异型微波设备对接夹具的研制-国网信通公司QC小组成果汇报书

成浩创新工作室设备运维QC小组《异型微波设备对接夹具的研制》国网湖南省电力公司信息通信公司异型微波设备对接夹具的研制——成浩创新工作室设备运维QC小组一、小组概况本QC小组依托成浩创新工作室，工作室成立近两年来，在公司各级领导的大力支持下，在全体成员的共同努力下，创新成果丰硕，发表论文10余篇，完成技术创新成果10余项，并有5项已在系统内推广应用。成立以来共获得省公司奖项6项，其中《铁塔防盗装置》获2013年省公司职工技术创新二等奖；《利用频谱仪测试微波系统的方法》获2014年省公司职工技术创新等三奖；《光缆高空熔接平台》获2014年省公司群众性科技创新二奖；《通信设备实训管理系统》获2014年省公司群众性科技创新三等奖；《微波设备换型及联调方法改革》获2014年省公司优秀QC项目二等奖；《建议将湘潭至娄底PDH微波设备改造升级为SDH微波设备》获省公司合理化建议三等奖。《光缆高空熔接平台》、《铁塔防盗装置》还获得国家知识产权局专利授权。成浩创新工作室微波设备运维QC小组属技术创新型QC小组，小组成员包括高级工程师、工程师、助理工程师8人，均为专业领域技术骨干，既具有丰富的全面质量管理知识和扎实的安全理论知识，又具有丰富的安全管理经验，同时小组具备健全的全面质量管理体系和完善的管理制度。小组积极开展质量管理活动，把提高电网建设、安全生产的工作质量作为小组活动的出发点和落脚点，在日常工作中发现问题、在创新活动中解决问题，以“微创新”打基础、促发展，不断提高工作质量和水平。此次小组针对微波设备换型过程中出现的对接问题，研制出一套异型微波设备对接夹具，实现高质量、低成本的异型微波设备对接。二、实施背景（一）选择课题1.微波通信网概况微波通信技术具备应用灵活、组网方便、抗自然灾害能力强等优点，与光纤通信技术互为补充，极大地提高了网络的生存性。目前，干线微波电路作为省网通信网主要的备用方式，为湖南电网提供调度、自动化信息、行政交换、广域网信息等重要业务的备用通道，覆盖全省14个地区，直达10个地区电业局调度大楼、6个发电厂（站）。如图1所示，2014年湖南电力通信网已建微波通信站67个，微波区间70段，微波信道设备136套，传输制式有PDH和SDH。随着运行时间增长，设备老化逐渐严重，微波设备换型已成为最近几年通信技改大修项目的重要组成部分。图SEQ图\*ARABIC1湖南电力通信网微波系统图2.微波设备换型（1）微波工作原理部分微波设备主要包括天线、室外单元（ODU）和室内单元（IDU）和三部分间的连接线缆。天线完成微波信号的发射和汇聚，ODU实现射频信号的处理，IDU主要完成中频信号和基带信号的处理。目前省网微波点采用1+1配置，每个链路端点配置主备ODU和IDU。微波链路正常工作时工作在主用通道上(主用ODU和主用IDU)，如主用设备出现故障，可以无伤切换至备用通道。微波设备中室外部分主要设备的连接结构可以用图3表示。图SEQ图\*ARABIC2微波原理框图发送信号时，调制信号分别进入主备ODU，经由合路器（或称耦合器），实现将发送信号送至微波天线发射。接收信号时，微波信号经天线进入微波设备波导后，经由合路器（或称耦合器），完成信号的分流至主备ODU，完成射频信号处理和部分中频信号处理后将信号经中频馈线传送至室内单元。图SEQ图\*ARABIC3微波设备结构图（2）微波设备换型导致对接问题经过换型，省网微波网从开始建立的7G频段变换至8G频段，相应的波导型号和其接口型号由70变换至84。表格SEQ表格\*ARABIC1微波设备换型影响结果表频率段接口型号换型前7.1GHz-7.4GHzPDR70换型后7.7GHz-8.1GHzUDR84虽然频率段发生改变，但是微波天线的频率适用范围较广，因此部分天线依然采用了利旧的方式，但微波的信号处理设备已经换型。由于波导部分需要从70变成84口，因此设备换型中新购置波导变换，实现接口的变换。波导变换统一型号为PDR70变换至PDR84，与UDR84口的合路器进行对接时，出现对接问题。两个异型器件的接面虽然都具有8个螺孔，但波导变换（PDR84口）的螺孔相对合路器（UDR84口）较窄，如强制使用螺丝咬合，只可以使用2颗螺丝固定，且波导通道不能准确对接。