提高艦船輔機可靠性工作的方法

潘良高，羅桂山，周果

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

0 引言

艦船輔機是艦船重要的配套設備，通常是指艦船主機、艦船導航及自動化設備以外的艦船用設備，包括甲板機械類，如舵機、錨機等；艙室機械類,如水泵、空壓機等；特種機械類，如減搖裝置、軸系及推進裝置等。艦船輔機品種多、數量大，涉及技術專業面廣，技術發展水平差異大。由于艦船輔機主要為艦船平臺、主戰裝備和主機提供配套保障，并且無論艦船是處于系泊狀態還是航行狀態，大部分艦船輔機均需投入運行。由于運行環境的特殊性，艦船輔機一般具有以下幾個特點：一是保障性、從屬性，使用時間長、使用頻率高；二是運行環境差，通常安裝在底部艙室或甲板上，環境溫度高，濕度大，易受海水浸蝕；三是涉及技術專業面廣，集成度高，艦船輔機裝備技術上通常涉及機械、電器、電子、熱工、液壓等多個專業。艦船輔機的可靠性直接影響著整艘艦船的工作狀態，在設計、建造及運營中，必須對艦船輔機的質量與可靠性加以重視，通過開展可靠性工作，提高艦船輔機的質量與可靠性水平。

1 加強可靠性工作策劃

為了保證現代艦船輔機行業可靠性工作的順利開展，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：“承制方應根據合同要求制定并實施可靠性工作計劃，以確保產品滿足合同規定的可靠性要求。”雖然現在裝備設計過程中都編制了相應的可靠性工作計劃，但不同產品在形式與內容上基本是大同小異，選擇的可靠性工作項目基本一致，有的甚至照搬國軍標中的所有工作項目。沒有將顧客提出的可靠性指標嚴格納入相應的可靠性工作項目中，該種可靠性工作計劃失去了原有意義，更無法作為頂層文件貫徹實施。其實，GJB450A還要求：“可靠性工作項目的選取取決于產品要求的可靠性水平、產品的復雜程度和關鍵性、產品的新技術含量、產品類型和特點、所處階段以及費用、進度等因素。對一個具體的裝備，必須根據上述因素選擇若干適用的可靠性工作項目”。因此，針對艦船輔機特點，在策劃階段選擇合適的可靠性工作項目十分重要，冗余且不適宜的可靠性工作項目不僅不能帶來產品可靠性的提高，反而可能導致產品全壽命周期費用的增加，造成額外的損失。

在進行可靠性工作策劃時，首先可以根據產品自身的特點，制定初期可靠性工作計劃；然后，通過已有的可靠性分析方法，如故障模式、影響及危害性分析（FMECA）、故障樹分析（FTA）、功能特性分析等，結合相同或相似設備的相關資料來確定產品的關鍵件、重要件；最后，針對這些關鍵的零部件選擇合適的可靠性工作項目，完善可靠性工作計劃[1]。

制定可靠性工作計劃時，應包括合同規定的全部可靠性工作項目，同時還應含有可靠性工作項目的目的、內容、范圍、實施的程序、完成形式和對完成結果檢查評價的方式。將制定的可靠性工作計劃作為頂層文件，嚴格貫徹可靠性設計準則，開展可靠性設計與分析，收集可靠性信息，組織可靠性驗證與評價，實施產品可靠性改進，全面落實設備可靠性工作計劃規定的各項可靠性工作項目的要求。

2 完善可靠性設計準則與分析方法

在可靠性設計與分析方面，可以制定相關艦船輔機的可靠性設計規范、可靠性設計準則等，并結合產品的自身特點，制定不同的可靠性工作項目進行可靠性設計與分析[2]。

針對批量大、品種多的艦船輔機，可以以綜合保障工作為突破口，通過建立任務可靠性模型，分解可靠性總體目標和通用要求，確定產品各維修級別的維修項目、維修類別及維修保障需求，包括備品備件及其供應量、庫存量等；確定上艦產品使用及維修中的人員戰位作業流程、人員需求及相關技術等級要求，包括訓練保障、關重件的包裝、裝卸、運輸、相關倉儲、場地、維修平臺、空間及環境要求等；在后續的保障性分析和設計中，反復迭代，優選設計方案，實現費用、進度、性能之間的優化，達到產品保障的目標，為企業的可持續發展打下堅實的基礎。

對于小批量的大型復雜的艦船輔機，可靠性設計與分析的關鍵在于影響及危害性分析（FMECA）、故障樹分析（FTA）、故障報告、分析和糾正措施系統（FRACAS）和功能特性等方面，通過集思廣益，頭腦風暴的方式最大化地拓展設計人員的思路，充分體現裝備可靠性工作“預防為主、早期投入”的理念。

