舰船电子装备

舰船电子装备（共8篇）

舰船电子装备 篇1

引言

为了提高舰船电子装备的维修效果, 必须找到相应的对策与方法以保证舰船设备使用的效果, 及作战时的作战效能。

1 提高舰船电子装备维修技术的方法

1.1 加强对ATE和维修测试技术的研究

就目前国内的装备技术性、可靠性来说, ATE从整体上要加强研究, 这种研究在舰船电子设备中起着很重要的作用。侧重于武器的部门对于ATE的研究并不被重视, 特别是对先进的测试技术及诊断跟踪。ATE设备和建设综合维修保障系统可以大幅度地提高舰船电子装备的维修保障水平, 进而保证舰船可以时刻处于良好战斗状态。同时ATE对实现海军舰船电子装备高效、快速、廉价的维修保障系统也有巨大贡献。ATE涉及范围广泛而且综合性很强, 它需要装备研制部门、装备维修部门、装备使用部门的密切协作。在早些年开展的新型电子装备维修技术中主要是利用市场上的通用测试设备, 像是集成电路测试系统, 还有一种是专用性较强的自制系统, 像是雷达测试器, 对这些设备进行测试。但这些设备并不能满足我国海军舰船电子设备的维修保障需求, 所以还要研制出更多综合性强的测试设备及测试方法。相信新一代的ATE可以适应更多的测试对象, 达到更高的测试要求, 而且它的发展还将继续。对维修人员来说这种技术还需要不断开发。

1.2 严谨对待收集与整理装备维修的信息

其实收集与整理装备维修的信息很重要。只有做到对装备的维修保障进行合理的排查, 才可以有效对装备进行维护。装备维修保障信息包括装备的自检状况和结果, 出现相应的数据, 依据数据就可以进行相对装备的检测。这些信息的保留可以指导现场维修, 维修人员还可以根据这些数据进行装备的改进。这些维修保障信息还可以供设备生产厂家装备的技术改进, 使产品的使用寿命加以延长, 在出现问题时, 维修人员可以参考其维修数据使装备的维修时间缩短, 尽快使装备恢复运行, 当有零件损坏时采购员可以根据其数据进行采购及省时又省力, 也防止工作人员进行盲目的采购。另外一点要注意的就是, 在进行对装备维护保障信息进行采集时, 保证信息的真实性, 绝不能马马虎虎。对数据的整理也不能有偏。这样的工作一定要交给谨慎的工作人员进行收集, 还要进行多次核实绝不能出现半点差错。对舰船电子设备装备的每条信息机表格都要进行严格的检查, 确保在出现问题时进行合理有效的解决。

1.3 利用信息管理和专家系统建立综合维修保障系统

我国舰船的维修保障一般都是系统装备厂家给提供相应的技术资料, 或是舰船维修人员依据平时的维修经验进行维修。可以利用信息管理和专家系统建立一个综合性的舰船电子装备维修保障平台, 里面收集大量的维修数据集前人维修的经验, 或有专家进行有效的管理及维护, 用信息管理及人工智能化对舰船系统进行系统维护, 加强维修保障的有效途径, 达到投入少见效快的效果[1]。

2 提高舰船电子装备维修的措施

建立我国舰船电子装备数据库, 当故障出现时可以依据故障现象通过舰船电子装备数据库快速找到故障出现的原因。还要加强相关的信号技术, 以实现检测信号的在线分离、转换、采集。充分利用最先进的软件技术, 确保系统软件的可继承性和扩展性。通过这些设备的增强提高舰船电子装备的维护[2]。

3 结语

在这个科学技术快速发展的信息化时代下, 军事武器的发展也逐渐进入智能化。在科技的带领下新型军事设备不断诞生, 推动军事现代化建设的进程与发展, 海军新型的舰船、导航、电子控制设施不断发展到现在的自动化、电子化、数字化、智能化。在这种新形势下, 对于舰船的维修人员也产生了较高的要求, 对基础维修设备的建设及配置提出了更高的要求。

参考文献

[1]李晓阳, 郭万海, 王作超.舰船电子装备故障自动诊断系统设计[J].国防技术基础, 2010 (7) :44-46;53.

[2]薛文虎, 许炎义, 徐红华.舰船电子装备舰员级维修通用PMA设计方案[J].舰船电子工程, 2011 (12) :154-158.

舰船电子装备 篇2

随着海上交通运输的发展，海上安全工作变得越来越重要，如何保障海上运输的安全，减少人民群众生命财产损失，达到航行更安全的目标，是摆在我们面前的首要任务。

为了更好地保障海上交通运输的安全，保千里推出目前国际上科技含量最高的舰船夜视系统。无论是豪华游艇，还是普通及军方舰船，装备保千里舰船夜视系统，白天可视2公里，在夜晚航行可以达到400米的夜视距离，其夜视效果如同白昼。使用保千里舰船夜视系统，在全黑情况下，可观察到前方及周围400米范围内的船只、桥梁、码头及障碍物等，保千里舰船夜视系统搭载了360度全方位、全自动旋转夜视系统，红外全自动感应（可随着光线的强弱自动启动微光与红外夜视），实现360度、无盲区，实时清晰地观察、侦查、取证，并在驾驶室连接高清显示器，用于驾驶员实时清晰地观察、侦查、取证。相当于为驾驶员配置了一双高科技可夜视的鹰眼，将舰船在夜间航行的安全性提高2～3倍，其科技化、人性化及便利性的设计，将成为未来舰船行业的一个标准高科技装备。

兴洋船舶制造有限公司与保千里舰船夜视系统此次合作，将大大提高其生产船只夜间航行的安全性，同时也是保千里舰船夜视系统正式运用的开端，这对于双方的发展都有重要的意义。

随着国家加大对重点产业发展的支持力度，海洋经济、新能源、新材料、工程机械、物联网、节能环保、轨道交通装備、智能制造装备、新型动力电池材料等产业都将为船舶企业发展多元化经营提供新的市场机遇。目前我国船舶市场需求已呈现结构性变化，LNG船和海洋工程装备市场、节能环保型船舶和特种船舶、远洋渔船、渔政船，沿海及内河大型船舶未来都将会有一定规模的需求。随着全球经济复苏步伐的加快，航运业也会加速回暖。专家认为，2014年年底，造船业可能将迎来“春天”。因此保千里舰船夜视系统业将随之迎来旺盛的市场需求。

舰船装备多级链路设计与实现 篇3

在远程控制领域中, 网络化控制技术已经成熟, 一对一、一对多的控制实现较为方便。但在舰船通信装备控制网络中, 需要具有串行和从属关系的多级链路的控制应用, 在相对复杂的应用情况下, 多级链路的状态维护非常麻烦。

利用SIP可以方便地建立起多级链路, SIP协议自带的状态机组足以应付复杂的多级链路控制;同时在链路建立的情况下, SIP协议中的INFO方法可以方便地传输、交换私有控制信息和反馈信息。

