六性设计方法在自动操舵仪中的应用分析

【摘要】本文通过介绍分析可靠性、维修性等六性设计方法在自动操舵仪中的应用，论述了六性设计方法从源头抓起装备质量关，较好地降低研制风险，在武器装备科研生产工作中的重要意义。

1.前言

随着新时期新装备发展的客观需要，如何运用好可靠性、维修性等六性工程方法提高装备的研制质量，是当前和今后武器装备科研工作的重要方面之一。《武器装备质量管理条例》中也明确指出：“武器装备研制、生产单位应当运用可靠性、维修性、保障性、测试性和安全性等工程技术方法，优化武器装备的设计方案和保障方案。”此后在此五性基础上又增加了环境适应性要求，也就是我们俗称的“六性”。

某新型自动操舵仪，针对批量生产、试验和交付的特点，在研制阶段深化六性设计，有力地推进了研制质量的进一步提升，为保证产品实物质量打下了坚实的基础。本文将简要分析所开展的六性设计工作。

2.装备简介

该新型操舵仪具有自动、随动和应急三种操纵方式，由主操纵台、简易操纵台、左反馈机构、右反馈机构组成。组成框图如图1所示图。

3.六性设计

3.1 可靠性设计

依据可靠性指标，建立相应的可靠性框图，采用通用元器件计数法进行可靠性预计。为此，开展了建立可靠性工作计划、编制可靠性保证大纲、建立可靠性模型、进行可靠性分配、进行可靠性预计、建立故障模式和影响分析（FMEA）、确立可靠性关键件和重要件、进行软件可靠性设计和进行分级环境应力筛选等工作。通过开展上述的一系列研制工作，保证了装备的可靠性满足要求。

3.2 维修性设计

维修性指标按规定值进行分配。根据维修级别，分层次分配到影响系统维修性的部分，对基层级维修分配到现场可更换单元。采用故障率分配法进行分配，对结果进行调整，并对调整后的结果进行验证。

在该装备的维修性设计方案中，采用了基层级、中继级、基地级三级梯形维修策略；所有电路板均为模块化设计，分别完成不同的功能，能根据故障出现时功能丧失的情况很快判断故障电路板；标准化设计，所有模块的输入、输出信号为标准信号，互换性好，更换方便；故障检测设计，分内部故障检测、舵机故障检测、通讯接口故障检测等。通过上述设计措施，较好地开展了维修性设计。

3.3 测试性设计

测试性设计时将控制设备按功能分为核心数字电路、串行通信接口、输入通道和输出通道，采用总线连接方式。核心数字电路、通信接口、输入通道、输出通道采用BIT(Bulit-in-Test，设备机内测试)设计。

(1)核心数字电路的BIT设计

系统核心数字电路主要包括处理器和存储器。处理器故障一般有寄存器故障、指令译码和控制单元故障、数据处理故障等类型，可通过监测处理器执行特定测试程序的结果来检测故障，典型的处理器检测方法有看门狗定时器检测、处理器指令检测等方法。存储器故障一般有存储矩阵故障、译码故障、读写逻辑故障等类型，这些故障的发生都会表现为读写存储器错误，因此可以运行不同特征的程序来检测存储器故障。

(2)通信接口的BIT设计：

设备中存在的通讯接口故障一般有发送信号固定、接收信号固定、发送信号线开路、接收信号线开路等类型。根据这些故障模式，采用硬件上的发送与接收回绕检测方法和软件校验检测方法实现对故障的检测。硬件上利用检测控制开关回绕通信接口的发送端到接收端进行自发自收检测。

(3)输入通道的BIT设计

输人通道包括传感器和传感器信号处理电路，传感器信号既有模拟信号又有数字信号，处理电路也不尽相同，但是故障最终都表现为突变、漂移和恒定。先划分信号处理电路和传感器两个故障层次，分别进行信号调理电路回绕检测和传感器信号验证检测。

(4)输出通道的BIT设计

执行机构驱动电路有模拟量驱动电路和开关量驱动电路。电子控制系统的执行机构包括电磁阀、比例阀等，这些执行机构均为感性负载，所需的驱动信号为电流信号。由于驱动电路和执行机构具体的故障现象和原因很复杂，准确检测出故障非常困难，但故障最终都会表现为执行机构的动作失控。将故障定位为驱动电路故障和执行机构故障两个层次，分别采用驱动电路回绕检测和执行机构位置跟踪检测的方法。

3.4 保障性设计

设备固有可用度Ai要求较高，因此按相应的标准规范做好保障资源的规划工作。设计制造时要求尽量采用标准件、通用件及标准接口(包括物理接口和功能接口)，除做好设备的互换性设计工作外，还从以下几个方面开展保障性设计工作：

(1)优先采用通用化、系列化、组合化（模块化）设备、工具、组件和零部件，减少品种规格，降低设备的复杂程度；

(2)充分考虑各种资料的格式统一，并同时交付电子化技术资料；

(3)操作使用方便，减少人为因素引起差错的可能；

(4)备品备件、保障设备和工具配置合理，易于更换、操作；

(5)按相关要求进行人员培训。

3.5 安全性设计

多操舵部位选择，操舵仪提供二个操舵部位，在其中任一部位功能失效或损坏，可在3秒内切换至另一操舵部位继续操纵。多操舵方式，操舵仪提供自动、随动、简易三种操舵方式，相互任意切换，保证操舵控制功能的完好。操舵仪监测本身发出的操舵指令信号和舵机反馈回的舵令执行信号，可有效的判断跑舵或卡舵故障，为操舵舰员和指挥员提供判断信息，避免因上述故障导致的航行安全事故或隐患。此外，还采取了操纵面板只设置必备的控制开关和调节旋钮，避免误操作带来的操纵危险；凡峰值电压高于55V的端头和部分，均有保护措施或高压警告标志等技术措施，确保了装备的安全性。

4.结语

通过开展上述的六性设计工作，从源头抓起把好装备质量关，较好地降低了研制风险，为之后的生产、试验、交付和保障奠定了良好的基础。但同时也应看到，开展六性设计工作需要前期做大量细致的工作，进行周全的策划与实施。当前对六性的认识还需要进一步深入，六性设计水平还有很大的提升空间。推动六性技术在各型装备研制中的更好地运用，是今后努力的方向，会对装备质量发展有很大的促进作用。

参考文献

[1]徐杰.武器装备发展的可靠性、维修性和保障性[J].船电技术,2003(3).

[2]邱惠民.船舶自动操舵仪综述[J].船舶设计通讯,2001(2).

作者简介：范邹（1979―），男，湖北监利人，大学本科，海军驻九江地区军事代表室工程师。