这在波导对接时是绝对不允许的，因为波导通道中即使有毛刺都会使得信号受到衰减。因此如何解决波导变换与合路器之间异型设备对接问题成为设备换型工作中一个亟待解决的问题。图SEQ图\*ARABIC4异型微波设备对接示意图据此，本QC小组提出了本次活动的课题：异型微波设备对接夹具的研制。（二）设定目标并进行目标量化分析1.目标值设定课题目标：实现异型微波设备对接目标值：减少波导对接装置种类，做到通用化，最大程度降低技术风险，保证信号传输质量；最大程度节约资金成本、时间成本。2.目标值可行性分析小组进行讨论，将可行性分析重点放在设备对接时的性能效果：表格SEQ表格\*ARABIC2可行性分析总结讨论问题内容分析结果问题1PDR84口与UDR84口对接是否会影响微波信号传输？PDR84口与UDR84口的波导内径尺寸一致，仅外围固定用螺丝口不一致，这与微波信号在波导内的传输无关，因此PDR84口与UDR84口对接是可行的，这也说明，异型微波设备对接在设备换型过程中将普遍存在；问题2PDR84口与UDR84口对接固定是否可实现？螺丝咬合是统一接口时的对接方式，因此对接固定时只要咬合力与原螺丝咬合方式近似即可，因此紧密连接可实现的；问题3对接性能是否可测，形成实验-测试-修正的反馈环路？测试方式包含两种，一是通过上塔使用万用表测量ODU输出电压；二是通过微波网管直接观察ODU和IDU性能。两种方式皆可行；问题4小组能否在无设备厂家支持下完成目标？QC小组成员均为高等学历出生，有丰富的设备运行维护经验,并在多年的技术革新和QC活动中，积累了丰富的工程加工经验。根据以上分析，本QC小组实现异型微波对接的方法是可行的。（三）提出各种方案并确定最佳方案1.提出方案2014年6月至8月，小组召开多次方案分析会，提出了四种解决方案：（1）方案一：更换微波天线方案简介：采用匹配的进口UDR84口天线对现有天线进行更换，去掉与合路器对接中间的波导变换。方案论证：小组与设备厂家联系，采用匹配的进口UDR84口天线每面5000美元左右，更换成本高，并且进口产品采购周期较长，确认采购周期为6个月。方案结论：目前省网微波系统大部分仍采用了PDR70口天线，由于天线频率适应范围较广，价格昂贵，因此前期设备换型时采用了利旧方式，现更换微波天线违背前期设计原则。此外，天线更换要求登塔对大型微波器件进行更换，生产风险性提升。经过方案讨论，此方案被否决。（2）方案二：更换波导变换方案简介：采用匹配的国产PDR70/UDR84口波导变换，与合路器的对接面统一为UDR84，不存在螺口不匹配问题。方案论证：小组与微波器件厂家联系，需特殊加工定制，无国家标准产品，各微波器件厂商不愿意加工定制，就算可加工定制，模具加工费用高昂(开模费需8000元以上)。方案结论：PDR70/UDR84为非标产品，制作价格昂贵，且无法确定若厂家是否会长期生产相关器件，可能导致无备件来源。经过方案讨论，此方案被否决。（3）方案三：采用匹配的进口PDR70口合路器方案简介：采用匹配的进口PDR70口合路器，去除与天线对接时中间的波导变换；方案论证：小组与微波器件厂家联系，每个合路器300美元左右，更换成本依然偏高，并且进口产品采购周期较长，与方案一相似。另外，PDR70口合路器需要进行频率调试，调试工作量较大。方案结论：PDR70口合路器为7GHz频段设置，频率适应性低，调整成8GHz后其很有可能导致微波性能大幅度降低，加之其为进口设备，容易受厂家约束，不利于设备运维。经过方案讨论，此方案被否决。（4）方案四：对接夹具研制方案简介：自主研制PDR84/UDR84对接夹具，通过物理咬合，实现与螺丝固定效果相似的对接固定。方案论证：问题1：夹具是否能实现波导变换与合路器紧密连接？夹具的原理和螺丝咬合并无二异，只要咬合力与原螺丝咬合方式近似即可，因此紧密连接可实现的，而测试的方法可以是通过测量信号衰耗。只要信号的衰耗指标能够控制在设备允许的范围内，则方案是可行的；问题2：夹具是否能实现波导变换与合路器连接部防水？当夹具咬合力足够大时，理论上可以实现无缝对接。但由于对接部位处于铁塔之上的室外环境，风吹雨打雷击，容易腐蚀生锈造成漏水，因此可以考虑采用其他方式来实现辅助防水，如包裹防水胶带。