艦船平臺、系統(tǒng)、設備運行參數(shù)的監(jiān)測、分析來評估管理對象的老化狀態(tài)是老化管理工作中最關鍵的部分。

通過對定期正常運行、維護保養(yǎng)、老化參數(shù)監(jiān)測、運行環(huán)境控制、超預期運行控制等方面進行老化狀態(tài)評估，以判斷老化程度是否在可接受范圍內(nèi)、是否需要采取糾正措施，并確定是否能有效控制管理對象的老化降級。

老化評估分析主要包括以下步驟：清理老化現(xiàn)象，細化影響老化各要素，針對這些要素類別，清理出老化機理清單；對照待評估的老化管理項目與老化機理清單，初步分析得出各項目的老化現(xiàn)象和老化部件、部位；分析各項目每個老化現(xiàn)象的危害程度，清理出各項目應重點關注的老化現(xiàn)象和老化部件、部位；對篩選出的各項目進行合理在線或離線監(jiān)測，各項目運行情況進行合理檢測，各項目老化現(xiàn)象及監(jiān)測、檢測進行合理老化數(shù)據(jù)分析。

通過梳理各管理對象運行數(shù)據(jù)與老化數(shù)據(jù)之間的關系，根據(jù)設備老化機理對其進行數(shù)據(jù)分類，按類型運用老化狀態(tài)分析評估技術，分析評估。

分析評估完老化狀態(tài)，就需列出所有旨在減緩老化效應，針對性的老化減緩措施，包括壽命件更換，維修、更換備件，改進運行環(huán)境等措施。特別是要重點研究老化部位的維修方式和維修條件、以及備品備件配置等問題，并作好相應的準備工作[2]。

4.3 體系架構

根據(jù)上述對艦船老化管理信息系統(tǒng)的內(nèi)容和評估過程描述，可初步得到該系統(tǒng)的體系架構如圖1 所示。

圖1 艦船老化管理信息系統(tǒng)

艦船老化管理信息系統(tǒng)中，以船體、舾裝、電子裝備及部件等分類，建立基本數(shù)據(jù)模塊、動態(tài)數(shù)據(jù)模塊和系統(tǒng)工具等三部分模塊[1]。

主要內(nèi)容如下：

4.3.1 基礎數(shù)據(jù)模塊

包含了管理對象的物理屬性、技術狀態(tài)、老化機理、老化管理技術文件共四類數(shù)據(jù)。

物理屬性數(shù)據(jù)主要包括管理對象的設計目的、主要功能、主要性能、安裝初始狀態(tài)、設計工況和運行限制條件，明確了艦船系統(tǒng)、電子裝備的設計壽命，應對系統(tǒng)、設備明確標識，并隨著設計變更或技術狀態(tài)變更及時更新物理屬性，并將變更進行詳細記錄。

技術狀態(tài)數(shù)據(jù)主要包括管理對象的零部件組成信息、設計數(shù)據(jù)、材料及制造數(shù)據(jù)、安裝數(shù)據(jù)、失效依據(jù)等，具有存儲、修改和查詢功能。

老化機理數(shù)據(jù)主要包括管理對象的老化機理、老化影響因素、老化后果等信息，其中：老化機理主要包含老化項目、老化部件、老化部位、老化機理、運行工況、監(jiān)測數(shù)據(jù)、項目性能等；老化影響因素主要包含管理對象運行的環(huán)境條件、超運行工況或變運行工況運行的影響等；老化后果主要包含老化所致管理對象降級與失效的后果等數(shù)據(jù)。

老化管理技術文件主要包括老化管理標準大綱；老化管理工作程序、法規(guī)文件；老化管理參考標準、文獻、文件和其他技術文件等。

4.3.2 動態(tài)數(shù)據(jù)模塊

包含了管理對象的運行數(shù)據(jù)、監(jiān)測數(shù)據(jù)、分析評估數(shù)據(jù)、決策和維修數(shù)據(jù)。

（1）運行數(shù)據(jù)包含老化監(jiān)測數(shù)據(jù)、運行環(huán)境數(shù)據(jù)、維護保養(yǎng)數(shù)據(jù)、異常工況控制記錄數(shù)據(jù)。老化監(jiān)測數(shù)據(jù)通過安裝在管理對象監(jiān)測部位的監(jiān)測儀器進行在線或離線監(jiān)測所采集的數(shù)據(jù)；運行環(huán)境數(shù)據(jù)包括運行過程中與老化有關的運行及環(huán)境數(shù)據(jù)記錄；維護保養(yǎng)數(shù)據(jù)包括運行過程中與老化有關的維護及保養(yǎng)數(shù)據(jù)記錄；異常工況控制記錄包括運行過程中出現(xiàn)的超運行工況運行、變工況運行或其他異常工況運行時進行控制干預的記錄。

（2）監(jiān)測數(shù)據(jù)包括定期監(jiān)測或視情監(jiān)測所得到的老化參數(shù)數(shù)據(jù)，直接反映了管理對象的老化程度。

（3）分析評估數(shù)據(jù)是指在運行數(shù)據(jù)基礎上進行分析評估所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，由于運行數(shù)據(jù)不能直接反映項目的老化程度，只有經(jīng)過分析評估將其轉化為老化數(shù)據(jù)，才能反映老化程度。

（4）決策數(shù)據(jù)根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)或分析評估數(shù)據(jù)判斷老化程度結果，做出拆檢、維修、更換備件、換裝或其他減緩等措施，決策數(shù)據(jù)包括該過程所提出的減緩措施等數(shù)據(jù)[4]。

