基于FMECA的捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)維修性信息分析*

王佳笑,常天慶,朱 斌,王宇顥

(裝甲兵工程學(xué)院,北京 100072)

0 引言

隨著新型捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)在裝甲戰(zhàn)車上的不斷列裝,使用中暴露出來的問題越來越多,迫切要求進(jìn)行維修性分析。傳統(tǒng)的維修性分析方法主觀性強(qiáng)、技術(shù)難度大、實(shí)施困難,很難適應(yīng)新的要求,采用新的分析方法的要求越來越迫切。采用FMECA維修性信息分析方法,把捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)的故障數(shù)據(jù)信息和其固有的可靠性有機(jī)的結(jié)合起來進(jìn)行維修性信息分析,以提高維修效率,保證裝備的可靠運(yùn)行。

FMECA維修性信息分析是對每個(gè)潛在的故障模式進(jìn)行分析,得到危害性高的故障模式及修復(fù)故障系統(tǒng)所需采取的有效措施。

1 捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)定義

1.1 系統(tǒng)的任務(wù)功能

捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)是利用固連在運(yùn)載體殼體上的慣性測量元件,測量運(yùn)載體相對于慣性空間的運(yùn)動參數(shù),經(jīng)過計(jì)算,推算出運(yùn)載體的位置、速度、姿態(tài)等參數(shù),對運(yùn)載體進(jìn)行實(shí)現(xiàn)全天候、自主式的實(shí)時(shí)定位和導(dǎo)航。

1.2 系統(tǒng)功能方框圖

為了描述系統(tǒng)各功能單元的工作情況和相互影響關(guān)系,建立功能方框圖。捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)主要由慣性測量單元、相關(guān)電路和導(dǎo)航計(jì)算機(jī)組成。慣性測量單元包括陀螺、加速度計(jì)和轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu),它利用慣性效應(yīng)測量運(yùn)載體的線運(yùn)動和角運(yùn)動。相關(guān)電路由電源板、采集板、伺服板、底板組成,電源板為整個(gè)系統(tǒng)提供各種電源;采集板完成陀螺、加速度計(jì)等信息的采集與接收;伺服板完成臺體的轉(zhuǎn)位與位置控制;底板為各組件提供電氣通道。導(dǎo)航計(jì)算機(jī)完成捷聯(lián)解算和整個(gè)系統(tǒng)的控制(見圖1)。

1.3 系統(tǒng)可靠性方框圖

把復(fù)雜的捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)劃分為具有獨(dú)立功能的分系統(tǒng),從而利用可靠性方框圖表示各組成部分的故障或它們的組合如何導(dǎo)致捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的故障。由于任一組件失效都將引起捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的失效,所以捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)可靠性框圖為串聯(lián)關(guān)系(見圖2)。

圖1 捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)功能方框圖

圖2 捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)可靠性方框圖

2 FMECA維修性信息分析表格

根據(jù)GJB1391-92《故障模式、影響及危害性分析程序》和捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的技術(shù)要求,對其進(jìn)行FMECA維修性信息分析,如表1所示。

2.1 代碼

為使每一故障模式及其相應(yīng)的方框圖內(nèi)標(biāo)志的功能關(guān)系清晰明了,在FMECA維修性信息分析表格的第一欄填寫捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)各組件的代碼。

2.2 產(chǎn)品名稱

組成捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的各組件的具體名稱,如:陀螺儀、電源板、導(dǎo)航計(jì)算機(jī)等。

2.3 系統(tǒng)的任務(wù)功能

根據(jù)進(jìn)行FMECA維修性信息分析的每個(gè)組件的定義,確定每個(gè)組件所具有的主要功能。如:電源板為整個(gè)導(dǎo)航系統(tǒng)提供電源。

2.4 故障模式

故障模式是故障的表現(xiàn)形式,如輸出錯(cuò)誤、無輸出等。根據(jù)捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)范和故障數(shù)據(jù)信息,得到捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)各組件所有可預(yù)測的或潛在的故障模式。

2.5 故障原因

故障原因解決為何發(fā)生故障的問題,包括直接導(dǎo)致捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)故障或性能降低的物理或化學(xué)過程、設(shè)計(jì)、工藝缺陷或使用不當(dāng)?shù)取?/p>

