河南省新一代天氣雷達(dá)社會化保障思路探索

摘 要：目前河南省共有七部新一代天氣雷達(dá)站，還有兩部在建新一代天氣雷達(dá)站，隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，公共氣象服務(wù)對經(jīng)濟(jì)的作用越來越明顯，特別是局地突發(fā)性氣象災(zāi)害造成的損失越來越嚴(yán)重，對于這種局地突發(fā)性氣象災(zāi)害，新一代天氣雷達(dá)成為監(jiān)測、預(yù)警最有效的順風(fēng)耳、千里眼。在近10年，該省天氣雷達(dá)監(jiān)測網(wǎng)的建設(shè)取得了長足的發(fā)展，在災(zāi)害性天氣監(jiān)測和預(yù)警方面已經(jīng)發(fā)揮了重要的作用，取得了明顯的社會、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益。因此多元化的雷達(dá)保障對于省級雷達(dá)保障具有十分必要的意義。

關(guān)鍵詞：新一代天氣雷達(dá) 社會化保障 維護(hù)維修

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）01（a）-0083-02

1 河南省新一代天氣雷達(dá)現(xiàn)狀

河南省現(xiàn)建成新一代天氣雷達(dá)7部，在建2部，其中已建成的鄭州、洛陽為CINRAD/SA型，三門峽、濮陽、駐馬店、商丘和南陽為CINRAD/SB型，在建的平頂山、信陽均為CINRAD/SA型。隨著河南省新一代天氣雷達(dá)網(wǎng)的建成，組成了一個實時、高時空分辨率的立體探測系統(tǒng)。

在已建成的七部雷達(dá)中，鄭州站2006年9月通過了中國局的現(xiàn)場驗收，至今已運(yùn)行9年，三門峽站2005年11月投入業(yè)務(wù)使用，至今已運(yùn)行10年，濮陽站2006年2月投入業(yè)務(wù)使用，至今已運(yùn)行9年，駐馬店站2007年4月通過了中國局的現(xiàn)場驗收，至今已運(yùn)行8年，南陽站2006年12月通過中國局的現(xiàn)場驗收，至今已運(yùn)行9年，商丘站2007年6月通過中國局的現(xiàn)場驗收，至今已運(yùn)行8年。新一代天氣雷達(dá)大修年限一般為10至15年，根據(jù)運(yùn)行情況而定，河南省已建成的這些新一代天氣雷達(dá)已進(jìn)入了故障多發(fā)時期，雷達(dá)元器件老化現(xiàn)象較為嚴(yán)重，在雷達(dá)出現(xiàn)故障時修復(fù)時間較長。

2 河南省新一代天氣雷達(dá)的維修現(xiàn)狀

2.1 省級保障部門維護(hù)維修職責(zé)

組織河南省新一代天氣雷達(dá)季、年維護(hù)和巡檢工作，承擔(dān)該省雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)備省級故障范圍的維修和排除，為雷達(dá)站技術(shù)保障人員提供技術(shù)指導(dǎo)和技術(shù)咨詢，雷達(dá)站3 h內(nèi)處理不了的故障，必須在12 h內(nèi)到雷達(dá)現(xiàn)場解決問題，負(fù)責(zé)省級雷達(dá)保障儀器儀表工具的管理、維護(hù)、保養(yǎng)。負(fù)責(zé)該省雷達(dá)系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)、故障檢修和備件使用情況的統(tǒng)計與上報工作。

隨著省內(nèi)新一代天氣雷達(dá)的元器件老化程度的加重，省級保障部門在實際維護(hù)維修工作中常常處于四處“救火”的狀態(tài)，同一電子元器件在不同臺站出現(xiàn)故障造成雷達(dá)的故障停機(jī)。

2.2 臺站級維護(hù)維修職責(zé)

