提高艦船輔機(jī)可靠性工作的方法

潘良高，羅桂山，周果

（1.海軍駐南京地區(qū)航天機(jī)電系統(tǒng)軍事代表室，南京 210006；2. 海軍駐上海七○四所軍事代表室，上海200031；3.中國(guó)船舶重工集團(tuán)第七○四研究所，上海 200031）

0 引言

艦船輔機(jī)是艦船重要的配套設(shè)備，通常是指艦船主機(jī)、艦船導(dǎo)航及自動(dòng)化設(shè)備以外的艦船用設(shè)備，包括甲板機(jī)械類，如舵機(jī)、錨機(jī)等；艙室機(jī)械類,如水泵、空壓機(jī)等；特種機(jī)械類，如減搖裝置、軸系及推進(jìn)裝置等。艦船輔機(jī)品種多、數(shù)量大，涉及技術(shù)專業(yè)面廣，技術(shù)發(fā)展水平差異大。由于艦船輔機(jī)主要為艦船平臺(tái)、主戰(zhàn)裝備和主機(jī)提供配套保障，并且無(wú)論艦船是處于系泊狀態(tài)還是航行狀態(tài)，大部分艦船輔機(jī)均需投入運(yùn)行。由于運(yùn)行環(huán)境的特殊性，艦船輔機(jī)一般具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：一是保障性、從屬性，使用時(shí)間長(zhǎng)、使用頻率高；二是運(yùn)行環(huán)境差，通常安裝在底部艙室或甲板上，環(huán)境溫度高，濕度大，易受海水浸蝕；三是涉及技術(shù)專業(yè)面廣，集成度高，艦船輔機(jī)裝備技術(shù)上通常涉及機(jī)械、電器、電子、熱工、液壓等多個(gè)專業(yè)。艦船輔機(jī)的可靠性直接影響著整艘艦船的工作狀態(tài)，在設(shè)計(jì)、建造及運(yùn)營(yíng)中，必須對(duì)艦船輔機(jī)的質(zhì)量與可靠性加以重視，通過(guò)開(kāi)展可靠性工作，提高艦船輔機(jī)的質(zhì)量與可靠性水平。

1 加強(qiáng)可靠性工作策劃

為了保證現(xiàn)代艦船輔機(jī)行業(yè)可靠性工作的順利開(kāi)展，可靠性工作的策劃是必不可少的。GJB450A《裝備可靠性工作的通用要求》中就明確要求：“承制方應(yīng)根據(jù)合同要求制定并實(shí)施可靠性工作計(jì)劃，以確保產(chǎn)品滿足合同規(guī)定的可靠性要求?！彪m然現(xiàn)在裝備設(shè)計(jì)過(guò)程中都編制了相應(yīng)的可靠性工作計(jì)劃，但不同產(chǎn)品在形式與內(nèi)容上基本是大同小異，選擇的可靠性工作項(xiàng)目基本一致，有的甚至照搬國(guó)軍標(biāo)中的所有工作項(xiàng)目。沒(méi)有將顧客提出的可靠性指標(biāo)嚴(yán)格納入相應(yīng)的可靠性工作項(xiàng)目中，該種可靠性工作計(jì)劃失去了原有意義，更無(wú)法作為頂層文件貫徹實(shí)施。其實(shí)，GJB450A還要求：“可靠性工作項(xiàng)目的選取取決于產(chǎn)品要求的可靠性水平、產(chǎn)品的復(fù)雜程度和關(guān)鍵性、產(chǎn)品的新技術(shù)含量、產(chǎn)品類型和特點(diǎn)、所處階段以及費(fèi)用、進(jìn)度等因素。對(duì)一個(gè)具體的裝備，必須根據(jù)上述因素選擇若干適用的可靠性工作項(xiàng)目”。因此，針對(duì)艦船輔機(jī)特點(diǎn)，在策劃階段選擇合適的可靠性工作項(xiàng)目十分重要，冗余且不適宜的可靠性工作項(xiàng)目不僅不能帶來(lái)產(chǎn)品可靠性的提高，反而可能導(dǎo)致產(chǎn)品全壽命周期費(fèi)用的增加，造成額外的損失。

