对船舶电子设备技术状态监测计量工作的思考

曹建军

(青岛雷达声纳修理厂，山东青岛 266100)

对船舶电子设备技术状态监测计量工作的思考

曹建军

(青岛雷达声纳修理厂，山东青岛 266100)

文章通过对船舶电子设备的特点分析和实施技术状态计量和监测的难点分析，认为应当从健全组织机制、加强技术研究、加大技术措施投入、完善数据分析和运用等方面入手，开展和实施电子设备的技术状态监测和计量，推进该类型设备的全系统全寿命管理。

电子设备;技术状态;监测计量

实施设备技术状态的计量和监测，是开展设备全系统全寿命管理，实践以可靠性为中心的保障理论的重要工作，受到各方面的积极关注。近期因计量法、电子测试技术标准等法规的颁布实施，设备技术状态监测和计量工作得以有力支撑，各级积极响应而产生的科技成果颇多，具体到船舶设备方面，船机电设备技术状态监测和计量工作的发展尤其迅速，有代表性的如油液分析等技术的运用，在舰船主机、辅机等设备的运行状态监测、使用寿命预估、维修时机决策等技术保障工作实践中发挥了重要的作用。有关材料的实践证明通过对设备技术状态监测数据的分析，充分提取设备可靠性、保障性、稳定性等方面的特征，并把特征与本领域知识和经验相匹配，形成一套数据处理规范、具有定量分析能力的维修决策支持系统，辅助决策最佳的维修时机及维修资源，不断优化设备全寿命周期费效比。据此，科学有效的建设和实施设备技术状态监测与计量工作，可收集设备运行过程数据，有利于维修时机决策，有利于实施预防性维修，有利于发现故障征候，有利于实践“治未病”，有利于预估设备应用可靠性。尽管近来设备计量和技术状态监测在船机电设备技术保障工作中有了长足的发展和有效运用，但该技术在船舶电子设备保障工作中的运用却不理想。如何开展电子设备的技术状态监测和计量工作，是当前我们应注重研究的问题之一。

1 船舶电子设备特点和实施技术状态监测的难点分析

1)系统性强。惯导、雷达、通信等电子设备一般由收发装置、前置信号处理、模数转换、数字信号处理、终端显示控制、电源系统等组成，各部分之间相互关联和影响，具有较强的系统性设计。其控制信号逻辑关系复杂，数字化后的电磁信号检测分析困难。因此实施该类型设备的技术状态计量和监测必须通盘考虑，只进行某一分机或模块的检测往往不能取得满意的效果。

2)过程变量监测困难，有瞬态效应。如电流、电压、电磁场变化等。目前在船机电设备技术状态监测中得以广泛运用的油液分析技术是通过分析被监测机器的在用润滑剂 (或工作介质)的性能变化和携带的磨损微粒的情况，获得机器的润滑和磨损状态的信息，评价机器的工况和预测故障，并确定故障原因、类型以及采用的维修管理策略。其突出特点是对设备运行介质 (各种油液)的分析测试，然而对于电子设备，其介质是不恒定或是难以检测的，电子设备运行过程变量是电压、电流、频率、波形、电磁环境等，除供电电压外一般都是瞬态变量，难以监视和测量;而且其元器件如电容、电阻、集成电路等若非进行破坏性试验检测，难以对其寿命进行分析和预估。

3)故障征候不明显，突发性故障多。机械部件的失效一般有磨损、疲劳、表面皲裂、内部断裂等的渐变过程，但是对于电子元器件，失效往往是突发性的，其故障前的物理征候不明显。但也绝非无迹可寻，一般存在电流变化、传输波形特性变化、功耗变化、局部高温等现象，只是上述特征一般具备不稳定性或瞬态特征，难以捕捉、检测和监测。

4)组件复杂程度高。电子元器件的发展异常迅速，随电路板、电子元器件制作工艺的发展，其组成越来越复杂:①元器件内部构成复杂。1个大规模集成电路，一般集成了千万个常规器件。②电路板构成复杂。1个电路板上一般要装配几十种，上百个元器件。③功能复杂。现在1个电路板上一般要集成多种功能，以往分类功能的电路越来越少。④软硬件结合，功能多元化。既存在电路硬件一样而软件不同就可实现不同功能的电路板，也存在硬件不一样而通过软件实现同样功能的电路板。上述因素，造成电路板的测试困难、故障点定位困难、对维修测试人员的要求高等特性。

5)元器件的可修复性差。一般机械元器件可通过润滑、热处理、机械加工等工艺进行延寿、恢复或维修，而对于电子元器件级别的故障则往往具备不可逆性，尤其是集成化的电子元器件，一般是不能修复的，只能换新。

6)电子设备技术状态监测和使用可靠性研究不足。船机电设备应用广泛，研究深入，技术成熟，升级换代周期长。机载电子设备的可靠性保障研究，因空难事故的重视程度较高，其可靠性保障研究也比较深入。相对而言，日常船舶电子设备故障危害较小，一直以来没有得到足够重视，尤其是指挥控制和目标探测等设备，应用范围窄，其使用可靠性保障研究有待进一步深入，还谈不上数据的丰富采集和保障模型的建立。但近年来，由于设备计量和技术状态监管部门的组建，尤其是机电设备油液分析技术的深入研究和成功运用，各级已注意到了设备运行过程监测对设备保障时效的巨大作用，对此越来越重视，对电子设备技术状态监测的政策支持和经费投入也越来越重视，使得该项工作的研究近期有了可喜的进展。