不同的產品可以選擇不同的可靠性設計與分析手段，但其最終目的一致，即通過改進設計，真正提高產品的可靠性，而不是在產品生產制造出來后，再進行可靠性設計與分析。

3 加強可靠性數據收集

可靠性數據是在各項可靠性工作和活動中產生的描述產品可靠性水平及狀況的各種數據，包括數據、圖標、符號、文字和曲線等。可靠性數據是可靠性信息的重要來源，對于產品的可靠性驗證具有舉足輕重的作用[3]。可靠性數據是新產品設計開發的必要技術支持，是指導裝備維修保障的依據，也是評定裝備的可靠性水平與宏觀決策的依據。

目前，艦船輔機的設計和選型大多圍繞產品性能指標展開，極少考慮可靠性指標，這主要因為艦船輔機的可靠性指標相對比較匱乏。究其原因，包括兩方面：一是從事機械可靠性技術應用研究的人員相對較少；一是艦船輔機可靠性數據缺少借鑒性。由于部分艦船輔機作為軍品使用，出于保密目的，只有少數公開的可靠性試驗研究成果和通用的具有指導性的可靠性研究標準，大量系統的可靠性指標和研究過程未公開。即使有相關產品或配套的可靠性定量指標，亦由于國內研制的產品與國外同類產品在機構和制造工藝上存在一定差異，也無法照搬。艦船輔機從設計到生產的過程中，往往由全國各地的多家外協單位承擔，環境條件多變，涉及人員眾多，整個過程會產生大量的諸如技術、質量方面的數據，這些數據就是寶貴的可靠性信息，如果不是提早規劃開展相關收集工作，部分數據可能流失，將來若再要獲取這些數據將會付出成倍的代價，甚至無法重新獲取。

工程實踐中，可靠性數據丟失、收集不完全等現象普遍存在。美國陸軍為了收集某型直升機非計劃維修數據，不得不啟動專項工程，在現役820架中選擇了72架進行專門收集；加拿大控制數據公司生產的軍用通信設備因未提前考慮外場可靠性數據收集，而無法評估其使用可靠性。因此，艦船輔機的可靠性數據收集應納入統籌工作，制定有效的收集辦法，以確保可靠性數據的時效性和完整性。

綜上所述，制定可靠性數據收集方法、開展可靠性數據收集的意義重大。可靠性數據收集方法可從以下三方面著手：

1）對產品進行分類，找出各個產品的可靠性數據的特點，如時間變量函數關系、隨機故障等，抓住產品的可靠性數據特點；

2）制定數據收集的原則和內容；

3）制定可靠性數據收集的方法，并以此形成作為后續產品可靠性數據收集的指導性文件。

4 加強可靠性試驗與評價

可靠性試驗是對產品的可靠性進行調查、分析和評價的一種手段，其目的是發現產品在設計、材料選用及制造工藝等方面的各種缺陷，為改善產品的戰備完好性、提高任務成功率、減少維修費用及保障費用提供信息，并確認是否符合可靠性定量要求。美國的一份報告指出，一般大型機電設備的首臺樣機，初期的平均故障間隔時間(MTBF)只有要求的十分之一，必須經過一系列的可靠性試驗來發現及判明存在的缺陷。據統計，元器件和零部件的缺陷、工藝缺陷、設計缺陷大體上各占三分之一左右，而要事后糾正這些缺陷，使產品的可靠性逐步增長到要求值，所花費可靠性試驗的時間大體是要求的平均故障間隔時間（MTBF）的5到25倍左右[4]。

單獨對艦船輔機進行可靠性試驗，可能需要耗費大量的人力、物力及財力（諸如同級系統間、上下級系統間的協調配合、產品研制中各環節的不同要求的如實體現等等），且試驗周期長，不充分。因此，可在產品研制階段增加任務剖面條件下的關鍵零部件的可靠性試驗，通過試驗發現薄弱環節，實現可靠性增長，驗證產品可靠性，積累產品可靠性試驗數據。若條件允許，則應嚴格按照相關國軍標要求開展相關可靠性試驗，如可靠性鑒定試驗等。在條件達不到的情況下可以在現有試驗條件的基礎上結合系統及各裝置的階段性試驗，如單機試驗和聯調試驗等，尋找出產品的缺陷，從而改進設計，以提高產品的固有可靠性水平，并最終通過試驗制定相關產品的可靠性試驗與評價標準。此外，對其可靠性試驗準則、試驗方法、試驗狀態、數據信息采集范圍、處理方法做出規定，以此指導、規范后續相關工作。

5 結束語

對艦船輔機進行可靠性研究，即是研究產品全壽命周期中故障的發生、發展規律和預防、控制方法，在有限經費和有限時間內盡可能達到產品可靠性的目的，這對提高艦船壽命和質量水平有十分深遠意義。

[1] CB/T 2006-10艦船可靠性指南(艦船動力及機電設備分冊)[S].

[2] 李良巧,顧唯明.機械可靠性設計與分析[M].北京:國防工業出版社,1998:36.

[3] 賀國芳,許海寶.可靠性數據的收集與分析[M].北京:國防工業出版社,1998:7.

[4] 何國偉,戴慈莊.可靠性試驗技術[M].北京:國防工業出版社,1998:72.