这种方式在螺丝咬合时同样也可以用到。问题3：QC小组成员是否具备对接夹具的自主研制能力？小组成员陈小惠在校期间学习过测量工具以及机械制图软件的相关知识，能够进行夹具的尺寸设计及机械制图；创新工作室负责人成浩与微波金具加工人员长期合作，能够实现金具的加工；小组其他成员长期进行微波设备运维，熟悉微波网管操作，能够对夹具进行性能测试。方案结论：该方案有三大优点：一是实现难度较低，不涉及微波主设备的结构改变和换型改造；二是投入成本较低，金具材料普通，加工费用低廉；三是安装使用简单容易，适用于各类微波波导对接问题。2.QC方案性能对照及确定小组从技术性、经济型、风险性、时间性、预期效果五个方面对三个方案进行了分析、评价和优选，结果如表7所示。表格SEQ表格\*ARABIC3方案综合分析评价表序号方案评价综合得分是否采用组员标准权数成浩陈小惠高键傅暾何维彭剑锋何芸章理1更换微波天线技术性1□□□□□□□□40不采用经济性3△△△△△△△△8风险性3○○○○○○○○24时间性2△△△△△△△△8预期效果2○○○□□○○○28小计208分析虽然技术性较高，但是经济投入、风险、时间投入均不佳。备注△=1分○=3分□=5分2更换波导变换技术性1□□□□□□□□40不采用经济性3○○△○○○△△18风险性3○○○□□○□□28时间性2△△△△△△△△8预期效果2○○○□□○○○28小计250分析虽然技术性较高，但经济性、风险、时间投入均不佳。备注△=1分○=3分□=5分3采用匹配的进口PDR70口合路器技术性1○○○□□□□□34不采用经济性3△□□○○○△△22风险性3○○○□□○△△24时间性2△△△△△△△△8预期效果2○○○△△○○○20小计228分析虽然技术性较高，但经济性、风险、时间投入均不佳。备注△=1分○=3分□=5分4对接夹具研制技术性1○○○□□□○○30采用经济性3□□□□□□□□40风险性3○○○□□○□□32时间性2□□□□□○○□36预期效果2□□□□□○○○34小计386分析技术性略低，但经济性、风险、时间投入和预期效果俱佳。备注△=1分○=3分□=5分归纳上述四种方案，在微波设备换型工作中，要节约费用，缩短供货时间，降低技术难度，且适用于各类微波波导对接，研制对接夹具是最科学合理的解决方案。因此，通过本QC小组全体成员的创新和论证，一致认为通过对接夹具解决异型微波设备对接是可行的。三、主要做法（一）制定对策表要实现异型微波设备对接夹具研制，需要从对接微波设备测量、夹具设计、夹具制作、检查测试、实际应用、技术文档完善几个方面入手，QC小组经过进一步讨论，针对各节点对策详见表8：表格SEQ表格\*ARABIC4对策表序号对策目标措施负责人地点时间1设备测量全面测量对接设备的尺寸，要求所有尺寸误差不大于1mm使用工作室钢尺、卷尺和游标卡尺进行尺寸测试陈小惠、何维创新工作室2014年7月2夹具设计金具制图，产出设计图纸使用CAD软件，根据测量尺寸，和夹具型号设计制图陈小惠、彭剑锋办公室2014年10月3夹具制作金具加工，生产夹具实验用品联系金具加工作坊，按照设计图纸进行制作成浩金具加工室2014年12月4检查测试测试夹具对接效果使用设备备件进行对接测试陈小惠、何芸创新工作室2015年2月5实际应用将夹具用于微波站现运微波设备对接启动TMS检修流程，联系登塔工作人员上塔对接设备，测试人员在监控机房进行性能观察成浩、陈小惠下坪、毛家塘微波站2015年3月-4月6文档编写形成用户使用手册编制对接夹具使用手册何芸办公室2015年4月（二）按对策表实现QC小组成员根据制定的对策，在2014年7月起对异型微波设备对接夹具的研制进行了具体实施。实施一：设备测量表格SEQ表格\*ARABIC5实施一情况表对策目标措施负责人地点设备测量全面测量对接设备的尺寸，要求所有尺寸误差不大于1mm使用工作室钢尺、卷尺和游标卡尺进行尺寸测试陈小惠、何维创新工作室实施情况：QC小组针对对接具体设备，分别测量了R84接口的尺寸，具体情况如下：图SEQ图\*ARABIC5设备对接面尺寸测量示意图实施二：夹具设计表格SEQ表格\*ARABIC6实施二情况表对策目标措施负责人地点夹具设计金具制图，产出设计图纸使用CAD软件，根据测量尺寸，和夹具型号设计制图陈小惠、彭剑锋办公室实施情况：根据小组各成员的讨论结果，夹具设计考虑两个细节：（1） 双主体对称设计：由于对接设备面的对接面较小，如果使用单主体夹具，容易造成用力不均，甚至导致一端对接不严密，影响对接效果；（2）咬合面凸起设计：咬合严实是夹具设计的主要目标。