雷达装备质量数据分析与评估方法研究

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(中国电子科技集团公司第三十八研究所，安徽 合肥 230088)

雷达装备质量数据分析与评估方法研究

陈帝江,张红旗,张祥祥

(中国电子科技集团公司第三十八研究所，安徽 合肥 230088)

针对雷达结构传统质量数据管理中存在的缺乏统一数据源、数据难跟踪和设计质量缺乏评价手段等问题，提出了一种面向改进设计的质量数据分析和评估方法。介绍了基于多层次和多元分析的雷达装备质量数据分类和体系构建方法、质量数据跟踪和传递方法，进而给出了雷达结构设计质量综合评估方法。最后，给出了雷达结构质量数据分析与评估原理系统的体系结构和开发方法。

雷达装备；质量数据；设计质量

0 引言

军用电子装备具有产品结构复杂、产品生命周期长、产品质量管理和使用维护复杂等特点。随着军用电子装备复杂程度的不断增加和军用电子装备研制企业质量管理信息化程度的不断提高，越来越多的军用电子装备研制企业在不断缩短制造周期和提高资源利用率的同时，更加趋向于提升质量数据的分析和研究，以提升产品的设计质量。

当前，雷达装备类型、规模和功能的不断提升，在研制过程中，对装备的可靠性、操作性和使用维护等方面提出了更高的要求，仅在制造阶段实现产品的质量控制和管理已不能满足用户的需求，必须将质量管理延伸至装备的服务与维护，只有对装备在使用阶段产生的质量问题快速响应与跟踪，并及时反馈给设计与制造部门，才能真正实现质量数据的闭环管理和产品的改进设计。如何实现军用电子装备设计、制造和售后质量数据的综合分析和评估，是目前亟待解决的问题[1]。

以典型地面高机动雷达装备为研究对象，针对雷达装备结构研制中对复杂环境下改进设计以及质量数据系统开发的需求，研究质量数据同源率低、信息集成度不高，以及设计质量评估缺乏数据支撑和规范等问题的解决方法，构建面向雷达结构设计、制造和使用阶段的质量数据评估系统。根据评估结果，指导雷达结构的改进设计，以达到提升设计质量、降低维护成本、提高质量控制能力的目的。

1 质量数据分析与评估方法

1.1 需求分析

a.传统质量数据信息呈现离散化和系统性不强的特点，缺乏统一数据源和系统集成技术支撑。雷达装备传统质量数据缺乏独立的数据体系和统一的信息载体，对质量数据的相关业务流程无法做到统一存储、组织、管理和控制，很难实现对雷达装备质量问题的追踪查询和分析，以及全生命周期质量数据的可追溯和管理。

b.雷达装备传统质量数据缺乏系统的分析手段，难以实现设计质量特性数据跟踪及溯源。传统质量数据缺乏系统的体系结构，无法满足雷达装备结构质量数据多维化、映射和闭环处理的要求，难以实现开发设计、工艺规划、加工制造、检验装配、使用维护的整个生命周期质量数据的共享与反馈。

c.雷达装备传统质量数据缺乏面向改进设计的设计质量评估支撑系统。传统质量数据信息大多用于质量问题处理的共享和反馈，由于缺乏支撑系统，难以驱动装备的改进设计。

1.2 体系结构

雷达是复杂的机电一体化大型装备，在运行过程中，其各分系统的质量数据全生命周期管理，目前属于空白状态。质量数据的管理一般集中在设计、生产加工和装配的制造阶段，面对新形势下对雷达装备质量管理的要求，质量数据的管理必须延伸至雷达装备的使用和维护阶段。只有对设备在使用和维护阶段产生的质量问题进行快速跟踪与定位，并及时反馈给设计和生成部门，才能真正实现质量数据的同源追溯管理。质量数据同源追溯管理和支持雷达装备数字化质量数据管理技术，已成为当前雷达装备质量数据管理的研究方向和发展趋势。雷达装备质量数据分析与评估的体系结构如图1所示。