1SIP协议

SIP是互联网工程任务组 (Internet Engineering Task Force, IETF) 标准体系中的一部分, 是一个应用层的信令控制协议, 用于创建、修改和释放一个或多个参与者的会话。这些会话可以好似Internet多媒体会议、IP电话或多媒体分发。会话的参与者可以通过组播 (Multicast) 、网状单播 (Unicast) 或二者的混合体进行通信。SIP的一个重要特点是它不定义要建立的会话的类型, 而只定义应该如何管理会话。有了这种灵活性, 也就意味着SIP可以用于众多应用和服务中, 包括交互式游戏、音乐和视频点播以及语音、视频和Web会议。

SIP能成为软交换体系中的一个非常重要的协议, 原因在于它被认为是一个标准组件或部件, 可以非常灵活地搭配其他协议使用, 比如SIP加上RTP协议就能方便地实现音视频等多媒体的传输控制。SIP独立工作于底层网络传输协议和媒体, 底层传输可以是采用ATM的IP, 传输协议可以是UDP或TCP。它规定1个或多个参与方的终端设备如何能够建立、修改和中断连接, 而不论是语音、视频、数据或基于Web的内容。

SIP较为灵活, 可扩展, 而且是开放的。使用 SIP协议, 编程人员可以在不影响连接的情况下在消息中增加上层应用的新信息。

在安全性方面, SIP提供了一套完整的安全服务机制, 包括防止拒绝服务、认证服务、完整性保证、加密和隐私服务。

2舰船通信装备网络控制系统体系组成

由于作战勤务的需要, 舰船通信装备一般构成一个多级的通信网络, 前端用户终端为上级链路, 完成对通信装备的集中调用、控制和使用;中间级链路为信道设备, 提供信道为用户终端所选择;下级链路为辅助处理设备, 如数据、报文处理和加密等设备。不同舰船可以根据装备配置的不同构成3级、4级甚至更多级的通信链路。

舰船通信装备网络控制系统用于实现舰船通信网络的多级通信链路, 由多个用户终端 (UU) 和网络控制器 (NCU) 组成, 用户终端是远程控制的终端设备, 网络控制器是实现舰船通信装备网络接入的设备, 多个用户终端和网络控制构成一个完整的IP网络。整个控制网络体系如图1所示。

典型的通信装备多链路控制工作流程如下:

① UU作为上链设备发出控制指令至连接加密设备的NCU (中链设备) , 要求使用加密功能;

② 中链设备的NCU在完成本链设备的控制后, 发送控制指令至连接信道设备的NCU (下链设备) , 要求将加密后的语音数据发送出去;

③ 下链设备的NCU在完成设备控制后, 需要将准备妥当 (设备OK) 的信息逐级回送至上链设备。

3NCU设计

3.1硬件设计

网络控制器硬件部分主要提供控制设备用的RS232/RS422串口、100M以太网接口以及用于语音输出的四线音频接口, 同时提供软件运行的环境。具体可分为:电源模块、CPU主控模块、外围接口模块。

CPU主控模块完成对接口模块的硬件初始化控制和提供软件运行的环境。CPU选用MINDSPEED公司基于ARM9核的M82515, PBGA封装。此芯片的核电压为1.2 V, I/O口电压3.3 V。该模块CPU系统配置为:BOOTROM 512 K, SDRAM 64 M, FLASH 8 M。

外围接口模块, 提供控制用接口, 本系统提供4个RS232/422串行控制口, 1路四线音频接口, 1个FE网络接口, 8路扩展并行I/O口。串口采用芯片SC16C654和MAX3160设计实现, 网口PHY芯片为RT8201bl, 外围接口与CPU通信通过CPLD LCMXO256C桥接。

3.2软件设计

3.2.1 整体结构设计

网络控制器软件部分基于VxWorks系统开发, 采用C语言编写, 控制主机软件部分基于Windows Xp系统开发, 采用C++语言编写。

引导程序完成内存空间划分、时钟初始化, 将程序代码复制到SDRAM后跳转到SDRAM中运行。在SDRAM中运行时, 首先对MINDSPEED的RS232/FEC (快速以太网) 进行初始化, 包括MAC地址、IP地址;然后跳转到应用程序入口 (mainproc) 开始应用程序的运行。

应用程序分为SIP协议处理模块、综合处理模块和设备控制模块。SIP协议处理模块主要实现标准SIP协议流程, 将INFO消息中BODY体取出交给综合处理模块;综合处理模块完成对INFO消息BODY体的解析、处理和再生, 同时驱动SIP协议处理模块和设备控制模块的运行;设备控制模块接受来自综合处理模块的消息, 通过RS232/RS422串口、扩展I/O口、四线音频接口与设备进行控制、交互。

3.2.2 SIP协议处理模块实现

SIP协议处理模块的实现是基于SIP开源协议栈OSIP2和EXOSIP设计开发。

Osip2是一个开放源代码的sip协议栈, 是开源代码中不多使用C语言写的协议栈之一, 具有短小简洁的特点, 专注于sip底层解析使得它的效率比较高。其缺点也很明显, 首先就是可用性差, 没有很好的api封装, 使得上层应用在调用协议栈时很破碎;其次, 只做到了transaction层次的协议过程解析, 缺少call、session和dialog等过程的解析, 这也增加了使用的难度;再次, 缺少线程并发处理的机制, 使得它的处理能力有限。

eXosip是Osip2的一个扩展协议集, 部分封装了Osip2协议栈, 使得更容易被使用。eXosip增加了call、dialog、registration和subscription等过程的解析, 使得实用性更强。综合来说, Osip2加上eXosip协议栈是实现Sip协议不错的选择。

OSIP2和EXOSIP初始化完成后, SIP协议处理模块中SIP信令实现流程如图2所示。

核心代码如下:

应用层消息是通过INFO消息来传送的。SIPINFO方法是在rfc2976中定义的, INFO消息的目的是沿着SIP信令通路携带应用层消息, INFO方法并不改变SIP呼叫的状态。因此使用INFO方法传送应用层消息必须先建立SIP信令通路的连接, INFO消息是在非INVITE事件中处理的。建立和传送INFO的核心代码如下:

接收到INFO后的处理流程如图3所示。

4结束语

舰船通信装备网络控制系统实现了SIP协议在多级链路控制系统中应用, 通过SIP协议栈建立INFO传送的通道, 避免了各级链路繁杂的状态处理, 程序设计简洁方便, 系统中各级链路均能按照预定的控制模型执行。该设计实现了SIP协议在舰船通信设备控制领域的应用, 具有广泛的工程应用价值。

参考文献

[1]徐培文, 谢水珍, 杨从保.软交换与SIP实用技术[M].北京:机械工业出版社, 2007.

[2]周启平, 张杨.VxWorks下设备驱动程序及BSP开发指南[M].北京:中国电力出版社, 2004.

[3]程敬原.VxWorks软件开发项目实例完全解析[M].北京:中国电力出版社, 2005.