咬合面使用凸起设计时，咬合力更加集中在设备接口对接面，因此对接效果更佳。小组成员使用掌握的CAD技能，实施夹具设计，出产夹具设计图纸：图SEQ图\*ARABIC6夹具设计图纸资料图SEQ图\*ARABIC7夹具主体设计图纸实施三：夹具加工表格SEQ表格\*ARABIC7实施三情况表对策目标措施负责人地点夹具制作金具加工，生产夹具实验用品联系金具加工作坊，按照设计图纸进行制作成浩金具加工室实施情况：成浩联系金具加工人员进行加工处理，由于夹具较小，可使用边脚料，加工作员同意免费制作一套试用。根据小组各成员的讨论结果，夹具材料选定考虑使用A3钢或45号钢。夹具加工后效果图如下所示：图SEQ图\*ARABIC8夹具成品图实施四：夹具测试表格SEQ表格\*ARABIC8实施四情况表对策目标措施负责人地点检查测试测试夹具对接效果使用设备备件进行对接测试陈小惠、何芸创新工作室实施情况：使用微波设备备件进行对接测试。检测是否出现对接面是否完整咬合，波导面是否完全核准。图SEQ图\*ARABIC9夹具对接测试图实施五：实际应用表格SEQ表格\*ARABIC9实施五情况表对策目标措施负责人地点实际应用将夹具用于微波站现运微波设备对接启动TMS检修流程，联系登塔工作人员上塔对接设备，测试人员在监控机房进行性能观察成浩、陈小惠下坪、毛家塘微波站实施情况：使用微波设备在下坪和辰溪微波站应用，测试实用效果。联系登塔人员将设备对接，塔测ODU电平稳定。网管测试效果如下：图SEQ图\*ARABIC10网管测试图1图SEQ图\*ARABIC11网管测试图2表格SEQ表格\*ARABIC10微波网管测量数据发端收端ODU1收功ODU2收功通道性能怀化局下坪-37dBm-35dBm正常下坪怀化局-37dBm-35dBm正常龙潭桥毛家塘-47dBm-47dBm正常毛家塘龙潭桥-48dBm-47dBm正常根据实测性能，如下坪至怀化局微波段，怀化局ODU收下坪信号为-37dBm和-36dBm；下坪ODU收怀化局信号为-37dBm和-35dBm。根据微波相关标准，16E1接收功率大于-84dBm即可。这表明微波信道增益余量达到40+dB，完全能够保证微波通道质量。小组同样对通道误码率等数据进行了测量，通道性能如下图所示：图SEQ图\*ARABIC12微波通道性能测试图由图可知，微波通道误码率非常低，表明对接性能较高，支持微波通道正常通信。6.实施六：文档编写表格SEQ表格\*ARABIC11实施六情况表对策目标措施负责人地点文档编写形成用户使用手册编制对接夹具使用手册何芸办公室实施情况：对接夹具说明文档和使用手册的编制。经小组评审同意通过，纳入成浩创新工作室设备运维技术文档。图SEQ图\*ARABIC13对接夹具使用手册文档用图示意1图SEQ图\*ARABIC14对接夹具使用手册文档用图示意2（三）确认效果1.目标值检查实现异型微波设备对接，同时减少波导对接装置种类，做到通用化，最大程度降低技术风险，保证信号传输质量；最大程度节约资金成本、时间成本。目标确定完成！2.效益检查目前已经加工20套夹具，已应用于7个省网微波通信站点。分别是：毛家塘、礼坪、高田、小沙江、下坪、青架山、和尚包等。成本远小于更换合路器的方案，同时对接衰耗可以忽略，远小于微波电路的增益余量。与更换合路器相比，效益分析对比如下：表格SEQ表格\*ARABIC12效益分析表对策成本周期安装调试活动前单站300美元（不计旧设备成本）至少6个月拆卸旧设备后安装双端，频率对调活动后单站20元5天直接对接安装单端，无频率对调QC活动后，按当前货币兑换率（1：6.2007），平均每站可为公司节省费用1840元。以67个微波站计算，共计将节约成本12.3万元。四、实施成效1.活动总结在本次QC活动中，小组通过完整的PDCA过程，研制出了异型微波设备对接夹具，并用于实际应用，效果明显：（1）创新成果实用性能好：小组将7套所研制夹具安装在所需微波通信站点，测试运行1年以来，微波设备对接性能良好