图1 雷达装备质量数据分析与评估体系结构

雷达装备传统的质量数据管理方法一般主要针对企业内部，以物理产品的检验作为主要的质量控制手段。数字化设计环境下，从雷达装备的设计阶段开始，设计人员建立产品的三维几何模型，而尺寸、公差标注、表面处理方法和质量指标要求等信息只能同时在三维模型上进行标注，工艺设计和制造人员依据三维几何模型进行工艺过程、加工制造、装配和检验等过程规划和设计。以数字样机模型为基础，集成质量数据的信息，构建质量数据集成信息模型，将质量信息的传递从依靠二维的质量信息卡等载体，向全三维的集成信息模型转变。数字化集成质量数据管理方法，将包含需求、设计、工艺、制造和检验等各种质量信息集成到同一个单一的产品三维模型上，实现雷达装备质量数据的自动关联、追溯和集成信息驱动的数字化管理。

2 雷达装备质量数据分析与评估

2.1 雷达装备质量数据分类和体系结构构建技术

雷达装备质量数据体系结构分析方法主要研究基于研发阶段，获取可集成到三维设计模型中的雷达装备质量数据信息，分析其来源，研究分类方法，进而研究关键零部件的质量数据提取技术，并对提取的质量数据信息进行数据结构分析，为构建雷达装备集成质量数据模型提供信息基础。

对雷达装备的质量数据来源进行分析和归类，雷达装备质量数据信息结构化分析方法原理如图2所示。

图2 雷达装备质量数据体系结构分析方法原理

雷达装备质量数据信息主要有雷达装备整机级质量数据信息，指决定和影响雷达整体质量的工程技术参数的数据集合；雷达装备设计工艺级质量数据信息，指构成雷达组件、零件的设计工艺质量指标，设计工艺质量与雷达整机级质量之间的关系参数集合；雷达装备制造级质量数据信息，指雷达在装配过程中，装配线的特征、工具、夹具和过程等影响雷达整机级质量控制的参数集合；雷达装备使用级质量数据信息，指雷达在部队使用过程中，对雷达的整机、分系统及各关键零部件的工作状态进行监视而产生的数据集合；雷达装备维修级质量数据信息，指雷达在定期大修和常规小修的过程中产生的数据集合。

根据雷达装备质量数据源的特点和雷达装备自身的组成要素，可将雷达装备的质量数据分为产品类质量数据信息、组件类质量数据信息和零件类质量数据信息。对雷达装备不同级别的质量数据源和质量数据类别进行数据结构分析，基于数据结构分析的结果，建立统一数据采集规则和信息记录模板，将处理好的质量数据信息和雷达装备的设计质量特性进行集成，形成设计质量数据。

2.2 雷达装备质量数据跟踪和传递方法

雷达装备质量数据跟踪和传递方法主要研究在企业内部已有信息系统的数据基础上，综合装备生命周期的BOM信息，以关键设计质量特性为核心，研究如何在产品生命周期中跟踪和定位质量数据。构建原理如图3所示。

图3 雷达装备集成质量数据构建原理

基于质量数据分析的雷达装备结构设计质量评价方法的核心问题和难点主要是，如何解决在PLM及产品研制周期的牵引和用户需求的推动下，实现雷达装备质量数据的跟踪和传递，以及支撑设计质量评价的质量数据集成化闭环管理和应用[2]。

雷达装备研制过程一般分为设计、制造和使用维修阶段。对于质量数据在流程中的表现形式来说，设计阶段主要包括整机级质量数据和设计工艺级质量数据。整机级质量数据的输入主要是用户需求的量化表达，综合CBOM(customer bill of material，用户BOM)信息，生成质量目标和整机功能质量要素；通过雷达组成要素的分析，将功能质量要素转化为结构质量要素。

设计工艺级质量数据产生于雷达的详细设计阶段，其输入主要来自整机级质量数据的结构质量要素。综合EBOM(engineering bill of material，设计BOM)、PBOM(planning bill of material，工艺BOM)、ABOM(assembly bill of material，装配BOM)，对结构要素进行目标分解和优化，协调完成质量计划。该阶段的质量数据信息集成到数字样机模型中，主要用来支持下游制造阶段的质量控制。