在進(jìn)行可靠性工作策劃時(shí)，首先可以根據(jù)產(chǎn)品自身的特點(diǎn)，制定初期可靠性工作計(jì)劃；然后，通過(guò)已有的可靠性分析方法，如故障模式、影響及危害性分析（FMECA）、故障樹(shù)分析（FTA）、功能特性分析等，結(jié)合相同或相似設(shè)備的相關(guān)資料來(lái)確定產(chǎn)品的關(guān)鍵件、重要件；最后，針對(duì)這些關(guān)鍵的零部件選擇合適的可靠性工作項(xiàng)目，完善可靠性工作計(jì)劃[1]。

制定可靠性工作計(jì)劃時(shí)，應(yīng)包括合同規(guī)定的全部可靠性工作項(xiàng)目，同時(shí)還應(yīng)含有可靠性工作項(xiàng)目的目的、內(nèi)容、范圍、實(shí)施的程序、完成形式和對(duì)完成結(jié)果檢查評(píng)價(jià)的方式。將制定的可靠性工作計(jì)劃作為頂層文件，嚴(yán)格貫徹可靠性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，開(kāi)展可靠性設(shè)計(jì)與分析，收集可靠性信息，組織可靠性驗(yàn)證與評(píng)價(jià)，實(shí)施產(chǎn)品可靠性改進(jìn)，全面落實(shí)設(shè)備可靠性工作計(jì)劃規(guī)定的各項(xiàng)可靠性工作項(xiàng)目的要求。

2 完善可靠性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則與分析方法

在可靠性設(shè)計(jì)與分析方面，可以制定相關(guān)艦船輔機(jī)的可靠性設(shè)計(jì)規(guī)范、可靠性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則等，并結(jié)合產(chǎn)品的自身特點(diǎn)，制定不同的可靠性工作項(xiàng)目進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)與分析[2]。

針對(duì)批量大、品種多的艦船輔機(jī)，可以以綜合保障工作為突破口，通過(guò)建立任務(wù)可靠性模型，分解可靠性總體目標(biāo)和通用要求，確定產(chǎn)品各維修級(jí)別的維修項(xiàng)目、維修類別及維修保障需求，包括備品備件及其供應(yīng)量、庫(kù)存量等；確定上艦產(chǎn)品使用及維修中的人員戰(zhàn)位作業(yè)流程、人員需求及相關(guān)技術(shù)等級(jí)要求，包括訓(xùn)練保障、關(guān)重件的包裝、裝卸、運(yùn)輸、相關(guān)倉(cāng)儲(chǔ)、場(chǎng)地、維修平臺(tái)、空間及環(huán)境要求等；在后續(xù)的保障性分析和設(shè)計(jì)中，反復(fù)迭代，優(yōu)選設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)費(fèi)用、進(jìn)度、性能之間的優(yōu)化，達(dá)到產(chǎn)品保障的目標(biāo)，為企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

對(duì)于小批量的大型復(fù)雜的艦船輔機(jī)，可靠性設(shè)計(jì)與分析的關(guān)鍵在于影響及危害性分析（FMECA）、故障樹(shù)分析（FTA）、故障報(bào)告、分析和糾正措施系統(tǒng)（FRACAS）和功能特性等方面，通過(guò)集思廣益，頭腦風(fēng)暴的方式最大化地拓展設(shè)計(jì)人員的思路，充分體現(xiàn)裝備可靠性工作“預(yù)防為主、早期投入”的理念。

不同的產(chǎn)品可以選擇不同的可靠性設(shè)計(jì)與分析手段，但其最終目的一致，即通過(guò)改進(jìn)設(shè)計(jì)，真正提高產(chǎn)品的可靠性，而不是在產(chǎn)品生產(chǎn)制造出來(lái)后，再進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)與分析。