承擔(dān)該站雷達(dá)日、周、月維護(hù)保養(yǎng)、監(jiān)控和巡視工作，參與雷達(dá)季、年維護(hù)和巡檢工作，負(fù)責(zé)雷達(dá)系統(tǒng)的臺站級故障的診斷，要求做到“可更換單元”，根據(jù)技術(shù)說明書自行更換與調(diào)整。利用隨機(jī)儀表和雷達(dá)站備件，對一些臺站級雷達(dá)故障進(jìn)行排除，并及時向省級業(yè)務(wù)管理和保障部門報告故障。負(fù)責(zé)雷達(dá)系統(tǒng)操作、數(shù)據(jù)采集、存儲、產(chǎn)品生成及傳輸軟件的維護(hù)，按要求生成和傳輸相關(guān)產(chǎn)品。負(fù)責(zé)油機(jī)、UPS、配電以及防雷、消防等相關(guān)附屬設(shè)備設(shè)施的維護(hù)、檢查和保養(yǎng)，并做好相關(guān)記錄備查。負(fù)責(zé)站級雷達(dá)維修測試儀器儀表工具的管理、維護(hù)、保養(yǎng)。

2.3 省內(nèi)現(xiàn)行的維護(hù)維修模式存在的問題

目前省內(nèi)新一代天氣雷達(dá)保障分為三級保障，分別為中國局探測中心、省局保障中心及市局業(yè)務(wù)保障部門，雷達(dá)備件也相應(yīng)的分為了三級備件。在雷達(dá)出現(xiàn)故障無法正常開機(jī)時，臺站級對故障部位進(jìn)行初步分析定位，然后告知省保障中心，在有備件的情況下省保障中心會帶備件前往臺站進(jìn)行更換工作，如無相應(yīng)備件或故障需要廠家人員進(jìn)行協(xié)助維修，則聯(lián)系雷達(dá)生產(chǎn)廠家協(xié)助解決故障。在此情況下造成了雷達(dá)出現(xiàn)故障后及時更換了相應(yīng)備件，而對故障備件沒有進(jìn)行進(jìn)一步的維修工作，甚至是整個備件中的一個小元器件出現(xiàn)故障，要求整個更換備件的事情發(fā)生，如鄭州市雷達(dá)站波導(dǎo)加壓機(jī)因加壓機(jī)中的連接管出現(xiàn)故障，廠家要求整機(jī)進(jìn)行更換，一部波導(dǎo)加壓機(jī)廠家售價為五萬余元。

在這種維修模式下造成了“重更換、輕修理”的現(xiàn)象，同時省市兩級的保障人員在維修水平上沒有得到進(jìn)一步的提高，僅僅是判斷處故障部位之后進(jìn)行了直接更換工作。如何改變只更換不修理，進(jìn)一步提高省市兩級保障人員的理論及動手能力，進(jìn)一步提高雷達(dá)的業(yè)務(wù)可用性，也是目前省級保障部門重點調(diào)研及期待解決的問題。

3 探索與高校聯(lián)合的保障及開發(fā)應(yīng)用模式

3.1 探索與鄭州大學(xué)的合作

為了進(jìn)一步提高省內(nèi)保障人員的理論和維修水平，中心試驗與省內(nèi)知名高校聯(lián)合，依托高校豐富的資源和人才優(yōu)勢，來進(jìn)一步提高省級保障的維修水平。為什么選擇了鄭州大學(xué)進(jìn)行合作，鄭州大學(xué)由原鄭州大學(xué)、鄭州工業(yè)大學(xué)、河南醫(yī)科大學(xué)于2000年7月10日合并組建而成，是一所涵蓋理學(xué)、工學(xué)、醫(yī)學(xué)、文學(xué)、歷史學(xué)、哲學(xué)、法學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、管理學(xué)、教育學(xué)、農(nóng)學(xué)、藝術(shù)學(xué)12大學(xué)科門類的綜合性大學(xué)，是河南省唯一的國家“211工程”重點建設(shè)高校，是河南省惟一一所入選國家“中西部高校綜合實力提升工程”的高校，擁有55個一級學(xué)科碩士點，237個二級學(xué)科碩士點；21個一級學(xué)科博士點，124個二級學(xué)科博士點。另有1個專業(yè)博士學(xué)位點，19種專業(yè)碩士學(xué)位點，23個博士后科研流動站。

