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发射设备维修保障设计与实践

 论文栏目:设备维修论文     更新时间:2018/7/9 15:07:46   

摘要为提高实战化条件下的发射设备维修保障特性,在型号需求牵引下,从用户保障需求分析、型号保障性问题分析、维修保障规划、维修保障方案设计、维修保障系统设计等角度,进行了某型号发射设备维修保障设计实践。结合发射设备特点,对RCM和PHM等维修保障设计技术进行探讨。

关键词发射设备;维修保障;保障性设计;RCMPHM

引言

装备保障设计特性分为与装备故障有关的维修保障特性和与装备使用有关的使用保障特性。使用保障特性是用于度量维持装备正常使用功能的保障特性,如使用保障及时性、保障资源的可部署性,装备的可运输性等[1]。随着装备功能和性能的实现,使用保障特性一般能够满足装备保障性要求。维修保障特性是与装备故障有关的特性,装备的传统研制模式是先研制出装备,在主要功能和性能实现的情况下,再开展装备维修保障设计。装备维修保障特性和使用维修成本由研制方案决定,在研制过程中将功能、性能设计与保障性设计同步进行是提高装备保障能力的重要途径。在型号需求牵引下,某型号发射设备在开展功能、性能设计的同时,以“好保障”为目标,开展了维修保障特性设计工作。

1发射设备维修保障设计特点

与火箭一次性使用的特点相比,发射设备是贮存与使用交替进行的系统,一次使用时间为几小时至数十小时,累计时间可达数百小时至数千小时。一次投入,多在室外或野外重复、长期使用,环境条件恶劣,不可避免发生故障。在研制中必须重视维修保障特性设计,如对发射设备的各种车辆、发射装置、供电设备等在贮存期间进行维护、保养等预防性维修,对发生的故障进行快速维修,保障发射设备在全寿命周期能够正常使用。

2维修保障设计

2.1用户维修保障性需求分析

成立由总体、底盘、液压、供配电、控制等各专业人员组成的保障性设计研究小组,到装备使用单位进行调研,了解装备使用环境、信息化建设情况、装备使用中存在的问题等情况,作为发射设备维修保障设计输入条件。用户提出的部分维修保障性需求如下。1)建立发射设备维护保养标准,提供详细、具体的维修指标,如更换时间,使得每个部组件都有维修保养标准。2)提高文件可操作性,如某型号技术文件中要求定期检测结构件焊缝,在实际使用中,用户很难操作。3)解决装备基层级维修保障问题,确保装备可用率。4)维修快速、便捷,如维修工具和备件能够快速到达维修地点,实施快速维修。5)配备机动维修保障装备及急需、易更换的备件,对野外维修过程中人工更换较为困难的部组件采用工装等辅助工具进行更换。