舰船电子装备 篇4

关键词：舰船药材装备,系统分析,数据库设计

1 引言

舰船药材装备是中西药品、医疗器械、卫生材料、卫生用具以及伤员搬运、换乘和后送工具等物品的统称,是舰船军医做好预防保健、防治伤病、战伤急救、计划生育等工作的物质基础。因此,认真组织实施舰船药材装备供应与管理,对维护舰员的身体健康、保障部队战斗力具有重要意义[1]。随着现代通信技术及计算机、网络技术的飞速发展,海军信息化卫生装备的研发工作正在逐步开展。本文按照信息工程方法论的原则和要求,探讨舰船药材装备管理信息系统的规划与数据库设计,为舰船药材装备信息的采集、存储、交换和利用提供基础数据平台,进而促进舰船药材装备精确管理,提高舰船卫勤保障效益。

2 系统分析

舰船药材装备管理信息系统是由人、计算机及其他外围设备等组成的能进行舰船药材装备信息的收集、传递、存储、加工、维护和使用的系统[2],其操作流程如图1所示。

2.1 系统功能分析

舰船药材装备管理信息系统包括药材基本信息设置、药材补给管理、药材消耗管理、药材库存管理、药材质量管理、卫生装备管理和系统管理等7个部分。系统功能结构如图2所示。

2.1.1 基本信息

用于管理和维护与药材相关的基本信息,军医在其他模块录入数据时可直接调用本模块信息,一定程度上能够减少手工输入量,降低手工输入错误率,保证数据的规范化和一致性。本模块主要包括药材类别信息、药材基本信息和往来单位信息,其中药材类别信息用于设置药材的种类,如抗感染类、麻醉类、神经类等;药材基本信息用于设置药材名称、规格、单位、库存上下限以及配备标准量等信息;往来单位信息用于记录和维护与本舰船存在业务往来的单位信息,包括编号、单位名称、单位电话、联系人、单位地址等。

2.1.2 药材补给

用于管理和维护药材补给信息,本模块包括药材补给报表生成、常备药材入库单录入、战救药材入库单录入以及药材入库明细查询,其中补给报表生成由系统通过计算舰船上药材配备标准量与库存量之间的差值进而自动生成药材补给报表,为军医制定药材补给计划提供参考;常备药材入库单录入用于记录常备药材的入库信息,包括单据编号、药材名称、生产批号、入库数量和过期时间等,系统支持药材批量入库,即一个单据编号可实现多种药材同时入库,常备药材入库后以最小单位体现在库存中;战救药材入库单录入支持战救药材按基数入库,其功能跟常备药材批量入库相似。战救药材入库后也以最小单位体现在库存中;药材入库明细查询提供多种方式对药材的入库情况进行查询,如按时间段、单据编号、药材名称、药材拼音简码、药材类型、规格等。

2.1.3 药材消耗

军医为伤病员诊治伤病时往往需要开药,于是就涉及到药材消耗问题。本模块用于管理和维护药材消耗信息,包括药材消耗单录入、药材消耗明细查询和药材消耗统计。其中,药材消耗单录入用于记录药材的消耗信息,包括单据编号、药材名称、消耗数量等;系统支持药材批量出库,当某一药材出库时,系统会以过期时间的先后顺序将过期时间较早的药材优先出库;为了充分发挥药材的效能,避免不必要的浪费,军医在实际开药时应当优先将过期时间较早的药开给伤病员。值得注意的是,当消耗管制药物(如麻醉类药物)时,系统会让军医选择“舰船领导:已同意/未同意”,军医只有选择“舰船领导已同意”才能完成管制药物出库。药材消耗明细查询同药材入库明细查询一样,提供多种方式对药材的消耗情况进行查询;药材消耗统计用于对药材的消耗情况进行统计,可对任意两个时间段内某药材的消耗情况进行比较,此外还提供多角度的药材消耗分析,如旋转图和三维图,以便军医全面掌握药材的消耗状况,为拟制药材补给计划提供依据。

2.1.4 药材库存管理

用于管理和维护药材库存信息,本模块包括药材库存状况查询、药材库存盘点和药材库存告警,其中药材库存状况查询提供多种方式对药材的库存情况进行查询,如药材编号、药材名称、药材拼音简码等;军医在药房清点完药材数量后,可利用药材库存盘点功能多药材进行盘点,军医只要输入所清点的药材数量,即可获得该药材的盘盈盘亏信息,包括药材名称、库存数量、盘点数量以及盘盈盘亏数量等;药材库存告警以比较醒目的颜色显示出库存数量高于库存上限或低于库存下限的药材,以便军医及时进行相关调整。

2.1.5 药材质量管理

用于对药材的有效期进行管理,以比较醒目的颜色显示出已经过期或将要过期的药材,以便军医及时进行相关处理。

2.1.6 卫生装备管理

用于管理和维护卫生装备信息,对卫生装备的配置、维护保养、维修和报废等信息进行记录。

2.1.7 系统管理

用于提供信息系统必须具备的通用功能,包括用户信息管理(账号、密码等)、数据备份、数据恢复以及数据清理。

2.2 系统数据分析

舰船药材装备管理信息系统涉及的数据主要包括以下几个方面:

(1)药材类别信息:类别号、类别名称。

(2)药材基本信息:药材编号、药材名称、拼音简码、所属类别、生产厂家、规格、单位、配备标准量、库存上限、库存下限、单位基数含量(战救药材用)、备注等。

(3)往来单位信息:单位编号、单位名称、联系电话、联系人、通讯地址、邮编、备注等。

(4)药材入库信息:录单日期、入库单号、供药单位、经手军医、药材编号、药材名称、拼音简码、所属类别、生产厂家、条形码、规格、单位、生产批号、入库数量、单位基数含量(战救药材用)、入库基数(战救药材用)、过期时间、备注等。

(5)药材库存信息:药材编号、药材名称、拼音简码、所属类别、生产厂家、条形码、规格、单位、库存数量、盘点数量(盘点时记录)。

(6)药材消耗信息:录单日期、消耗单号、开药对象(通常为本舰舰员)、军医、药材编号、药材名称、拼音简码、所属类别、生产厂家、条形码、规格、单位、消耗数量等。

(7)卫生装备信息:装备编号、装备名称、拼音简码、规格型号、单位、配备数量、维修记录等。

(8)用户信息:用户编号、登录帐号、登录密码和用户级别。

3 系统数据库设计

3.1 概念结构设计

基于上述系统分析,可对数据和信息进行建模,归纳与抽象出能反映舰船药材装备中各种实体和信息的数据库概念模型,该模型描述了系统中各个实体及其相互关系,可用实体-关系(E-R)图表示。图3是舰船药材装备管理信息系统的E-R图。

3.2 逻辑结构设计

由于用E-R图表达的概念结构模型与数据库的具体实现技术无关,因此,需要进一步将数据库概念结构模型转化为具体数据库产品(如MS ACCESS、MS SQL SERVER、ORA-CLE等)所支持的形式,即数据库逻辑结构模型[3]。通常要经过两种转化:一种是实体的转化,即将实体转化为关系表;另一种是联系的转化,即将各实体之间的联系通过定义主键和外键转化为数据表之间的联系,如果联系本身有属性或者属性又可细分,那么相应的也要建立信息表[4]。由于系统的MSSQL SERVER数据库信息包含在后面部分的图4中,为避免重复,这里不再单独列表进行描述。

3.3 物理结构设计

当确定了数据库逻辑结构模型后,就需要选择一个最适合应用要求的数据库物理结构来实现数据库存储和处理,这个过程即为物理结构设计[3]。图4是舰船药材装备管理信息系统的数据库物理模型图。物理模型以常用的DBMS(数据库管理系统)理论为基础,将前面设计中所建立的现实世界模型生成相应DBMS的SQL语言脚本,利用生成的SQL脚本在数据库中产生现实世界信息的存储结构(表、约束等),并保证数据在数据库中的完整性和一致性。

4 总结与展望

本文基于信息工程方法论的原则和要求,对舰船药材装备管理信息系统的业务需求和数据需求进行了分析,进而对数据库概念结构、逻辑结构以及物理结构进行了设计。下一步工作将按照设计要求建立数据库,并组织数据入库模拟,调试和测评数据库的数据维护能力和安全保密性能,确保入库数据的相容性、可靠性和安全性,逐步完善舰船药材装备管理信息系统。

参考文献

[1]中国人民解放军总后勤部卫生部.舰艇军医训练手册[M].北京:人民军医出版社,2005:31.

