縮短透波罩測試時間的方法研究

/北京航天長征飛行器研究所

未來武器的發(fā)展趨勢是高精度、強突防、大威力,透波罩作為保護雷達、光學等目標敏感器的關鍵部件,通常位于再入飛行器的最前端,既保護導引頭免受嚴酷氣動環(huán)境影響,又必須保證不影響導引頭的電性能,可以說透波罩是未來武器發(fā)展的關鍵技術,其性能優(yōu)劣直接影響型號的成敗。

北京航天長征飛行器研究所的透波罩測試系統(tǒng)是中國運載火箭技術研究院唯一的一套透波罩測試系統(tǒng),承擔著全院武器型號的透波罩測試任務。研究所對60臺不同型號與批次的透波罩的測試時間進行進一步統(tǒng)計,發(fā)現(xiàn)測試時間最短為26.5小時,最長為34.4小時,平均時間為30.7小時,即4個工作日(8小時為一個工作日)可完成一個透波罩的測試。由于透波罩交付前必須100%進行驗收測試,目前的測試能力將嚴重影響型號任務的計劃進度。為此,針對型號科研生產管理中關鍵短線一一透波罩測試時間較長,有必要對項目管理的薄弱環(huán)節(jié)進行改進。

一、總體工作策劃

1.測試原理

透波罩的電性能測試采用方向圖比較法,即在相同條件下對加上透波罩前、后導引頭的電性能變化進行測試,如圖1所示。

透波罩測試流程如圖2所示。其中,空臺、復臺測試均為無罩狀態(tài)測試,當空臺和復臺測試的數(shù)據(jù)一致性在5%內時,可判定測試系統(tǒng)穩(wěn)定,測試數(shù)據(jù)準確、有效。

2.測量系統(tǒng)分析

為了進行測量系統(tǒng)分析,由3人進行分別測量,記錄10個透波罩的測試時間,具體如表1所示。通過方差分析可知,由于所有參數(shù)均滿足測量系統(tǒng)可靠指標要求,故測量系統(tǒng)可靠穩(wěn)定,重復性以及再現(xiàn)性也都符合要求。

3.過程穩(wěn)定性分析

對歷史記錄中某型號透波罩的測試時間及10臺樣本透波罩的測試時間進行過程控制分析,進而分析測量系統(tǒng)過程穩(wěn)定性。由I-MR控制圖可知,測試時間均在控制界限內,過程穩(wěn)定且處于受控狀態(tài)。

4.過程能力分析

對各環(huán)節(jié)測試時間進行過程能力分析,進而分析測量系統(tǒng)過程能力。由過程能力分析得出,透波罩測試時間過程能力低,具有很大改善空間。

5.測試流程梳理

圖1 方向圖比較法

圖2 透波罩測試流程圖

表1 測量系統(tǒng)分析

為了獲取透波罩測試時間的各環(huán)節(jié)分配情況,從已獲得的60只透波罩測試時間數(shù)據(jù)中隨機抽取20組進行統(tǒng)計,各環(huán)節(jié)的平均測試時間排列如圖3所示。其中,帶罩測試、復臺測試、空臺測試、數(shù)據(jù)處理等環(huán)節(jié)構成測試時間的主要組成部分,總和占近85%的測試時間。

二、實施內容

1.測試流程優(yōu)化

經過對透波罩測試流程的梳理,優(yōu)化測試流程,如圖4所示。帶罩測試、復臺測試、空臺測試、數(shù)據(jù)處理等環(huán)節(jié)構成測試時間的主要組成部分,總和約占87.8%的測試時間。

2.影響因素鑒別

從人、機器、材料、方法、環(huán)境、測量6個方面入手,對影響透波罩測試時間的因素進行因果矩陣分析,進而對相關影響因素進行篩選評價,如表2所示。

圖3 各環(huán)節(jié)測試時間排列圖

圖4 測試流程優(yōu)化

運用Pareto圖分析因果矩陣篩選結果,如圖5所示。通過因果矩陣Pareto圖發(fā)現(xiàn),占87%測試時間的7個因素分別是采樣范圍、采樣方式、采樣間隔、 掃描角范圍、轉臺步進精度、工裝設計不合理、數(shù)據(jù)處理方式,并針對這7個因素進行具體分析。

三、具體方法

1.影響因素分析

采樣范圍分析。對不同采樣范圍的透波罩測試時間采用相關分析,隨著采樣范圍的增加,測試時間有明顯增加的趨勢,得到采樣范圍與測試時間高度相關,進一步計算可以得到采樣范圍與測試時間的擬合線圖。

圖5 因果矩陣Pareto圖分析

采樣方式分析。對不同采樣方式下的透波罩測試時間采用雙樣本T假設檢驗,發(fā)現(xiàn)不同采樣方式下的透波罩測試時間差異具有統(tǒng)計學明顯性,測試時間差異為9.52小時。