3 加強(qiáng)可靠性數(shù)據(jù)收集

可靠性數(shù)據(jù)是在各項(xiàng)可靠性工作和活動(dòng)中產(chǎn)生的描述產(chǎn)品可靠性水平及狀況的各種數(shù)據(jù)，包括數(shù)據(jù)、圖標(biāo)、符號(hào)、文字和曲線等?？煽啃詳?shù)據(jù)是可靠性信息的重要來(lái)源，對(duì)于產(chǎn)品的可靠性驗(yàn)證具有舉足輕重的作用[3]?？煽啃詳?shù)據(jù)是新產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的必要技術(shù)支持，是指導(dǎo)裝備維修保障的依據(jù)，也是評(píng)定裝備的可靠性水平與宏觀決策的依據(jù)。

目前，艦船輔機(jī)的設(shè)計(jì)和選型大多圍繞產(chǎn)品性能指標(biāo)展開(kāi)，極少考慮可靠性指標(biāo)，這主要因?yàn)榕灤o機(jī)的可靠性指標(biāo)相對(duì)比較匱乏。究其原因，包括兩方面：一是從事機(jī)械可靠性技術(shù)應(yīng)用研究的人員相對(duì)較少；一是艦船輔機(jī)可靠性數(shù)據(jù)缺少借鑒性。由于部分艦船輔機(jī)作為軍品使用，出于保密目的，只有少數(shù)公開(kāi)的可靠性試驗(yàn)研究成果和通用的具有指導(dǎo)性的可靠性研究標(biāo)準(zhǔn)，大量系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)和研究過(guò)程未公開(kāi)。即使有相關(guān)產(chǎn)品或配套的可靠性定量指標(biāo)，亦由于國(guó)內(nèi)研制的產(chǎn)品與國(guó)外同類產(chǎn)品在機(jī)構(gòu)和制造工藝上存在一定差異，也無(wú)法照搬。艦船輔機(jī)從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)的過(guò)程中，往往由全國(guó)各地的多家外協(xié)單位承擔(dān)，環(huán)境條件多變，涉及人員眾多，整個(gè)過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量的諸如技術(shù)、質(zhì)量方面的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)就是寶貴的可靠性信息，如果不是提早規(guī)劃開(kāi)展相關(guān)收集工作，部分?jǐn)?shù)據(jù)可能流失，將來(lái)若再要獲取這些數(shù)據(jù)將會(huì)付出成倍的代價(jià)，甚至無(wú)法重新獲取。

工程實(shí)踐中，可靠性數(shù)據(jù)丟失、收集不完全等現(xiàn)象普遍存在。美國(guó)陸軍為了收集某型直升機(jī)非計(jì)劃維修數(shù)據(jù)，不得不啟動(dòng)專項(xiàng)工程，在現(xiàn)役820架中選擇了72架進(jìn)行專門(mén)收集；加拿大控制數(shù)據(jù)公司生產(chǎn)的軍用通信設(shè)備因未提前考慮外場(chǎng)可靠性數(shù)據(jù)收集，而無(wú)法評(píng)估其使用可靠性。因此，艦船輔機(jī)的可靠性數(shù)據(jù)收集應(yīng)納入統(tǒng)籌工作，制定有效的收集辦法，以確?？煽啃詳?shù)據(jù)的時(shí)效性和完整性。

綜上所述，制定可靠性數(shù)據(jù)收集方法、開(kāi)展可靠性數(shù)據(jù)收集的意義重大?？煽啃詳?shù)據(jù)收集方法可從以下三方面著手：

1）對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行分類，找出各個(gè)產(chǎn)品的可靠性數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，如時(shí)間變量函數(shù)關(guān)系、隨機(jī)故障等，抓住產(chǎn)品的可靠性數(shù)據(jù)特點(diǎn)；

2）制定數(shù)據(jù)收集的原則和內(nèi)容；

3）制定可靠性數(shù)據(jù)收集的方法，并以此形成作為后續(xù)產(chǎn)品可靠性數(shù)據(jù)收集的指導(dǎo)性文件。

4 加強(qiáng)可靠性試驗(yàn)與評(píng)價(jià)