鄭州大學(xué)共承擔(dān)各級各類科研項目9 000多項，其中國家科技攻關(guān)、863、973、國家自然科學(xué)基金、國家社會科學(xué)基金、國家杰出青年基金等國家級項目160余項，教育部留學(xué)歸國人員基金、教育部科技攻關(guān)、河南省重大科技攻關(guān)、河南省杰出人才創(chuàng)新基金等省（部）級重點項目400多項，獲科研經(jīng)費(fèi)近2億元，產(chǎn)出科研成果8 500余項，其中700多項成果通過國家和省（部）級鑒定，800多項成果獲廳（局）級以上科研獎勵，589項成果獲國家級和?。ú浚┘壙蒲歇剟?。

3.2 與鄭州大學(xué)合作的優(yōu)勢

鄭州大學(xué)具有較強(qiáng)的理論基礎(chǔ)和相對應(yīng)的學(xué)術(shù)研究人員，具有完備的實驗室和檢驗?zāi)M裝置，根據(jù)中心提出的具體要求，可以解決問題，在解決問題的過程中培養(yǎng)鄭州大學(xué)自己的研究生，中心的實際問題如果較為復(fù)雜需要多學(xué)科多院系進(jìn)行共同分析時，鄭州大學(xué)可以依托自身的力量進(jìn)行相關(guān)的“會診”工作，這樣不僅解決了中心一些技術(shù)問題也有利于鄭州大學(xué)產(chǎn)研結(jié)合培養(yǎng)自身人才。并且與鄭州大學(xué)的合作中鄭大不以利益為首位目標(biāo)，其非營利性的學(xué)術(shù)研究機(jī)構(gòu)確定了收費(fèi)的合理性。

4 中心目前與鄭州大學(xué)合作的項目簡介

4.1 雷達(dá)傳動軸系改進(jìn)

在新一代CINRAD-SA型氣象雷達(dá)的技術(shù)保障中，機(jī)械伺服系統(tǒng)運(yùn)行的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性也一個重要的環(huán)節(jié)，其直接影響雷達(dá)的方位角和仰角，從而影響到氣象目標(biāo)空間位置和特性測定的準(zhǔn)確性。

鄭州市新一代CINRAD-SA型氣象雷達(dá)在運(yùn)行過程中，出現(xiàn)了檢測裝置齒輪傳動軸的斷裂現(xiàn)象，直接導(dǎo)致雷達(dá)無法正常工作。項目“雷達(dá)檢測裝置齒輪傳動軸斷裂分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計”以齒輪傳動軸為研究對象，基于材料力學(xué)及斷裂力學(xué)，通過宏觀、微觀的深入分析，探討齒輪傳動軸斷裂失效的原因。針對產(chǎn)生斷裂的原因，基于疲勞強(qiáng)度相關(guān)理論及機(jī)械優(yōu)化設(shè)計技術(shù)提出改進(jìn)方案，并優(yōu)化設(shè)計齒輪傳動軸機(jī)械結(jié)構(gòu)。采用有限元分析工具驗證改進(jìn)方案的有效性，通過加工試件及對其重復(fù)性試驗，驗證改進(jìn)方案的正確性。研究結(jié)果對氣象雷達(dá)機(jī)械伺服運(yùn)動系統(tǒng)的穩(wěn)定性提供了直接的參考，對保障氣象雷達(dá)連續(xù)運(yùn)行的可靠性起到具有重要作用。