[2]王晟,邓远辉.Delphi数据库开发经典案例解析[M].北京:清华大学出版社,2005:1.

[3]郝林源,徐雷.电子伤票信息系统数据库分析与设计[J].医疗卫生装备,2008,29[4]:39.

舰船电子装备 篇5

关键词：3D打印技术,舰船装备,维修保障

3D打印技术可以把计算机上的“蓝图”变成实物, 在成本、速度和精准度上都远胜于传统制造技术, 是制造领域的一次技术革命。在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型, 后逐渐用于一些产品的直接制造。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、汽车, 航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程等领域都有所应用。可以预计的是, 以3D打印技术为代表的新工业革命, 必将引起新军事革命。针对我国大中型水面舰船日益增多, 水面舰船装备种类繁多, 维修保障的难度加大, 要求我们加快维修保障方式创新。本文就3D打印技术在舰船装备维修保障中的应用做一些探讨。

1 3D打印工作原理及成形方法

3D打印是一种以数字模型文件为基础, 运用粉末状金属或塑料等可黏合材料, 通过逐层打印的方式来构造实物的一种快速成型技术。日常生活中使用的普通打印机可以打印电脑设计的平面图形, 而3D打印机与普通打印机工作原理基本相同, 不同之处是传统打印是利用打印机把墨水喷涂到平面 (纸、布等材料) 上, 形成一副二维图像;而3D打印首先将采集实物的三维数据或将其三维设计图纸转化为一组数据, 然后由打印机逐层分切, 针对分切的每一层结构, 逐层打印。3D打印机内装有金属、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”, 这些是实实在在的原材料, 打印机与计算机连接后, 通过计算机控制可以把“打印材料”一层一层地叠加起来, 最终使计算机上的“蓝图”变成实物。通俗地说, 3D打印机是“打印”出真实3D物体的一种设备, 因分层加工的过程与喷墨打印十分相似, 这项打印技术也称为3D立体打印技术。

目前, 3D打印技术已经有十几种不同的成形方法, 通常将它们分为两类:第一类是基于激光技术的成形方法, 如立体光刻、纸叠层、选择性激光烧结、选择性激光熔化等;第二类是非激光技术的快速成形方法, 如熔丝沉积、三维打印、掩膜光刻固化、冲击微粒制造、实体磨削固化等。

2 3D打印的技术特点

随着智能制造的进一步发展成熟, 3D打印技术在速度、精度、材料上都将获得改善, 成本上也将进一步降低, 在应用过程中优越性日益凸显。

(1) 打印过程与零部件的复杂程度无关。3D打印的过程与零部件的复杂程度无关, 是真正的“自由制造”, 这是传统方法无法比拟的。以选择性激光烧结技术为例, 不需要预先制作支架, 以未烧结的松散粉末作为自然支架, 可以成型几乎任意几何形状的零件, 对具有复杂内部结构的零件特别适合, 这一特点格外适合制造复杂的钛合金结构部件, 具有复杂内部冷却通道的航空发动机涡轮叶片, 内部结构复杂的舰船装备等关键零部件。

(2) 打印生产成本与生产批量无关。3D打印适合于单件、小批量零件的生产。这一点对于部署数量较少的小型号武器装备的维修工作具有极高的应用价值。对于列装少、维修保障难的舰船装备, 由于需求量小, 很多舰船装备的维修备件无法依托批量生产线来制造, 只能采用零散生产方式提供备件, 成本高、周期长。而3D打印生产成本与生产批量无关, 这就改变了传统生产方式的问题, 对于数量少的一些舰船装备的维修保障工作具有重要意义。

(3) 3D打印生产周期短。从3D设计到零件的加工完成只需要几小时, 整个生产过程数字化、柔性化, 可随时修正、随时制造, 这些特点使其特别适合于提高装备部件的可靠性和维修性。过去, 武器装备定型后, 其可靠性和维修性就固定下来, 要改进装备部件设计, 引入新技术, 提升其可靠性和维修性则十分困难。而3D打印技术可通修改零部件图纸, 快速调整装备零部件的设计, 对改进和提高舰船装备零部件可靠性与维修性有很高的应用价值。

(4) 3D打印材料无浪费。传统的机械加工技术是在原材料坯件基础上进行某种形式的切削、挤压等操作, 从而把多余的原料去除, 最终加工出所需的零部件形状, 是“减材制造技术”。但是在这个过程中, 原材料就会出现损失, 而且越是昂贵的合金就越难以进行回收利用, 提高了生产成本、浪费了宝贵的资源, 例如航空航天建设中的部分零配件的生产加工, 都要损失大量昂贵的航空钛合金。而3D打印技术是“增材制造技术”, 不存在材料的浪费, 在任何零部件生产过程中, 所使用的粉末都变成了部件本身, 而没有被使用的粉末, 依然可以继续使用。这对于降低先进舰船装备备件的生产成本具有很高的经济价值。

3 3D打印技术在舰船装备维修保障中的应用

3D打印技术最突出的优点是无需机械加工或任何模具, 就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零部件, 从而大大节省工业样品制作时间, 极大地缩短产品的研制周期, 提高了生产率和降低了生产成本。3D打印技术这些优点, 将给战时舰船装备维修保障带来革命性的新变化。

(1) 及时制造维修配件, 减轻保障压力。利用3D打印技术可以及时直接打印出毁损零部件。在未来信息化战争中, 舰船装备如果需要更换毁损零部件, 3D打印机就可以直接在战场上把所需要的零部件一个一个地“打印”出来, 及时精确地完成受损装备的维修保障, 快速恢复作战能力。在未来战场上仅需要利用预先携带舰船装备零部件数据, 也可通过网络远程求助获取, 利用3D打印机即可制造出应急备件, 快速恢复装备战斗能力, 能有效缓解备件供应的负担, 减轻保障压力。目前, 我海军装备维修保障主要采取冗余备份的方式, 即预先准备大量零部件, 在装备受损时进行替换。由于装备受损情况难以预测, 这种方式容易产生保障不足和保障过量两种情况。保障不足时将因为预先准备的配件少而影响武器装备的及时修复, 保障过量时将因为预先准备的配件过多而增大保障压力。