可靠性試驗(yàn)是對(duì)產(chǎn)品的可靠性進(jìn)行調(diào)查、分析和評(píng)價(jià)的一種手段，其目的是發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品在設(shè)計(jì)、材料選用及制造工藝等方面的各種缺陷，為改善產(chǎn)品的戰(zhàn)備完好性、提高任務(wù)成功率、減少維修費(fèi)用及保障費(fèi)用提供信息，并確認(rèn)是否符合可靠性定量要求。美國(guó)的一份報(bào)告指出，一般大型機(jī)電設(shè)備的首臺(tái)樣機(jī)，初期的平均故障間隔時(shí)間(MTBF)只有要求的十分之一，必須經(jīng)過(guò)一系列的可靠性試驗(yàn)來(lái)發(fā)現(xiàn)及判明存在的缺陷。據(jù)統(tǒng)計(jì)，元器件和零部件的缺陷、工藝缺陷、設(shè)計(jì)缺陷大體上各占三分之一左右，而要事后糾正這些缺陷，使產(chǎn)品的可靠性逐步增長(zhǎng)到要求值，所花費(fèi)可靠性試驗(yàn)的時(shí)間大體是要求的平均故障間隔時(shí)間（MTBF）的5到25倍左右[4]。

單獨(dú)對(duì)艦船輔機(jī)進(jìn)行可靠性試驗(yàn)，可能需要耗費(fèi)大量的人力、物力及財(cái)力（諸如同級(jí)系統(tǒng)間、上下級(jí)系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)配合、產(chǎn)品研制中各環(huán)節(jié)的不同要求的如實(shí)體現(xiàn)等等），且試驗(yàn)周期長(zhǎng)，不充分。因此，可在產(chǎn)品研制階段增加任務(wù)剖面條件下的關(guān)鍵零部件的可靠性試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)可靠性增長(zhǎng)，驗(yàn)證產(chǎn)品可靠性，積累產(chǎn)品可靠性試驗(yàn)數(shù)據(jù)。若條件允許，則應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)國(guó)軍標(biāo)要求開(kāi)展相關(guān)可靠性試驗(yàn)，如可靠性鑒定試驗(yàn)等。在條件達(dá)不到的情況下可以在現(xiàn)有試驗(yàn)條件的基礎(chǔ)上結(jié)合系統(tǒng)及各裝置的階段性試驗(yàn)，如單機(jī)試驗(yàn)和聯(lián)調(diào)試驗(yàn)等，尋找出產(chǎn)品的缺陷，從而改進(jìn)設(shè)計(jì)，以提高產(chǎn)品的固有可靠性水平，并最終通過(guò)試驗(yàn)制定相關(guān)產(chǎn)品的可靠性試驗(yàn)與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。此外，對(duì)其可靠性試驗(yàn)準(zhǔn)則、試驗(yàn)方法、試驗(yàn)狀態(tài)、數(shù)據(jù)信息采集范圍、處理方法做出規(guī)定，以此指導(dǎo)、規(guī)范后續(xù)相關(guān)工作。

5 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)艦船輔機(jī)進(jìn)行可靠性研究，即是研究產(chǎn)品全壽命周期中故障的發(fā)生、發(fā)展規(guī)律和預(yù)防、控制方法，在有限經(jīng)費(fèi)和有限時(shí)間內(nèi)盡可能達(dá)到產(chǎn)品可靠性的目的，這對(duì)提高艦船壽命和質(zhì)量水平有十分深遠(yuǎn)意義。

[1] CB/T 2006-10艦船可靠性指南(艦船動(dòng)力及機(jī)電設(shè)備分冊(cè))[S].

[2] 李良巧,顧唯明.機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)與分析[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,1998:36.

[3] 賀國(guó)芳,許海寶.可靠性數(shù)據(jù)的收集與分析[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,1998:7.

[4] 何國(guó)偉,戴慈莊.可靠性試驗(yàn)技術(shù)[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,1998:72.