2.2型号保障性问题分析

保障性设计研究小组梳理相关型号发射设备在保障性设计方面存在的不足,优先采用新技术、新方案进行改进。某型号发射设备保障性薄弱环节及解决措施如表1所示。

2.3维修保障规划

根据发射设备的保障模式和任务特点,实施维修保障规划,确定维修工作任务,规范保障性设计。2.3.1确定维修工作任务维修工作任务包括预防性维修工作任务和修复性维修工作任务及战损修理任务。预防性维修工作任务通过以可靠性为中心的维修分析(RCMA),明确预防性维修工作项目、维修工作间隔期等,进而确定所需工具及外场可更换单元(LRU)、车间可更换单元(SRU),完成发射设备定期维护、保养。修复性维修主要是根据故障模式、影响及危害性分析(FMECA)结果明确需要进行的修复性维修工作项目,进而确定所需工具及LRU、SRU。1)预防性维修工作任务。预防性维修工作类型通常有保养、操作人员监控、使用检查、功能检测、定时拆修、定时报废和上述工作类型的综合。如发射设备发动机机油、滤芯更换等预防性维修工作项目。2)修复性维修工作任务。根据FMECA结果,确定需要进行的修复性维修工作任务,通常是非计划性的,一般包括更换、原件修复等。3)战损修理任务。战损修理是在特定的时间和条件下,采用简易和应急的修复方法修理特殊的损伤或部位。这些修理工作任务需根据FMECA结果,结合预计的作战环境和作战经验专门制定。2.3.2规范保障性设计根据以往型号研制、使用经验,制定了发射设备相关保障标准,部分标准如表2所示。在表2中相关标准的基础上,结合发射设备具体方案,制定并细化底盘、液压系统、供配电系统、调温系统等各分系统的基层级、基地级预防性维修项目。2.3.3维修保障级别发射设备维修保障包括预防性维修和修复性维修,其中修复性维修又分为基层级、基地级、返厂大修等。基层级维修保障通常是发射设备使用单位在日常维护基础上进行的保障工作,包括监控检查、维护保养、装卸检修、预防性维修、故障性维修等类别。基地级维修具有比基层级更高的维修能力,承担基层级所不能完成的发射设备维修工作。1)预防性维修预防性维修多发生在基层级,主要规定各设备的维修时间、维修方法。以供配电系统发电机组为例,其预防性维修周期依据发电机组的工作时间进行,按照50h、250h及以上几个不同的工作时间段对机组进行区别化的维护保养。如柴油机最初50h的保养要求,需要检查油底壳、进回油管、柴油滤芯、机油滤芯等部位有无渗漏情况,检查皮带有无破损或松动,清洁、更换柴油滤芯等;柴油机250h及更长时间的保养,需要检查机油及机油滤芯,每工作250h更换1次;若柴油机在1年内运行时间少于250h,至少1年应更换1次机油及机油滤芯。2)基层级修复性维修根据FMECA结果,确定发射设备基层级修复性维修工作项目如表3所示。3)基地级修复性维修根据FMECA结果,发射设备基地级修复性维修工作项目如表4所示。4)返厂大修发射设备返厂大修工作项目应有详细的检修大纲及相应文件。典型发射设备返厂大修工作项目如表5所示。

2.4维修保障方案设计

发射设备维修保障方案设计结合其功能性能设计方案,主要从维修可达性、维修便利性和维修方法等角度进行设计。2.4.1维修可达性考虑各单机维修可达性,如发射车底盘发动机、变速箱等需要维修时,要保证维修空间。某发射设备发动机、变速器、分动器及附属系统维修空间需求统计如表6所示。由表6可知,除更换发动机本体需要拆卸驾驶室外,其他维修项目通过简单操作即可提供足够空间,保证了底盘良好的维修性。2.4.2维修便利性设计上选用免维护电池、自润滑轴承等免维护产品;统一油料,减少紧固件种类、规格;底盘、供配电系统发电机组的机油、润滑油加注口,液压系统油箱加注口均设计在易于操作的位置,为空气滤清器、柴油滤清器等需要保养更换的设备预留拆卸空间。车控系统、供配电系统、控制系统、底盘等电气单机,采用螺钉或插箱式设计,在故障不能排除时,可快速拆卸,进行更换。2.4.3维修方法制定维修原则,不可修复的故障部件或单机以LRU进行直接更换;发动机、变速箱等重要大型部件,根据实际情况,采用修复或更换的方式进行维修。发射设备在使用与维修过程中所配备的说明书、维修手册,包括纸质和电子技术资料等,如表7所示。