(2) 弥补装备维修设备建设滞后的现状, 提升保障能力。现代舰船的装备多达上千种, 特别是技术含量很高的国产装备和部分引进装备, 修理工艺要求高, 需要的专用维修设备较多, 还有的需要专门的维修工量具。但是许多岸基保障部门因为相应的修理工机具、设施设备跟不上新装备发展的需求, 在具体组织实施装备保障上有一定难度, 在一定程度上影响和制约着舰船装备维修保障能力的提高。但如果利用3D打印技术, 一线维修人员战时可根据预先准备的图纸, 也可以借助网络与生产厂家联系, 获得维修工机具的相关数据资料, 现场打印维修所急需的维修工机具, 必要时还可由后方设计人员根据前线维修需求临时设计新的维修工机具, 再利用前线部署的3D打印机制造定制的维修工机具。当舰船在航行期间, 由于舰员空间狭小, 储备的工机具有限, 也可利用3D打印技术打印出急需的维修工机具, 这样极大地方便了舰员自修装备, 大大提升了维修保障能力。

4 结束语

加快3D打印技术的发展及应用是弥补我国当前舰船装备设计、制造与维修保障能力的不足, 提升研发效率, 降低制造成本, 提高维修保障时效性与精度的有效途径。我们应着眼舰船装备长远发展, 统筹规划, 汇聚各方面力量推动3D打印技术的发展与应用, 积极探索3D打印技术在舰船装备维修保障中的应用, 为实现“能打仗、打胜仗”的目标提供技术支撑。

参考文献

[1]何岩峰.浅析3D打印技术在武器装备维修中的应用.计算机软件.2014 (2) .

[2]我国3D打印实现武器快速制造转型升级.中国行业研究网.http://www.chinairn.com.2013 (7) .

舰船电子装备 篇6

一、海军舰船修理价格标准化内涵及可行性分析

1.基本内涵。舰船修理价格标准化是指为了求得最佳的经济效果,统筹考虑舰船修理活动的特点,制订与贯彻修理价格标准的活动过程。舰船修理价格标准是对修理价格中需要统一协调的方面所做的统一规定,是在总结舰船修理实践经验和理论研究成果的基础上,经军地双方充分讨论协商的公认准则及依据。

2.可行性分析。标准化理论已在民用船舶修理领域应用多年,并取得了良好经济效益。1983年,为适应社会主义市场经济体制的需要,原中国船舶工业总公司修船主管部门,开始组织所属大中型骨干修船企业制定修船价格本,当时有三种版本:修理支付自由外汇的外轮修船价格本(俗称蓝皮本)、国轮修船价格本(俗称黄皮本)、易货贸易修船价格本,这是民用船舶修理价格标准化的初步尝试。经过20世纪80年代中后期的不断修改和调整,全国已有十分成熟的实用的修船价格本:主要是原中国船舶工业总公司1991年蓝皮本、1992年黄皮本、1996年蓝皮本、1996年黄皮本。2001年, 随着中国加入了世界贸易组织,鉴于世贸组织成员必须实施非歧视原则,因此中国船舶工业行业协会制定了统一的修船价格本(俗称2001年绿皮本),对外轮和国轮修理实行统一标准收费。由此,统一的修船价格本公布实施后,对调节修船市场的合理竞争和均衡发展,进一步促进中国修船业的发展是极为有益的。据船舶工业统计快报数据,以2005年为例, 全国规模以上船舶工业企业实现产品销售收入1 198亿元, 实现利润总额47.5亿元,从行业分类看,船舶修理及拆船企业实现利润14.3亿元,占利润总额的31%,修船业产生的经济效益非常明显,这也是民用船舶修理价格标准化后简化了交易成本的必然结果。

舰船修理与民用船舶修理工艺过程非常类似,首先由船方编制修理工程单,说明需修设备故障情况和需修部位,进而承修单位按照修理工程单,对船舶进行勘验,明确需修设备的技术状态,进而制定修理技术方案,根据修理工艺进行修理。由于目前舰船承担的战备、训练等任务很重,装备使用强度较大,所以在实际修理中经常出现舰上系统设备修理级别超出整船修理级别的现象,整船修理工程单中混杂了很多超级别修理的系统设备,整船修理价格很难做到标准化。我们可以采用民用船舶修理价格本的编制思想,即采取“先入为主、化整为零”的思想,将整船修理成本拆分成工时费和专项费。工时费按单个系统设备进行进一步细分,相应编制不同等级修理的设备标准工程单,在此基础上核算出相应等级的设备修理价格。专项费统一报价科目,明确每一子科目专项费的计算方法和计算标准。整船修理时,根据实际勘验确定的单个系统或设备修理方案,对照计入相应等级的修理价格,再加上专项费的预计值,汇总形成单船修理价格。这种分解组合的方式,为标准化理论在舰船装备修理价格工作的实施提供了可行性,并且能够发挥标准化理论能够使复杂问题简单化、提高经济效益的优势。

二、海军舰船修理价格标准化的发展目标

在舰船装备修理价格工作中充分重视和开展标准化工作,对于舰船装备修理价格工作更好地适应社会主义市场经济深化改革、更好地发挥价格在海军修船市场的资源配置作用和满足现代科学管理的需要,有着重要意义。舰船修理价格标准化应力争实现以下发展目标:

1.促进建立和健全必要的舰船装备修理价格工作秩序,为修理价格理论研究和实际工作的正常进行,创造必要条件,使其能稳定、协调地发展。

2.提高舰船装备修理成本管理与核算质量,满足海军舰船技术保障需要和承修单位可持续发展的需要。即通过舰船装备修理价格标准的制订与贯彻,使从事舰船装备修理工作的承修单位在内部成本控制上有所依据。一方面将先进合理的价格标准作为工作准绳,另一方面找出自身成本水平与价格标准的差距,以便引导企业进行成本控制,实现可持续发展。

3.按最优化原则,将通过优化而确定的价格标准加以推 广,促进整个舰船装备修理行业效益状况迅速提高达到“最优”。

4.形成具有海军特色的价格工作理论体系,为实现舰船 装备修理事前定价提供条件。

三、海军舰船装备修理价格标准化的对策建议

1.深学细研强认识。认识的深度决定着落实的力度。抓好舰船装备修理价格标准化工作,需要在认识上不断提高、不断深化。利用海军装备修理价格工作集训、骨干培训、召开部署会等时机,组织人员专题研讨修理价格标准化建设的重要意义和组织实施方法,引导大家认清修理价格标准化的基本内涵和特点,为促进修理价格标准化工作的落实打牢坚实的思想认识基础。

2.科学筹划理思路。围绕舰船装备修理价格标准化工作“建设哪些标准、如何建立”的问题,在有关部门的领导下,专门组成调研组,对照海军舰船修理价格标准化的实施内容, 分阶段、分层次对海军各承修企业进行调研,全面掌握各企业生产经营状况、总体技术水平和舰船修理历史成本数据, 进而制定舰船装备修理价格标准化工作实施方案,为舰船装备修理价格标准化的顺利实施提供依据。

3.健全组织聚合力。舰船装备修理价格标准化工作涉及多个部门,涉及舰船修理过程中的生产经营、组织管理等多个方面,必须在加强领导、搞好协调、抓好合力上下工夫。应着眼建设全局,结合海军装备修理价格工作实际,自觉把修理价格标准化建设作为海装机关最直接、最重要的任务之一,摆上议事日程。成立领导小组,对相关工作进行部署。在人力、物力、精力上给予聚焦和倾斜,形成“上下一股劲,左右一盘棋”的良好局面,有力推动舰船修理价格标准化工作的落实。