雷达制造阶段产生制造级质量数据，其输入一部分来自设计工艺阶段确定的结构本身质量参数集合，另外一部分来自车间的包括加工人员和设备等信息。综合MBOM(manufacturing bill of material，制造BOM)，对雷达加工制造中产生的质量数据信息进行控制、分析和处理。

雷达使用和维修阶段产生使用和维修级质量数据，以雷达出厂时的质量数据为初始化信息，在此基础上，主要由部队用户进行雷达在使用过程中的质量监控和质量数据记录；综合RBOM(repair bill of material，维修BOM)，在质量故障处理完成后，及时将质量数据的变更信息通过保密传输的方式反馈给雷达制造企业的售后部门。

在雷达装备的设计阶段，利用三维建模工具，建立雷达结构的三维设计模型，然后将尺寸、公差、注释要求、工艺要求、表面处理和热处理等信息在三维模型上进行标注，生成雷达装备的数字样机模型。数字样机模型在不同的设计阶段会产生不同的标注信息，将这些数字样机模型统一存储在集成数据库中[3]。

质量数据信息主要有整机质量数据、设计工艺质量数据、制造质量数据和使用维修质量数据，在研究过程中，拟将这些质量数据的表达分为4类形式，即属性、关系、原生特征和衍生结果。以雷达的转台在设计阶段的质量数据表达为例，其属性为“转台的设计级精度”、“ZHT-A”、“重要”；关系为“装载平台(父)”、“工程设计”；原生特征为“强度”、“1”、“设计工艺级”；衍生结果为“强度仿真分析”、“1”、“分析结果”。

雷达装备各阶段的质量数据与各阶段的BOM相对应，通过抽象化处理后，将这些质量信息关联到关联设计质量数据上，可形成各阶段的质量数据集成模型，并按照对应关系，存储到集成数据库中。

2.3 雷达装备结构设计质量综合评估方法

基于模糊多属性决策的雷达装备结构设计质量综合评估方法，主要研究关键设计质量特性的分析和验证方法，以及多元关键设计质量特性在雷达装备结构设计质量综合评估中的权重分配，并通过加权计算雷达装备结构设计质量的综合评估数值，制定相应的标准和规范[4]。

基于模糊多属性决策的雷达装备结构设计质量综合评估方法的核心问题和难点，主要是如何解决通过质量数据分析量化雷达装备结构关键设计质量特性数值，以及客观、准确地确定多元关键设计质量特性的权重[5]。采用模糊评估方法，确定关键设计质量特性的量化数值，并结合模糊层次分析法确定多元关键设计质量特性之间的权重分配，通过属性数值的预处理，计算雷达装备结构设计质量综合评估数值，用于分析改进设计，原理如图4所示。

结合雷达装备结构产品特色及关键设计特性提取技术研究，提取雷达装备结构关键设计质量特性(如精度、可靠性和重量等)，并结合设计质量评估体系制定二级、三级评估指标。通过对雷达装备设计质量数据、制造质量数据、使用质量数据的溯源及分析，计算各关键设计质量特性量化数值，并进行规范化、归一化等数值预处理。借助模糊层次分析法并结合雷达装备结构设计质量评估指标体系，确定雷达装备结构各关键设计质量特性的权重分配，并与关键设计质量特性量化数值进行加权计算，得到雷达装备结构设计质量综合评估数值，进而开展评估结果分析及改进设计建议。

图4 雷达装备结构设计质量综合评估方法原理

3 原型系统构建

确定面向对象的开发思想，在综合分析雷达装备结构质量数据信息的来源、分类、模型构建方法和管理需求的基础上，建立雷达装备设计质量评估与改进设计系统的体系结构。以VC++8.0为开发工具，使用OpenGL/Performer图形引擎、mysql、applet技术和硬件接口开发等技术，开发雷达装备设计质量评估与改进设计系统。系统的体系结构如图5所示。