2.5维修保障系统设计

在保障性设计项目工作的基础上,根据发射设备特点,结合用户现有的保障资源情况,建立基层级和基地级两级保障系统。发射设备的日常保养、维修一般在基层级维修中心进行;发射设备在机动运输等野外训练过程中,或在野外执行任务时,借助机动式综合保障车进行维修。对于需要保障资源较多的维修,如更换起竖液压缸、发动机等结构较大的部件,可以在基地级维修中心进行维修。2.5.1基层级维修保障基层级维修保障主要完成发射设备预防性维修(定期维护保养,如周保养、月保养、季度保养)和修复性维修(视维修级别情况确定)。基层级配备的典型综合保障车包括千斤顶、维修梯、加油设备等常用工具,备胎等常用备件,以及集成应急油源、应急发电机组等设备。2.5.2基地级维修保障基地级维修保障按照“通用设备社会化保障”的原则进行设计,主要针对需要保障资源较多的维修,如更换起竖液压缸、发动机等结构较大的部件,可以在基地级维修中心进行修复性维修。基地级维修中心主要包括维修工位、废油处理间、备附件存放间、车辆信息管理系统等设施,以及小型钻床、钳工台、电焊机、补漆设备、清洗设备等常用工具。维修中心可以根据实际需要配置相应的保障车辆,如加油车、综合保障车、牵引车等,除了对发射设备特种车进行保障,也可以对其他车辆进行维护保养。

3维修保障设计技术探讨

3.1以可靠性为中心的维修(RCM)

无论是基层级修复性维修还是基地级修复性维修,均是一种视情维修,即等到产品发生故障或遇到损坏后,再对产品进行修复,是一种事后维修,可能带来保障的不确定性。同修复性维修相比,预防性维修是提高装备可靠性、安全性的有效措施,但有可能带来过维修。RCM是通过对产品的故障规律及影响进行深入的分析,确定适用且有效的预防性维修工作,以最小的资源消耗来保持和恢复装备的安全性及可靠性的固有水平。发射设备作为复杂的机电液一体化产品,在实际使用中,故障的发生是难以避免的,早期故障和偶然故障更是难以靠维修来预防,只有耗损性故障才可能预防。可根据影响人员安全和发射成败的因素,从液压、控制、供配电、底盘动力、传动、行驶等各个分系统去分别开展预防性维修,利用不同评判方法实现综合健康状况评估。RCM从理论层面上有很多解决方法,但从装备维修保障角度实现这一目标,还有很多具体的技术问题需要研究和解决。

3.2故障预测与健康管理(PHM)技术

PHM技术代表了从基于传感器技术的故障诊断向基于智能系统的故障预测的转变,这种转变引入了对系统未来可靠性的预测能力,借助这种能力识别和管理故障的发生、规划维修和供应保障,降低使用与保障费用,提高装备系统安全性、完好性和任务成功性,从而以较少的维修投入,实现基于状态的维修或视情维修和自主式保障,其核心问题是通过状态监测得到的数据,估计被监测设备的健康状态,预测设备的剩余寿命,依据这些信息确定设备的最优维护时机[2]。国外在PHM系统架构、先进传感器技术、故障推理与诊断技术、产品寿命预测技术、智能维护保障技术、试验验证技术等各方面都取得了进展。对某型号发射设备开展了初步PHM应用,但整体技术能力存在较多不足。如诊断范围小,仅限于电子设备,对于长期承载造成的结构件焊缝处的疲劳损伤,运动部件的磨损等预测尚不成熟。从降低发射设备保障费用、提高装备系统完好性出发,确定哪些参数需要实时在线监测,哪些参数需要定期检测。对检测出的潜在故障或亚健康状态,确定维修时间,如何维修或在哪一级维修,还需要深入研究。

4结束语

通过某型号发射设备维修保障规划,得到发射设备预防性维修、基层级维修、基地级维修、返厂大修等不同维修保障级别的修复性维修工作项目,LRU、SRU及工具。从维修可达性、维修便利性、维修方法等方面进行维修保障方案设计。对RCM、PHM等维修保障设计新技术进行了探讨,可为其他装备开展维修保障设计提供参考和借鉴。

参考文献

[1]马麟.保障性设计分析与评价[M].北京:国防工业出版社,2012:12-16.

[2]崔巍巍,马晓东,王靖,等.PHM技术及其在航天产品中的应用研究[C]//航天可靠性2016年学术交流会论文集,2016:936-941.

作者:高强 麻广林 张博宇 赵京坡 卢卫建 单位:北京航天发射技术研究所

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