中心通過鄭州大學(xué)機(jī)械學(xué)院的實驗室數(shù)據(jù)仿真實驗，并且結(jié)合理論數(shù)據(jù)，分析了該齒輪傳動軸實際工作狀況和作用，通過對斷裂軸的外觀、材料力學(xué)性能及斷口形貌等的綜合分析，并從傳動軸的幾何形狀因素、尺寸效應(yīng)、加工表面質(zhì)量、裝配誤差等方面進(jìn)行深入探討，可基本斷定傳動軸斷裂失效的原因是疲勞斷裂，其性質(zhì)為扭轉(zhuǎn)及彎曲疲勞斷裂。確定初步機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案，采用有限元分析工具（ANSYS Workbench軟件）進(jìn)行驗證分析。仿真齒輪傳動軸的實際工況，進(jìn)行傳動軸結(jié)構(gòu)優(yōu)化前后的受力分析（僅受扭矩、僅受彎矩、綜合作用3種情況），通過對比，分析了原傳動軸的應(yīng)力集中的主要原因，以及結(jié)構(gòu)改進(jìn)后的有效性。

4.2 氣象雷達(dá)電機(jī)冷卻監(jiān)控系統(tǒng)

雷達(dá)電機(jī)冷卻監(jiān)控系統(tǒng)包括硬件和軟件兩部分。硬件系統(tǒng)包括傳感器（光纖傳感器、溫度傳感器）、高速計數(shù)采集模塊、無線數(shù)傳模塊、單片機(jī)、RS232串口輸入輸出、開關(guān)電源、外圍電路、PC機(jī)等構(gòu)成。軟件系統(tǒng)包括：信號采集程序、信號濾波程序、計數(shù)、轉(zhuǎn)速計算、串口通訊協(xié)議、報警邏輯顯示、人機(jī)交互界面等。通過硬件與軟件系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合實現(xiàn)雷達(dá)電機(jī)冷卻系統(tǒng)實時監(jiān)控功能。雷達(dá)電機(jī)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速監(jiān)控方式采用光纖探測頭及光纖放大器非接觸式感應(yīng)葉片，當(dāng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)動時，光纖探測頭將脈沖信號發(fā)送給計數(shù)采集模塊，系統(tǒng)進(jìn)行計數(shù)并計算轉(zhuǎn)速，當(dāng)轉(zhuǎn)速低于預(yù)先設(shè)定閾值時，監(jiān)控系統(tǒng)給予報警提示。雷達(dá)電機(jī)溫度監(jiān)控方式采用單片機(jī)實時采集溫度及數(shù)據(jù)處理，通過設(shè)定溫度閾值，監(jiān)控系統(tǒng)給予報警提示。針對俯仰電機(jī)及方位電機(jī)的安裝結(jié)構(gòu)及運(yùn)動方式，系統(tǒng)采用無線數(shù)據(jù)傳輸方式（GFSK調(diào)制）進(jìn)行通訊，高速計數(shù)/頻率模塊及單片機(jī)采集處理后的數(shù)據(jù)，通過無線數(shù)傳模塊與PC機(jī)進(jìn)行實時無線通訊?；赩B高級語言環(huán)境開發(fā)系統(tǒng)人機(jī)交互界面，界面便于操作、可視化程度高。系統(tǒng)具有測量精確、穩(wěn)定可靠、安裝簡單等特點。

根據(jù)鄭州大學(xué)的設(shè)計，可以有效地監(jiān)控散熱風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，在出現(xiàn)散熱風(fēng)扇因使用壽命無法正常工作的狀態(tài)時及時更換，防止損傷雷達(dá)電機(jī)。

5 結(jié)語

和鄭州大學(xué)的合作之后，深有感悟的是在實際維修工作中，認(rèn)真細(xì)致將會發(fā)現(xiàn)許多原先廠家并未告知的很多細(xì)節(jié)問題和故障，認(rèn)真對待每次維修工作，在故障元器件維修更換后對其進(jìn)行研究而不是換過之后就不管不問。只有自身認(rèn)真細(xì)致地去研究一些常發(fā)的故障和一些不起眼的細(xì)節(jié)問題，那就會在工作中得到很多屬于自己的技術(shù)特征，而不是一味地依賴于廠家的技術(shù)支持。提高省級保障能力和實際動手維修能力，以認(rèn)真細(xì)致的心態(tài)對待每一次故障，認(rèn)真研究一些常發(fā)故障，那么作為全省保障重點單位將會發(fā)現(xiàn)很多可以改進(jìn)的維修方法，并且提升實際工作能力。

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