2.6 故障影響

故障影響是指每一種假設(shè)的故障模式對產(chǎn)品導(dǎo)致的各種后果。它包括所假設(shè)的故障模式對當(dāng)前所分析的約定層次產(chǎn)品的使用、功能或狀態(tài)的影響,還包括所假設(shè)的故障模式對當(dāng)前所分析的約定層次高一層次產(chǎn)品的影響,以及對系統(tǒng)的最終影響。如電源板輸出錯(cuò)誤對自身影響為損壞,對導(dǎo)航系統(tǒng)的影響為導(dǎo)航無輸出,甚至損壞其他組件。

2.7 嚴(yán)酷度類別

根據(jù)每個(gè)故障模式對系統(tǒng)造成的最壞的潛在后果確定其嚴(yán)酷度類別。嚴(yán)酷度分為Ⅰ類(災(zāi)難的)、Ⅱ(致命的)、Ⅲ(臨界的)、Ⅳ(輕度的)四類。

2.8 故障檢測方法

操作人員或維修人員檢測和定位某一故障模式的方法,并對產(chǎn)品工作異?；蚬收系膱?bào)警及其他顯示裝置加以說明。

2.9 基本維修措施

根據(jù)分析人員的判斷,必須由維修技術(shù)人員為排除故障而采取的維修措施,還需確定維修后可能出現(xiàn)的校調(diào)。如:更換采集板后需要對捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定,以保證其定位和導(dǎo)航的精度。

2.10 是否屬于最少設(shè)備清單

當(dāng)系統(tǒng)有某些缺陷時(shí),在遵守清單中所列限制的情況下,系統(tǒng)允許使用。在本捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中,由可靠性框圖可知,任一組件失效都將引起捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的失效。所以每一組件都屬于最少設(shè)備清單。

2.11 故障概率等級

由于無法獲得各組件故障的概率,在此作定性分析,將故障概率等級分為5個(gè)等級:A級(經(jīng)常發(fā)生)、B級(有時(shí)發(fā)生)、C級(不常發(fā)生)、D級(很少發(fā)生)、E級(很少發(fā)生)。

2.12 危害性矩陣

由于無法確定故障率,故采用危害性矩陣比較各故障模式的危害程度,分析導(dǎo)致系統(tǒng)故障的主要原因,為維修分析、試驗(yàn)及檢查要求提供信息。其做法是:橫坐標(biāo)表示故障模式的嚴(yán)酷度類別,縱坐標(biāo)表示故障模式發(fā)生的概率等級。其目的是根據(jù)故障模式的嚴(yán)酷程度和故障模式發(fā)生的概率等級,將故障模式標(biāo)在矩陣上,從而得到故障模式的危害性分布(見圖3)。

危害性的判斷方法是:故障模式標(biāo)注的分布點(diǎn)向?qū)蔷€(圖中虛線OP)做垂線,以該垂線與對角線的交點(diǎn)到原點(diǎn)的距離作為衡量故障模式危害性的尺度;距離越長,危害性越大。由于是定性分析,我們規(guī)定在同一方格內(nèi)的標(biāo)注點(diǎn)(如08(1)和09(1))危害性相同,且它們的標(biāo)注點(diǎn)均是該方格的幾何中點(diǎn)。由危害性矩陣可以看出,08(1)和09(1)對系統(tǒng)的危害性最大;同時(shí)08(1)、09(1)、01(1)和04(1)發(fā)生的概率都比較大。

表1 FMECA維修性信息分析表

圖3 捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)危害性矩陣

3 結(jié)論

根據(jù)捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)FMECA維修性信息分析的結(jié)果,確定了捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中各部件的故障規(guī)律、故障模式及其對捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)產(chǎn)生的影響,從而有針對性地進(jìn)行預(yù)防性維修和修復(fù)性維修,并為維修計(jì)劃的制定和故障診斷提供有效的信息。

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[6] 王佳笑,常天慶,朱斌.基于FMECA的X型慣性導(dǎo)航系統(tǒng)故障分析[C]//第十九屆測試與故障診斷技術(shù)研討會,2010:58-60.