典型发射车控制系统产品保障性设计流程分析

王志勇、刘海阳、刘佑民 /北京航天发射技术研究所

发射车控制系统（以下简称车控系统）主要由电气设备组成，相对于机械设备，其特点为非直观性，控制系统在出现故障后的问题定位往往具有一定的难度，一般需要获取产品出现故障时的信息，或者需要专门的测试设备采集必要的信息进行分析和判断。发射车用户一般会报备修理部门，专职进行装备维修，但维修人员又不具备对电液系统的复杂故障定位能力，同时缺少故障定位所需的测试设备，因此产品一旦出现问题，就需要设计人员前往现场进行处理。

目前，车控系统产品研制中存在的主要问题包括：在方案设计阶段同步开展的保障性设计工作较少，保障性设计定性分析多，实质性设计内容少，保障性设计未有效促进维修性、测试性设计，产品固有的保障性水平低。因此，在产品交付后，发现产品测试、维护、维修困难；产品出现故障后，用户难以自行定位处理，需要耗费大量人力进行售后服务。

一、典型发射车控制系统说明

车控系统通过CAN 网络实现发射车展车、起竖（回转）、撤收、导弹解锁、导弹锁紧等工作。典型的车控系统由人机交互计算机、主控单元、通用单元、多路阀驱动器、电机控制单元、操控单元、集线装置、车控系统电缆网以及各类传感器和执行器件组成，如图1 所示。

除操控单元外，其他设备均用于自动流程控制，操控单元是进行紧急撤收时使用的设备。车控系统是基于CAN 总线的分布式控制，其核心为1 个主控节点（主控单元）和多个底层节点，主控单元实现与人机交互计算机（上位机）的命令交互，主要完成调平、起竖等流程控制，按流程要求将开阀、关阀指令发送至各个底层CAN 节点，各底层节点实现对执行机构的控制及传感器信号采集。

二、使用保障性分析

1.产品转运

车控系统除装车产品外，还包括技术中心库设备、备件、通用专用工具等小件产品，需要进行转运工程的保障性设计。

为了确保小件产品运输过程的安全可靠，应放置干燥剂，采取抽真空密封、运输减振等措施；为了便于运输、码放，应遵循总体制定的产品包装防护统一要求、包装箱制作统一要求；备件、工具等应遵循总体统一编号规则进行标识，便于用户识别、使用，将相关保障性设计需要落实到产品技术条件中。

2.产品贮存

车控系统涉及到贮存的产品包括装车设备及技术中心库的设备、备件、通用/ 专用工具等。对于不经常使用的备件、通用/ 专用工具等产品，可以直接采用产品转运的包装箱进行贮存；对于经常使用的技术中心库设备，需要设计结实耐用的产品包装箱，并且便于用户搬运及使用。车控系统产品贮存的一般温度要求是5 ℃～35 ℃，相对湿度是30%～75%，防雨防潮。产品在贮存期间应每隔3 个月通电一次，每次不少于30 分钟。为了应对长时间贮存，产品应进行防霉菌、盐雾设计。

图1 车控系统组成框图

3.日常训练

根据用户需求，日常训练分为实车操作和模拟训练2 种。

（1）实车操作

在实车操作中，车控系统需要的保障条件将在维修/ 维护保障设计中进行分析，特殊之处在于车控系统需要配置应急撤收设备，如手动操控单元可以作为装车设备，也可以作为技术中心库设备，实现在自动程序无法收车的情况下手动收车。手动操控单元作为装车设备时，需要与总体协调，将设备面板置于车体侧面便于用户操作和观察动作的位置。手动操控单元作为技术中心库设备时，使用中需要连接至发射车，应与总体协调，将连接点置于用户便于操作的位置。

（2）模拟训练

在模拟训练中，车控系统一般涉及发射流程的相关训练，需要配置弹体等效设备，在地面散态状态下可以正常执行发射流程。车控等效设备应采用市电供电，便于用户在散态状态下操作。

（3）作战使用

车控系统作战使用的相关保障性设计与实车操作一致。

三、维修保障性分析

产品维修是指产品在使用中出现问题或在维护检查中发现问题后，开展产品功能和性能恢复工作。车控系统维修保障性设计步骤如图2 所示。

1.故障模式及影响分析（FMEA）

FMEA 是开展保障性分析的基础，典型车控系统FMEA 示例见表1。其中，故障测试方法为故障定位方法，目标是定位至系统最小可更换单元。通过FMEA分析，列出典型车控系统每一个产品可能的故障模式，并分析故障模式产生的原因。

图2 维修保障性设计步骤

表1 典型车控系统FMEA示例

通过FMEA 分析，得出设计改进措施和使用补偿措施，获取可靠性设计需求，可以有效降低故障模式发生的概率，降低故障的处理难度。产品维修方式由工业部门负责维修优化为用户自行维修，降低了产品保障难度和成本。

2.维修项目确定

通过FMEA 分析，得出典型车控系统产品可能涉及的维修项目，以及在施加设计改进措施和使用补偿措施后的维修方式，示例见表2。

表2 维修项目确定示例

3.故障确认流程分析

通过分析故障确认流程，确定故障确认的保障条件，同时提出测试性设计需求。为了保证车控系统在出现故障时能够准确定位，需要分析FMEA 每一个故障模式的确认方法和手段，以及必要的通用测试设备和专用测试设备。故障模式确认方法、保障条件分析示例见表3。

表3 故障模式确认方法和保障条件分析示例

故障确认方法的原则是：可以快速更换的产品，如接近开关，直接更换确认；不可快速更换的产品，如编码器、控制单元等，通过测试和排除法确认故障。

4.故障修复流程分析

通过分析故障修复流程，确定故障修复的保障条件，同时提出维修性设计需求。以倾角传感器故障修复流程分析为例，倾角传感器一般放置于车体尾部或中部，外罩保护盖，用于测量车体水平度，作为车体调平控制的基准。倾角传感器换件流程分析见表4。

近年来，车控系统一般采用分布式控制方式取代集中式控制方式，系统组成由多小型化单机取代大机箱多印制板集成的方式，产品维修由单机直接更换取代开箱换板的方式，有效降低了产品维修难度。

四、维护保障性分析

产品维护，也称预防性维修，是指为了确保产品处于良好的工作状态所开展的产品性能检查、标校、损耗件定期更换等操作。维护保障性分析步骤如图3所示。

1.维护项目确定

维护工作分类一般包括：保养、操作人员监控、使用检查、功能检测、定时拆修、定时报废。通过故障模式及其原因分析来确定维护工作项目，确定其工作类型和工作时机，示例见表5。某些原因所产生的故障模式，只能通过维护工作提前发现，无法通过维护工作解决的，必须进行修复性维修。

表4 倾角传感器换件流程分析

图3 维护保障性分析步骤

2.维护流程分析

通过维护流程分析，确定维护的保障条件，同时提出测试性设计需求。车控系统以电气产品为主，维护相对简单，其流程分析示例见表6。

表5 维护项目确定示例

表6 维护流程分析示例

五、保障性设计输出

保障性设计输出包括保障设备配套、专用设备的设计要求、保障设备使用维护手册和产品使用维护手册，其中保障设备包括备件、专用测试设备和工具、通用测试设备和工具、耗材等，同时形成系统可靠性、测试性、维修性设计需求。

发射车控制系统保障性设计与可靠性、测试性、维修性密切相关，需要在产品方案阶段综合考虑。在产品生产交付后，前期保障性设计工作的缺失，会给后续售后服务工作带来很大的难度，产品的固有保障性难以得到提升，因此需在产品研制过程中尽早启动保障性设计的相关工作。▲