2 电子设备实施技术状态监测的对策

电子设备的故障虽然难以预测，但也决不是无迹可寻，其故障的产生和发展也必有萌生、形成、发展、显现的过程，也必有中间过程量的变化，如相关模块电路的电压、电流、阻抗、电磁场等信息量的变化。电子设备的技术状态监测是实施设备全系统全寿命管理工作的重要内容，据有关材料表明，该项工作在美国起步早，开展的较好，尤其在航空电子设备领域，具体做法是在机载电子设备内部 (或直接在电路板上)设置了大量的传感器和探测器，不但实时检测设备内部的温度、湿度等环境变量，同时还检测设备分机 (模块)等所处的电磁场信息等的变化，为设备故障的预测、定位和可靠性研究提供数据支撑。因此，只要我们监测点选得准确，方法适宜，监测时间足够长，所得数据足够丰富，就一定可以从中探索到规律性的东西，结合相关专业或外国电子设备的保障理论和经验模型，就可逐渐形成适合我国船舶电子设备实际的保障决策系统模型，从而指导我们的设备日常维修工作。

根据我们的经验，开展舰船电子设备技术状态监测和计量工作应从以下几方面入手。

1)在组织机制准备上下功夫:组织、职责、协调和沟通。

工作组织和机制是具体业务开展的基础，对于开展舰船电子设备的技术状态监测和计量，首先要成立必要的组织，应由各修造船基地所在的船级社、研制单位、维修厂、船东等相关人员组成，明确相应的职责、工作协调机制和监测目标，建立设备技术状态监测计量档案，明确采集数据的方法、时间间隔、分析程序、数据应用等，为工作的开展奠定组织机制基础。

2)在技术准备上下功夫:标准化、监测指标。

设备技术状态监测和计量是一项技术性很强的工作，主要体现在标准性和可追溯性上。要实施设备技术状态监测首先就要做好监测点的确定，根据设备的技术性能、主要技术指标和技术状态，按照必要、稳定、可测的要求，确定监测点，即要求监测点监测的是关系设备主要技战性能实现的关键或重要的参数，该点的参数值是可测量和评估的稳定值，而不是随机瞬态值。其次，要针对监测目标的信号特征选择合适的测量方法和测量设备，这要充分考虑信号的特性、极值、阻抗匹配等，选择合适的测量仪表和测量工装，从而在实现测量的情况下确保设备性能发挥不受影响。再次，还要做好测量的量值传递，保持可追溯性，即要对测量仪表和工装进行定期检定计量，确保测试结果准确、真实、可靠，使监测记录具备良好的可追溯性。

3)在技术措施上下功夫:全系统、全寿命、齐全、高效。

设备技术状态监测是一个系统工程，是设备全寿命管理的重要组成部分，要全寿命全过程介入，不仅体现在设备应用阶段，要始于设备的论证和设计，终于设备的报废鉴定，贯穿于设备管理的整个过程。在设计之初的保障性论证中就应适当的考虑技术状态监测和计量因素，设置必要监测点，预留监测计量接口，明确监测时机。在设备的服役过程中注重开展专用测试设备研制、现有监测手段的应用等工作，切实将有用、可靠的数据采集下来，并长期积累。

4)在数据分析和应用上下功夫:分类、建模、实用。

电子设备计量工作的出发点和落脚点是更好的实现设备的技术保障，更有效的保障设备的稳定性、可靠性、维修性、保障性和安全性，使设备时常处于良好状态。设备技术状态数据的采集固然重要，但更为重要的是数据的分析和应用，否则前面的工作就没有了意义。对于数据的分析不但要注意分类、归纳等统计方法的运用，而且要注意区分对待几种情况:①设备类型 (型号)相同，工作区域相同，但设备装载对象不同;②设备类型 (型号)相同，设备承载船舶相同，但工作区域不同;③设备技术实现相近 (同为电子设备，但专业不同，如导航设备与通信设备)，设备承载船型和工作区域相同。第①种情况主要考量的是不同船型设备的应用可靠性数据分析;第②种情况主要考量的是不同工作区域 (环境)对设备应用可靠性的影响;第③种情况主要考量的是不同专业或不同技术手段的设备之间的应用可靠性水平差异。设备技术状态监测和计量数据的应用要慎重，需要长时间的积累，要反复验证，而且需要多维度，不同方法统计分析，以探索出规律性的，适合我国国情、社情、电子技术制造水平的经验性结论，用以辅助设备维修保障时机决策，从而最大效能的发挥设备的能力。

开展设备的全系统全寿命管理，运用以可靠性为中心的保障理论，实施船舶电子设备技术状态监测和计量等工作，是一项长期的系统工程，其过程肯定曲折，效果也不可能理想化，这需要我们进行大量的理论研究和探讨。扎实的开展设备全系统全寿命管理，基于我国电子设备制造水平的可靠性、维修性、保障性、稳定性和安全性等研究，制定科学的技术实施方案，明确计量和监测指标，确定数据采集，研制专用设备和数据采集传感器等，切实把必要的有用的数据采集下来，科学的加以分析和运用，从而促进船舶电子设备技术保障工作的科学发展。

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This paper gives analysis to characteristics of marine electronic equipments and difficult points of implement of measuring and monitoring for technical states，puts forward the idea that monitoring and measuring of electronic equipment technical states should be developed in order to put the equipments into all-system and all-longevity management through the aspects of perfecting organic mechanism，strengthening technical research，putting more technical measures and using data analysis.

electronic equipment;technical state;monitoring and measuring

U672

C

1001－8328(2012)01－0040－03

曹建军 (1972-)，男，山东武城人，工程师，硕士，主要从事装备维修研究。

2011－07