数据层拟采用Oracle数据库软件存储不同的数据信息。雷达结构数字样机模型库用来存储基础模型，开放端口与产品类、组件类和零件质量数据库进行数据交互，生成质量数据集成模型。雷达装备质量数据集成数据库是数据层的核心数据库，该数据库一方面存储的是雷达装备各阶段的质量数据信息，另一方面通过定制开发，综合xBOM的信息，与新质量数据信息进行比较，诊断新数据的准确性和一致性，为业务层提供唯一准确的决策支持信息。

业务层是整个系统开发的核心层，该层通过质量数据分析与验证、设计质量评估和改进设计方案等业务过程，针对不同的业务对象，提取不同的质量数据信息。该过程的划分与雷达装备的研发各阶段关联，直接关系到数据采集的准确性[6]。

图5 雷达装备设计质量评估与改进设计系统体系结构

表现层拟通过定制开发的工具，将质量数据发布成脱离软件平台的电子查询手册、制造成动画演示文件等多媒体文件。通过XML(extensible markup language，可扩展标记语言)将采集到的质量数据进行封装，并转化为可发布的通用文件资料，提交到系统的可控域信息平台，供访问层各取所需。

访问层是该系统数字化和集成化优势的外在体现。不同的访问者如不对用户、售后部门、设计部门、制造部门和合格供方等，可根据不同的访问权限提取各自所需的质量数据信息，并以质量数据集成模型的方式直观的在各自的终端上显示，与之关联的质量数据信息通过该信息系统进行沟通交流，实现制造企业内部各部门之间的质量数据持续的反馈和更新，实现雷达装备质量数据的管理和产品质量的持续改进。

4 结束语

建立了一个支持雷达装备设计质量评估与改进设计的原型系统。系统可以利用质量数据信息针对雷达装备结构的设计质量进行评估，并提出改进设计方法。构建雷达装备关键零部件的集成质量数据模型，用以实现雷达装备结构设计质量的分析和评估，指导雷达结构的改进设计，以达到提升设计质量、降低维护成本、提高质量控制能力的目的。

[1] 刘胤，林晓青，滕鑫，等.研制生产质量数据组织与处理方法及系统研究[J].中国制造业信息化，2012(13)：20-23.

[2] 何益海，唐晓青，王美清.产品设计质量数据与管理模型研究[J].计算机集成制造系统，2006，12(8)：1161-1166.

[3] 李哲林，姜立军，罗杜宇.装配型企业现场质量数据采集模式的研究[J].制造业自动化，2007，29(12)：15-17.

[4] 唐晓青，胡云，王雪聪.面向产品生命周期的质量数据模型[J].北京航空航天大学学报，2006，32(10)：1135-1140.

[5] 刘明周，任兰，张铭鑫.产品质量统计过程中的制造质量数据管理方法研究[J].计算机集成制造系统，2005，11(2)：280-283.

[6] 何超，李强.面向航空发动机的质量数据及管理体系结构的分析研究[J].航空制造技术，2012(10)：74-77.

Research on the Method of Analysis and Evaluation for Radar Equipment Quality Data

CHENDijiang，ZHANGHongqi，ZHANGXiangxiang

(NO.38 Research Institute of CETC，Hefei 230088，China)

To solve the problems of absence unification data fountain，hard of the data trace and absence the method of evaluation for design quality，a scheme of analysis and evaluation of quality data for amelioration design is proposed.A measurable method based on multilayer and multianalysis for sort out quality data of radar，the method of the quality data trace and transfer，then a synthesis design quality evaluation method is given.Finally,an architecture and method of the antetype system for analysis and evaluation for quality data of radar structure is given out.

radar equipment；quality data；design quality

2014-09-23

国防技术基础计划资助项目(Z312012B001)；国防技术基础计划资助项目(B3120131100)；国防基础科研计划资助项目(A1120110003)

TP391

A

1001-2257(2014)12-0003-05

陈帝江(1983-)，男，安徽庐江人，硕士，高级工程师，研究方向为雷达结构设计、智能CAD和数字样机技术。