（5）維修數(shù)據(jù)包括維修工程數(shù)據(jù)，包含維修、拆檢、換裝、供貨周期、牽連工程、施工周期、交驗驗收試驗等工程數(shù)據(jù)；備品備件、壽命件等備件耗損數(shù)據(jù)；維修分析總結數(shù)據(jù)。

4.3.3 系統(tǒng)工具

為實現(xiàn)老化管理信息系統(tǒng)的安全使用，系統(tǒng)工具包括用戶信息、數(shù)據(jù)收集和記錄保存、數(shù)據(jù)備份和文件備份等模塊，直接反映此系統(tǒng)的界面設計和人機交互功能。

5 艦船電子設備老化管理的具體實現(xiàn)

基于上述老化管理對象選取原則，選取聲吶設備作為管理對象，依據(jù)老化管理信息系統(tǒng)詳細設計，構建聲吶設備老化管理信息系統(tǒng)，實現(xiàn)對艦船聲吶設備的老化管理。

聲吶設備老化管理信息系統(tǒng)包括如下內(nèi)容：

5.1 基礎數(shù)據(jù)的構建

在設計階段，構建聲吶設備老化管理信息系統(tǒng)的基礎數(shù)據(jù)，重點是形成完整的聲吶設備老化機理數(shù)據(jù)。

根據(jù)重要性、更換難易程度和老化機理對老化項目進行分類梳理，形成老化機理數(shù)據(jù)。各類老化項目包括：水聽器老化管理、耐壓接線盒老化管理、硫化橡膠老化管理、電纜老化管理、電子元器件老化管理、密封圈老化管理等。

綜合考慮聲吶設備的運行環(huán)境條件、使用時長、超運行工況等潛在老化效應后形成老化影響因素數(shù)據(jù)。

基于以上分析數(shù)據(jù)，形成老化后果數(shù)據(jù)。如水聽器響應降低、水聽器絕緣電阻降低、耐壓接線盒泄漏、基陣架強度改變、安裝緊固件松動、電路受潮、電路短路、橡膠表皮開裂等，對于所有項目在運行狀態(tài)包括在保養(yǎng)、修理、維護、更換和關閉期間，都必須考慮老化效應，以防止因老化而降低其功能，影響其安全運行。

5.2 動態(tài)數(shù)據(jù)的管理

在運行和使用中，對運行數(shù)據(jù)進行嚴格記錄，嚴格按照聲吶設備運行規(guī)程、使用規(guī)程進行運行和使用裝備部件。

運行數(shù)據(jù)一般包括：聲吶傳感器振動數(shù)據(jù)，記錄連接松動、短路或接地、連接密封性等；運行環(huán)境條件數(shù)據(jù)，記錄所在艙室和艙外環(huán)境溫度和相對濕度數(shù)據(jù)、輸入電功率數(shù)據(jù)、運行航速/海區(qū)/機動/安全等使用數(shù)據(jù)；運行時間數(shù)據(jù)，記錄使用的時間和時間長短；運行的參數(shù)數(shù)據(jù)，記錄包括聲吶工作狀態(tài)、陣元數(shù)據(jù)、發(fā)送命令數(shù)據(jù)、顯示頁面各種目標編號、信號形式、目標舷角、時頻圖、歷程圖、態(tài)勢圖等的顯示和更新狀態(tài)；異常故障檢測數(shù)據(jù)，記錄故障運行條件、故障部件、故障類別、故障位置、故障表、故障機理和故障處理等；排除故障數(shù)據(jù)，記錄利用備件排故、利用性能相同模塊替換排故、電源故障排故等。

為方便聲吶設備老化評估，可通過利用上述在役前、在役中探測到的各類動態(tài)數(shù)據(jù)，針對涉及到的老化項目從這些被測參數(shù)的改變評估出老化效應，并對有關參數(shù)進行定期測量并對結果進行比較，對其功能執(zhí)行運行適宜性進行評估，并把探測、監(jiān)測和評估的過程結果進行數(shù)據(jù)記錄。

通過數(shù)據(jù)記錄管理系統(tǒng)，可預測出聲吶設備是否能繼續(xù)安全可靠運行，確定修理和更換預防性維修活動的類型和時機，判斷和評估聲吶老化引起的設備劣化和故障，并針對老化故障機理分析、電子元器件壽命件評估和電纜老化評估，為聲吶設計制造提供改進材料和采用新工藝、新技術的依據(jù)，并可通過對環(huán)境條件等的適當控制，對運行工況的優(yōu)化，做好運行和使用中的歷史運行數(shù)據(jù)記錄，包括瞬態(tài)記錄，將性能的預期降至最小。

5.3 日常維護保養(yǎng)監(jiān)測

在日常維修保養(yǎng)中，對產(chǎn)生老化效應的項目維修，包括預防性維修和糾正性維修，對必要的損壞件維修、備件更換、改造等進行管理，并對維修歷史數(shù)據(jù)進行詳細記錄。

6 總結

通過艦船在線監(jiān)測、共性老化現(xiàn)象研究和改進老化分析評估方法，建立老化管理系統(tǒng)，可有效降低裝備突發(fā)故障，壽期內(nèi)安全可靠使用，并可縮短修理期，降低修理經(jīng)費，實現(xiàn)維修科學、保障精確，整體提升艦船裝備技術保障水平。

艦船裝備老化管理發(fā)展比較晚，隨著人們認識的加深，必將越來越受到重視，成為艦船裝備技術保障的一項重要工作。