4.坚持把修理价格标准化工作的着重点放在标准工程单编制上。目前在舰船修理中,修理工程单措辞比较含糊,经常出现拆后再定修理范围、恢复修理等字眼,并且经常遗漏重要的修理项目。因此需要在海军范围内对每一种分系统设备制定一种标准的工程单格式,它能包含所有重要的修理项目,而且对工程项目的分解合理,修理工艺流程表达清晰、准确。在编制修理工程单过程中,舰员就可以借鉴,然后根据标准工程单,制定该设备相应等级的修理价格。

5. 舰船装备修理价格标准化应突出保持核心维修能力。保持海军舰船承修企业核心维修保障能力是海军装备维修保障现代化建设的现实需求。近年来,由于狠抓了舰船装备保障能力建设,海军舰船各承修企业维修保障能力显著提高,在一系列重大军事行动中体现了海军装备的威慑能力和实战能力。但同时又要看到,随着大量高新技术舰船装备加速列装部队,海军舰船承修企业维修保障能力与装备维修保障需求不相适应的矛盾日益突出。不仅重大军事行动的舰船维修保障主要依靠地方和院校力量的现象严重存在,而且在舰船等级修理中,海军舰船各承修企业将复杂的维修项目外包原生产厂家进行保障,这在一定程度上削弱了海军舰船各承修企业的维修保障能力,会对海军舰船装备维修保障现代化建设造成不可弥补的损失。为保持海军舰船各承修企业的核心维修能力,在制定舰船修理价格标准时,对高技术含量且与舰船装备战斗力直接相关的维修项目要制定较高的价格标准,通过价格引导,促使各承修企业进行技术引进或人员培训,以形成对这些项目的维修能力。相反,对于那些非核心维修项目,制定较低的价格标准,使海军舰船承修单位可以根据自身实际,在地方修理力量中有条件开展竞争,在完成修理任务的同时,还能为企业创造良好的收益,同时不影响企业的核心维修能力。

摘要：将标准化理论引入到海军舰船修理价格管理中,阐述了海军舰船修理价格标准化的内涵,分析了海军舰船修理价格标准化的发展方向,给出了海军舰船修理价格标准化的对策建议。

舰船电子装备 篇7

根据国军标GJB2547A和GJB3385-1998 的定义, 产品的测试性, 是指产品 (元件、部件、模块、设备或系统) 能够及时、准确地确定产品的工作状态 (可用、工作效率下降或不可用) 并确定故障范围的一种设计特性[1,2]。随着舰船装备的科技集成度越来越高, 复杂装备的测试问题也随之越来越突出, 测试性已经成为最重要的产品质量特性之一。由于舰船装备要求具有高度的可保障性和战备完好性, 而高效、准确的测试性是实现这种高度可保障性和战备完好性的重要前提。因此, 从装备本身的任务需求来说, 测试性水平越高越好。但是, 过高的测试性水平要求会大大增加测试性设计的难度。随着装备测试性认识的转变, 装备研制、生产等环节的初期投入随之呈指数关系地增长[3,4,5], 这又使得测试性设计实现费用增加过快, 同时也使得测试性设计的技术风险过大, 甚至使得设计不可实现。因此, 从降低装备初期投入费用和技术风险来说, 测试性水平一定要控制在一个合理的范围以内, 保证设计的可实现性。为确定合理的测试性设计参数指标, 有必要在装备研制之前进行测试性参数指标设计规划, 以下简称测试性规划, 以使装备获得良好的测试性水平, 满足一定的战备完好性要求, 同时又将设计风险控制在一定的范围以内, 保证较好的设计可实现性。为此需要建立舰船装备的测试性规划模型, 以统筹考虑装备测试性指标、可用性、测试可实现性和测试经济性。为定量描述舰船装备的可用性, 采用广义随机Petri网的形式来刻画装备的测试维修过程[6,7,8,9,10], 建立系统稳态可用度模型。为考察测试经济性, 将装备全寿命周期因测试而产生的费用分为设计阶段和使用阶段, 分别研究其测试费用的模型, 然后综合得到装备全寿命周期的测试经济性模型。在获得系统稳态可用度模型和测试经济性模型的基础上, 结合测试性设计技术风险的约束, 最终可以得到完整的测试性规划模型。本文就以上几个方面展开研究。

1 系统稳态可用度模型

舰船装备一般综合采用机内测试 (Built-in Test, BIT) 和外部测试 (External Test, ET) 的测试性设计方法。由于机内测试的故障检测时间和故障隔离时间相比外部测试一般很短, 故为建模方便, 假设BIT故障检测时间和BIT故障隔离时间为零, 因而机内测试的主要设计参数指标有BIT故障检测率、BIT故障隔离率和BIT虚警率[13]。对于外部测试, 当BIT无法检测故障时, 只能由外部测试方法来检测, 并且在足够长的检测时间内, 一定要由外部测试检测出来 (即系统的综合故障检测率必须达到100%) , 因而不考虑ET故障检测率。由于虚警主要发生于机内测试设备中, 故也不考虑外部测试的虚警率。这样, 外部测试的主要设计参数指标有ET故障隔离率、ET故障检测时间、ET故障隔离时间。当故障能够被BIT隔离时, 认为其隔离模糊度l1为1, 即能够隔离到唯一的现场可更换单元 (Line Replaceable Unit, LRU) , 因此对其进行故障修复只需要一个很短的时间tr1;当故障能够被外部测试隔离时, 认为其故障隔离模糊度l2>l1, 需要tr2时间实现故障修复;当故障不能被隔离时, 需要对装备进行高强度的维修, 称为强制维修 (Shoot-gun Repair, SR) [7], 强制维修时间tsr>>tr1。

基于以上条件假设, 可用广义随机Petri网 (General Stochastic Petri Net, GSPN) 的形式将舰船装备的一般测试维修过程图形化描述出来, 如图1 所示。

图1 中的符号的含义说明见表1。

根据Bayes公式, 可得系统的平均故障维修时间 (Mean Time To Repair, MTTR) 为

式 (1) 中各符号的含义见表2。

设装备固有故障率为 λ0, 受BIT虚警率 γFAR的影响, 装备实际故障率为

而BIT的虚警率 γFAR会随着其故障检测率x1的提高而增大, 设其数学关系为

其中a为虚警率增长系数。

于是系统的平均故障间隔时间 (Mean Time Between Failure, MTBF) 为

其中TW为装备的服役周期。

则装备的稳态可用度A可以表示为

将式 (1) 、式 (4) 代入式 (5) , 即可得到稳态可用度A的具体表达式。

2 测试经济性模型

为考察测试性设计对装备全寿命周期测试费用的影响, 将装备全寿命周期分为研制生产阶段和服役使用阶段分别考虑。在研制生产阶段, 提高测试性水平, 则测试性设计费用、元部件采购费用增加, 设因进行测试性设计而在此阶段增加的费用为C1, 其与各测试性指标的关系可以用下式来表示[3,4]:

其中:C0为不进行测试性设计时装备的造价的估值;α1、α2、β1、β2均为影响系数, 可根据相似装备的测试性设计数据分析得到。

在装备的使用阶段, 当服役周期TW一定时, 因测试而产生的费用记为C2, 在装备复杂度与测试方案一定时, C2与平均故障测试耗时成正比, 为简化模型, 设C2与平均故障维修时间MTTR成正比。C2用下式来表示:

其中K为测试费用影响系数。综合式 (6) 、式 (7) 可得装备全寿命周期因测试而产生的费用y的数学模型:

将式 (1) 代入式 (8) 中, 即可得到舰船装备全寿命周期因测试而产生的总费用y的具体表达式, y与测试经济性密切相关, 其值越小, 说明测试经济性越好。由于在数学规划问题中, 以最小化问题的求解为规划问题的标准形式, 故y可作为测试性规划的目标函数。

3 测试性参数规划建模及求解

测试性指标的增加还会导致技术风险的增加, 在一定的范围以内, 当比率性质的指标 (x1, x2, x3) 提高时, 测试性设计实现的技术风险 (Technic Risk, TR) 也会成指数地增长, 设技术风险TRi是一个关于比率测试性指标的值域为[0, 100]的函数, TRi与xi之间的关系用下式表示:

其中 ηi和 σi为调整系数。

ET故障检测时间x4和ET故障隔离时间x5以及ET故障隔离率l2也会影响技术风险, 但其关系比较复杂, 难以数学化, 而且参考类似装备的测试性水平可以大致规定其取值范围, 在该取值范围内对TR的影响则不明显。因此为使模型简化且具有较强的可信度, 只对上述参数作一个取值范围的限定。

以舰船装备全寿命周期测试总费用y的最小化为目标, 以可用度、技术风险以及参数取值范围为约束, 得到舰船装备测试性规划模型如下:

当目标函数中的各影响系数以及约束条件中的各指标门限值确定后, 通过优化算法求解该模型, 则得到的最优解[x1, x2, x3, x4, x5]T就是在一定的风险范围以内, 能够满足规定的装备稳态可用度, 且能使装备全寿命周期测试费用达到最低的测试性指标。显然, 该模型属于非线性目标函数且含有非线性约束复杂优化问题, 且变量较多, 适于用遗传算法、模拟退火算法、粒子群算法等智能算法进行求解[11,12,13], 而遗传算法 (Genetic Algorithm, GA) 是工程上应用最广泛的算法, 能有效解决各类非线性优化问题, 且有很多软件工具箱, 算法实现难度低, 故本文采取GA算法进行模型求解并验证模型的准确性。

4 算例验证

现以对某新型舰艇平台监控系统进行测试性规划为例, 对本文所提出的测试性规划模型进行应用, 并用GA算法进行求解。

舰艇柴油机监控系统负责对柴油机及其附属系统进行状态监视, 对柴油机的启动、调速、停机进行自动、遥控或机旁控制及实现三种控制方式之间的切换, 以及对柴油机进行安全保护, 在柴油机的重要运行参数越限时发出声光报警或自动停机。舰艇柴油机监控系统由传感器组、逻辑控制机构、监控台 (人机交互平台) 、延伸监视台以及各种类型的执行机构组成, 其结构如图2 所示。

该系统的各项测试性规划输入参数如表3 所示, 现用本文提出的测试性规划模型对该系统进行测试性规划, 确定最优的测试性设计指标。

将输入参数代入式 (10) , 得到该监控系统的测试性规划模型如下:

对式 (11) 的目标函数及约束条件进行相应的M文件编写, 在MATLAB遗传算法工具箱中设定算法参数, 进行优化求解, 经过30代遗传, 得到近似最优解。目标函数值优化过程及最终结果如图3和表4所示。

5 结语

通过将舰船装备的测试分解为机内测试和外部测试, 利用广义随机Petri网的形式描述了舰船装备的一般测试维修过程, 利用Bayes概率公式给出了稳态可用度的数学模型。通过将舰船装备全寿命周期测试总费用划分为设计生产阶段的测试性设计费用和服役使用阶段的测试费用, 建立了测试费用与测试性指标之间的定量关系。以可用度、测试性设计技术风险和指标门限值为约束, 以全寿命周期测试总费用为目标函数, 建立了舰船装备测试性规划的数学模型。最后实例验证了遗传算法求解测试性规划问题的可行性, 以及该模型的准确性。验证结果表明, 所建立的测试性规划模型能有效地解决舰船装备的测试性规划问题。

舰船电子装备 篇8

关键词：电磁干扰,舰船,电磁兼容,对策

当今世界虽说基本处在总体和平、局部动荡的状态,但各国对国家军事力量尤其是海上军事力量一直都非常重视,局部地区甚至出现军备竞赛。我国秉承和平发展的国策,一直倡导与各国和平相处,共同发展,但这仍无法避免近年来各国对中国的施压,特别是美国作为帮凶对南海问题的干涉。对此,我国海军舰队需要不断地完善和提高舰船的综合战斗能力。而对于舰船本身而言,通信系统是重中之重。通信系统电子设备非常多,而且复杂,在舰船复杂使用环境中,有些电子设备之间也很难避免电磁的干扰,特别是操作平台上的电磁信号强,磁频信号宽,功率大。电磁干扰不进行处理,将会直接影响通信效果和通信质量,甚至导致设备运行异常和毁坏,产生安全威胁。所以本文提出了电磁兼容性问题,如果电磁兼容好,就可以提高舰船的安全性、可靠性、隐蔽性;如果处理不好就会影响到整个舰船的性能,严重点还会破坏舰船本身的一些设备。GJB151A,HJB等都对舰船电磁兼容性提出要求,并制定相关测试标准。因此,要深入分析舰船的电子系统的电磁环境,分析电磁的干扰源以及传播途径,降低电磁的干扰。

1舰船电子系统电磁干扰的产生

电磁兼容性EMC(Electro Magnetic Compatibility),是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行,并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。因此,EMC包括2个方面的要求:一方面是指设备在正常运行过程中,对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值;另一方面是指器具对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度,即电磁敏感性。

要进行电磁兼容性问题的研究首先就要知道电磁干扰是怎样产生的,从电磁干扰的原理可知,产生电磁干扰问题主要有3个方面的问题,分别是干扰源、电磁传播以及电子系统的敏感设备,因此,下面首先来探讨一下这3个因素的问题。

1.1干扰源

在舰船上电子设备多,对应的干扰源也特别多,具体可分为功能性干扰和非功能性的干扰。所谓的功能性干扰就是一些设备的有用能量对其他设备的干扰,非功能性的干扰就是无用的电磁信号能量对设备的干扰。

(1)无线电设备之间的互相干扰。舰船上有很多无线电设备,其担任着通信、导航、雷达扫描、远程操作等重任。这些无线电信号的波长从毫米级到米级不等,有的甚至更小,各种电磁波掺杂在一起,强度不一,相互之间都会有影响,而且各种电磁波在舰船中产生谐波互调,由此调制出来的无线电波也会影响舰船里的电子设备,所以仅仅这样产生的电磁干扰较多。