采樣間隔分析。對不同采樣間隔下透波罩的測試時間進行統(tǒng)計,并進行單因素方差分析。可以看出,采樣間隔對透波罩的測試時間有較大影響。

掃描角范圍分析。對不同掃描角范圍的透波罩測試時間采用相關分析,發(fā)現(xiàn)隨著掃描角范圍的增加,測試時間有明顯增加的趨勢,得到掃描角范圍與測試時間高度相關。

轉臺步進精度分析。對不同步進精度下透波罩的測試時間進行統(tǒng)計,并進行了雙方差F檢驗,得出步進精度對透波罩的測試時間有較大影響。

工裝設計不合理分析。對不同工裝、不同人員透波罩架設時間采用單因素方差分析,得出工裝的對準方式對透波罩測試時間無明顯影響。

數(shù)據(jù)處理方式分析。對不同處理方式下的透波罩測試時間采用配對各環(huán)節(jié)測試時間檢驗,得出數(shù)據(jù)處理方式對透波罩測試時間無明顯影響。

2.影響因素改善

無交互影響因素改善。傳統(tǒng)采樣方式為步進式采樣,這種方式可靠性高且容易控制,但是時間較長。結合國內外相關工程領域研究現(xiàn)狀,設計并實現(xiàn)了一種脈沖掃描式的測試方式。

在脈沖采樣方式、脈沖步進精度為1°的條件下進行透波罩測試試驗,得到如表3所示的數(shù)據(jù),圖6將改善前后的數(shù)據(jù)繪制在一條折線上,更加直觀。可以看出,改善后效果明顯。

全因子設計。通過影響因素分析發(fā)現(xiàn)4個關鍵影響因素是:采樣范圍、采樣間隔、步進精度、掃描角范圍?？紤]各因素及其交互作用,決定采用全因子試驗,并在中心點處進行3次試驗,一共進行19次試驗(即24+3),分別對每個因素設定高低2個水平。全因素試驗結果正態(tài)效應圖,如圖7所示。

表3 改善前后透波罩測試時間對比

圖6 改善前后透波罩測試時間

各因素主效應圖,如圖8所示?？梢钥闯?采樣間隔、步進精度、掃描角范圍三者回歸線較陡,故主效應影響確實顯著;而采樣范圍回歸線較平,故主效應影響確實不顯著。

進一步優(yōu)化,得出透波罩測試時間的曲面圖。針對響應曲面試驗設計結果,對透波罩測試時間進行望小(24小時)優(yōu)化,主要關鍵因素參數(shù)優(yōu)化如表4所示。

圖7 全因素試驗設計正態(tài)圖

圖8 各因素主效應圖

表4 關鍵因素參數(shù)優(yōu)化

四、實踐效果

1.項目改進驗證

按照改進后的測試流程及關鍵因素,針對同一批次15臺透波罩重復進行測試,發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)均在控制線內,系統(tǒng)過程穩(wěn)定,改善效果良好。

2.完善項目制度

按照質量體系認證要求制定了相關的規(guī)范文件,進一步完善了透波罩測試流程,制定了相關的規(guī)范文件。在透波罩測試過程中,嚴格按照相關規(guī)程進行操作,確保短時高效完成透波罩電性能測試,縮短產品交付周期。

3.項目實施評估

從2017年完成的透波罩測試任務中,隨機抽取20只透波罩產品進行測試時間統(tǒng)計,評估效果如圖9所示。

圖9 20只透波罩測試時間效果圖

4.項目實施效果

圖10 歷年完成透波罩測試對比

通過項目管理實現(xiàn)了單臺透波罩測試時間從30.7小時縮短到12.01小時,解決了透波罩在研制過程中需要做大量中間階段測試以進行參數(shù)的綜合優(yōu)化設計的難題,突破了頻繁、隨機對透波罩電參數(shù)做反復試驗的透波罩測試方法等關鍵技術,提升了透波罩測試效率和客戶滿意度,實現(xiàn)了透波罩測試效率提升59.6%。在保證型號研制計劃和進度的同時,確保批生產透波罩的按期交付,歷年完成透波罩測試對比實施效果如圖10所示。

透波罩測試是一門涵蓋天饋與微波、機械轉臺、自動控制、軟件開發(fā)、算法設計等多個專業(yè)的學科,此次項目管理活動不僅解決了透波罩測試效率低的難題,也提升了小組成員應用統(tǒng)計知識分析問題、解決問題的能力,增強了小組成員的項目管理意識、團結協(xié)作精神,為團隊今后解決工作中的更多難題樹立了信心。透波罩的測試原理是相同的,只是具體到各個型號由于指標要求不同,具體的測試流程和操作方法有所區(qū)別。因此,后續(xù)在其它型號透波罩的測試中將以此研究成果為基礎,以此方法為借鑒完善不同型號透波罩測試流程,并形成透波罩測試規(guī)程及標準。