基于FMECA的捷联惯性导航系统维修性信息分析*

王佳笑,常天庆,朱 斌,王宇颢

(装甲兵工程学院,北京 100072)

0 引言

随着新型捷联惯性导航系统在装甲战车上的不断列装,使用中暴露出来的问题越来越多,迫切要求进行维修性分析。传统的维修性分析方法主观性强、技术难度大、实施困难,很难适应新的要求,采用新的分析方法的要求越来越迫切。采用FMECA维修性信息分析方法,把捷联惯性导航系统运行中出现的故障数据信息和其固有的可靠性有机的结合起来进行维修性信息分析,以提高维修效率,保证装备的可靠运行。

FMECA维修性信息分析是对每个潜在的故障模式进行分析,得到危害性高的故障模式及修复故障系统所需采取的有效措施。

1 捷联惯性导航系统定义

1.1 系统的任务功能

捷联式惯性导航系统是利用固连在运载体壳体上的惯性测量元件,测量运载体相对于惯性空间的运动参数,经过计算,推算出运载体的位置、速度、姿态等参数,对运载体进行实现全天候、自主式的实时定位和导航。

1.2 系统功能方框图

为了描述系统各功能单元的工作情况和相互影响关系,建立功能方框图。捷联惯性导航系统主要由惯性测量单元、相关电路和导航计算机组成。惯性测量单元包括陀螺、加速度计和转位机构,它利用惯性效应测量运载体的线运动和角运动。相关电路由电源板、采集板、伺服板、底板组成,电源板为整个系统提供各种电源;采集板完成陀螺、加速度计等信息的采集与接收;伺服板完成台体的转位与位置控制;底板为各组件提供电气通道。导航计算机完成捷联解算和整个系统的控制(见图1)。

1.3 系统可靠性方框图

把复杂的捷联惯性导航系统划分为具有独立功能的分系统,从而利用可靠性方框图表示各组成部分的故障或它们的组合如何导致捷联惯性导航系统的故障。由于任一组件失效都将引起捷联惯性导航系统的失效,所以捷联惯性导航系统可靠性框图为串联关系(见图2)。

图1 捷联惯性导航系统功能方框图

图2 捷联惯性导航系统可靠性方框图

2 FMECA维修性信息分析表格

根据GJB1391-92《故障模式、影响及危害性分析程序》和捷联惯性导航系统的技术要求,对其进行FMECA维修性信息分析,如表1所示。

2.1 代码

为使每一故障模式及其相应的方框图内标志的功能关系清晰明了,在FMECA维修性信息分析表格的第一栏填写捷联惯性导航系统各组件的代码。

2.2 产品名称

组成捷联惯性导航系统的各组件的具体名称,如:陀螺仪、电源板、导航计算机等。

2.3 系统的任务功能

根据进行FMECA维修性信息分析的每个组件的定义,确定每个组件所具有的主要功能。如:电源板为整个导航系统提供电源。

2.4 故障模式

故障模式是故障的表现形式,如输出错误、无输出等。根据捷联惯性导航系统的技术规范和故障数据信息,得到捷联惯性导航系统各组件所有可预测的或潜在的故障模式。

2.5 故障原因

故障原因解决为何发生故障的问题,包括直接导致捷联惯性导航系统故障或性能降低的物理或化学过程、设计、工艺缺陷或使用不当等。

2.6 故障影响

故障影响是指每一种假设的故障模式对产品导致的各种后果。它包括所假设的故障模式对当前所分析的约定层次产品的使用、功能或状态的影响,还包括所假设的故障模式对当前所分析的约定层次高一层次产品的影响,以及对系统的最终影响。如电源板输出错误对自身影响为损坏,对导航系统的影响为导航无输出,甚至损坏其他组件。

2.7 严酷度类别

根据每个故障模式对系统造成的最坏的潜在后果确定其严酷度类别。严酷度分为Ⅰ类(灾难的)、Ⅱ(致命的)、Ⅲ(临界的)、Ⅳ(轻度的)四类。

2.8 故障检测方法

操作人员或维修人员检测和定位某一故障模式的方法,并对产品工作异常或故障的报警及其他显示装置加以说明。

2.9 基本维修措施

根据分析人员的判断,必须由维修技术人员为排除故障而采取的维修措施,还需确定维修后可能出现的校调。如:更换采集板后需要对捷联惯性导航系统进行标定,以保证其定位和导航的精度。

2.10 是否属于最少设备清单

当系统有某些缺陷时,在遵守清单中所列限制的情况下,系统允许使用。在本捷联惯性导航系统中,由可靠性框图可知,任一组件失效都将引起捷联惯性导航系统的失效。所以每一组件都属于最少设备清单。

2.11 故障概率等级

由于无法获得各组件故障的概率,在此作定性分析,将故障概率等级分为5个等级:A级(经常发生)、B级(有时发生)、C级(不常发生)、D级(很少发生)、E级(很少发生)。

2.12 危害性矩阵

由于无法确定故障率,故采用危害性矩阵比较各故障模式的危害程度,分析导致系统故障的主要原因,为维修分析、试验及检查要求提供信息。其做法是:横坐标表示故障模式的严酷度类别,纵坐标表示故障模式发生的概率等级。其目的是根据故障模式的严酷程度和故障模式发生的概率等级,将故障模式标在矩阵上,从而得到故障模式的危害性分布(见图3)。

危害性的判断方法是:故障模式标注的分布点向对角线(图中虚线OP)做垂线,以该垂线与对角线的交点到原点的距离作为衡量故障模式危害性的尺度;距离越长,危害性越大。由于是定性分析,我们规定在同一方格内的标注点(如08(1)和09(1))危害性相同,且它们的标注点均是该方格的几何中点。由危害性矩阵可以看出,08(1)和09(1)对系统的危害性最大;同时08(1)、09(1)、01(1)和04(1)发生的概率都比较大。

表1 FMECA维修性信息分析表

图3 捷联惯性导航系统危害性矩阵

3 结论

根据捷联惯性导航系统FMECA维修性信息分析的结果,确定了捷联惯性导航系统中各部件的故障规律、故障模式及其对捷联惯性导航系统产生的影响,从而有针对性地进行预防性维修和修复性维修,并为维修计划的制定和故障诊断提供有效的信息。

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[3] GJB1391-92故障模式、影响及危害性分析程序[S].国防科工委军标出版发行部,1992.

[4] GJB/Z1391-2006故障模式、影响及危害性分析指南[S].总装备部军标出版发行部,2006.

[5] 国家军用标准《故障模式、影响及危害性分析程序》、《故障树分析》实施指南[S].国防科工委军标出版发行部,1992.

[6] 王佳笑,常天庆,朱斌.基于FMECA的X型惯性导航系统故障分析[C]//第十九届测试与故障诊断技术研讨会,2010:58-60.