(2)各种脉冲电流、开关电路和振荡电路的干扰。在舰船里肯定有许多变化中的电路,比如脉冲数字电路的基准时钟、频率振荡电路以及交流稳压电路中经常开合的开关电源所产生的开关频率的高次谐波等等,这些都是常见的干扰源,它们会通过电流通道进入主系统,还带有很强的电磁辐射能量,影响舰船的整体安全。一般舰船按照设计要求,都要设计得体积精小、功能强大,这就会把各种电路、数字器件、单片机等集成芯片等整合在一起,在窄小的空间里,各电路都会产生电路谐波,各种形式的信号相互影响,自相干扰,严重制约着舰船性能的提高,有的敏感元件还会因此遭到损坏,造成设备不能正常工作。

(3)设备线缆之间的互扰。受舰船空间设计的要求,舰船里的电缆线的分布非常密集,而且信号传输频率高、强度大,这就造成平行的电缆线之间会互相干扰,不平行的电缆线也会由于电源、接地和船体等耦合电子信号形成电磁干扰,这样的干扰在小舰船里更是常见,而且很难避免。

1.2电磁干扰的传播途径

电磁干扰的传播主要是通过耦合进行的,因为舰船里的电子设备密集,一些能量就会从一端传到另一端。舰船里的干扰基本有2种,一种是传导耦合干扰,另一种是辐射耦合干扰,即传导性电磁干扰(Conducted EMI)和辐射性电磁干扰(Radiated EMI)。传导耦合是指电磁等能量经过导体进行传播,只要在干扰源和敏感设备之间存在完整的电路连接。这些电路连接可以通过导线、机壳、电感、电容等来进行,它们通过返回通道(包括其他电路回路)将电路连接起来,以此来产生传导耦合,传导耦合一般存在于低频段。辐射耦合就是电磁的能量在空气中以能量辐射的形式进行传播,由辐射耦合的距离来看,又有近场耦合和远场耦合。只要干扰源与敏感元件之间存在电场,一般的连接就能形成耦合,设备的机壳、元件、导线之间都存在辐射耦合,辐射耦合一般存在于高频段。通常,当电磁干扰波的频率小于30MHz时,电磁干扰主要是以传导方式在电子设备中产生传导性噪音,可通过测试电源线感应的电压来衡量干扰程度。当电磁干扰波的频率高于30MHz时,电磁干扰主要以辐射方式在电子设备中产生辐射噪凌音,以直接测量传播到空间的干扰波来评价干扰程度。

1.3敏感设备

敏感设备容易受电磁的干扰,当有电磁干扰时敏感设备就有可能不正常工作,这些敏感设备对干扰的吸收能力都很弱,而且抗干扰能力弱。要解决电磁兼容性问题,对敏感设备的处理也是一大前提。

2电磁兼容性的措施

2.1硬件的电磁兼容性

(1)屏蔽。根据上面分析电磁干扰产生的原因,可以通过屏蔽方式屏蔽信号,屏蔽的方式又可分为电场屏蔽、磁场屏蔽和电磁屏蔽3种方式。

电场屏蔽就是利用密闭的金属屏蔽层把舰船里受到电磁干扰的电缆线和电路包裹起来,特别是舰船里的电源线路,对弱信号的线路也要屏蔽起来,以提高电子系统的抗干扰能力。因此接地良好及选择良导体作为屏蔽体是关键,频率范围1~500MHz。磁场屏蔽就是将高导磁性材料制作成密封器,然后把受干扰的电路包起来,比如一些电源变压器、驱动电机等。要把这些设备屏蔽起来,选择钢、铁、坡莫合金等高磁导率的材料设计屏蔽体是关键,频率范围10~500k Hz。电磁屏蔽的原理是由金属屏蔽体通过对电磁波的反射和吸收来屏蔽辐射干扰源的电场与磁场分量,且频率500MHz以上的电磁波主要靠吸收,因此设备或系统的孔缝泄漏成为电磁屏蔽的关键,类似于电磁屏蔽就是在电磁传播的路径上放置一个金属环,这样金属环中便产生一个涡流,而涡流产生的电磁场就会抵消掉射在导线表面的电磁波,这样就能屏蔽一些在屏蔽层的电路。因此可以根据不同的情况采用不同的屏蔽措施,以达到屏蔽电磁干扰的效果。

(2)滤波。滤波作用是利用不同频率的信号,对电容或电感组件会产生不同阻抗(即较高频率的号,其感抗较大而容抗较小,而较低频率的信号,其感抗较小,容抗较大)而造成不同频率信号,对于电容或电感之衰减量不同,故使所需讯号与噪声之S/N比值提高,而达到噪声干扰(噪音)防制的效果。通常可以利用滤波器来防止电子系统产生的电磁信号干扰到其他电子系统,以此来解决电缆线间的传导耦合的电磁干扰。

(3)接地。在设备和舰船的金属部分建立起连接,使其有公共的零电位的基准面,给电磁干扰提供一个低电阻的通道,以此来避免设备受到电磁的干扰,同时良好的接地能避免舰船遭受雷击以及高压冲击的影响。

(4)设备合理布局,合理布线。因舰船设备多,线路密集且复杂,在考虑舰船结构分布的同时还要考虑到设备和线路之间的电磁干扰的影响,要从电磁兼容性的问题出发,让有强干扰的设备尽量与敏感设备分离开来安装。一般为了美观和节省空间,都会把电缆线捆在一起,但这样就会把电源线、信号线、导线等绑在一起,会产生很大的电磁干扰,影响电子系统的正常工作。所以应该分类布线,电源线、信号线、控制线、数据线、地线等分类走线,把功能性质一样的捆扎在一起,不一样的要分开来布线。

3软件的电磁兼容性

软件的电磁兼容性就是利用软件来降低电磁的干扰,这样就不需要上面所说的硬件改变,不需要硬件所需的环境和对干扰源的精确定位,降低了制造的成本,工程也简单许多,简化了设计复杂度,非常灵活、方便地解决了舰船里受到的各种电磁干扰。不过采用软件电磁兼容所花费的时间会较长,因为软件是采用数字滤波的,它要反复地读取数据,不断地进行对比,只有达到所要求的值才会稳定下来,所以这样消耗的时间就会很长,对于受到冲击已损坏的设备元件,软件起不到保护作用。

具体的软件方法有软件的容错法、软件的数字滤波、软件时间计数法和软件陷阱法。这些就是利用软件设置一些程序,考虑到舰船的电子系统会受到的各种干扰情况,设计一些特定的程序,以此来解决电磁干扰问题。

4结语

由于舰船的电子系统相当复杂,电磁环境非常恶劣,设备线缆之间都存在自相的电磁干扰,但舰船对电子系统的要求又高,所以急需采用电磁兼容来解决。电磁兼容性问题也要有关键技术的支持,所以要解决这些问题就要从整个系统的角度出发,考虑到整个系统的影响,采用最合适的方法解决电磁干扰问题。可以采用硬件解决,也可采用软件解决,甚至可以软硬件同时使用,使各系统相互兼容,互不影响地工作。

参考文献

[1]蔡仁刚.电磁兼容原理、设计和预测技术[M].北京:北京航空大学出版社,1997.

[2]孟进.电力电子系统传导干扰建模和预测方法研究[D].武汉:海军工程大学,2006.

[3]黄崇敬.舰船通信系统电磁兼容研究[C].武汉:中国通信学会第五届学术年会论文集,2008.