提高艦船裝備可靠性的對策研究

陳公昌

摘要：本文通過對艦船裝備可靠性要求的重要性分析，提出了系統不能滿足可靠性要求的五個可能的重要原因，相應的，文章分別從這五個方面探討了如何提高可靠性的問題。

關鍵詞：艦船裝備；可靠性；對策研究

Abstract: This paper anlysizes the importance of reliability for ship equipment and dicusses five probable reasons for which a system do not meet the requiment of reliability. Finally, this paper puts forward suggestions how to improve the reliability of ship equipment.

Key words: Ship equipment;Reliability;Countermeasures

隨著艦船裝備系統性能越來越強大，其復雜性也大大增加，由于現代大型裝備系統各種零部件復雜繁多，若要使系統正常而穩定的工作，發揮最大的作戰效能，系統的可靠性就顯的越來越重要。達不到可靠性要求會降低系統的任務效能，會增加系統壽命周期內大量甚至難以預測的額外使用和保障費用。然而，由于項目進度的要求或系統復雜程度的影響，經常出現裝備系統不能滿足其可靠性要求的情況。一般來說系統不能滿足可靠性要求的原因有很多，導致其重復發生的主要原因有五個：①研制過程早期可靠性設計不夠；②底層次的試驗不充分；③主要依靠預計而不是依靠進行工程設計分析；④缺乏對所采用的現成設備的工程分析；⑤對提高可靠性缺乏有效的激勵措施。本文從注重設計、底層試驗、進行相應的分析、對現成設備進行評估和對可靠性提出激勵等五個方面來探討如何提高可靠性的問題。

1加強研制過程早期的可靠性設計工作

研制和總體單位要對系統、分系統或部件所處的作戰使用環境有一個充分、全面的理解和認識，并在可靠性分配時確保供貨方也對此有充分的理解和認識。有了這種深刻的認識為基礎，在研制過程早期就可發現并排除許多潛在的失效，另外，應該最大程度的利用現有的外場試驗結果來支持失效分析工作。

排除失效的工作需要采用多種技術方法和手段，包括做熱分析和振動分析等，以研究潛在的失效機理和失效部位。這些分析經常用到疲勞分析工具、有限元模型、動態仿真、熱傳導分析和其他工程分析模型。目前，工業部門、科研單位和有些政府單位已經用大量成熟的工程工具和試驗方法來進行該類試驗，尤其在民用領域。如果設計低劣的部件進入系統級的研制試驗、使用試驗，甚至更高層次的試驗，諸如一些電路板因設計和安裝的問題，出現類似元件和導線間應力過大的問題，這類問題在設計過程早期花費很少的經費進行工程分析就可發現，而進一步去糾正發現的問題也只需要再多花更少的經費，而不過沒有及時發現的話，面臨的將可能是付出上百萬經費的代價進行后續的補救。

2注重進行較底層次的試驗

元器件級的底層次試驗，如高加速度壽命試驗和高加速環境應力篩選等試驗項目，對于早期檢測失效和識別設計缺陷極為重要，因此要鼓勵多進行這種以工程和失效機理分析為基礎的試驗。如果對有些項目沒有或只對一小部分部件進行了試驗，或者只是對經過分析認為比較關鍵的部件進行了試驗，這雖然減少了開支，但是也留下了后患。其實，這種試驗一般都是比較經濟的，可是一旦出現縮減預算情況時，它們卻是首當其沖被砍掉的。如果設備沒有經過這種早期試驗，以便發現問題并在設備開發早期進行設計，那么后面就極有可能導致不可預見的問題，造成重大的進度拖延和使用保障費用的增加。另外，應該盡可能的盡早將用戶納入試驗和研制過程，這可以避免影響用戶使用的問題出現。此外，要重視研制試驗，研制試驗是上一層次糾正遺留問題和提高系統研制成功概率的最后一個機會。如果一個系統達到了研制試驗的可靠性要求，那么就會有60%的概率符合使用試驗的可靠性要求。一個研制項目的重大挫折經常發生在試驗受進度或成本制約而減少或取消的時候。研制試驗不僅對確保系統可靠性是必要的，而且可以降低使用試驗過程中達不到可靠性要求的風險，不充分的研制試驗方案經常會導致系統失效。

早期的底層試驗加上有針對性的較高層次試驗，是產生高可靠性產品的關鍵。如果沒有對大部分或所有關鍵裝配件的全面的較底層次試驗，沒有重大集成綜合和研制試驗，就幾乎沒有可能實現高水平的可靠性。

3在項目中多進行精確的工程設計分析，減少使用可靠性預計

現在很多裝備和項目，如果需要了解可靠性工作情況時，我們看到的往往是一套系統或子系統的可靠性預計結果，但是，可靠性預計與產品的實際可靠性畢竟不會完全一致的。很多情況下，給出預計結果的人可能并不在研究設計團隊中。一直以來，設計單位注重預計結果的統計，而不注重如何在設計過程中盡量消除失效，這極大的限制了生產出高可靠性產品的能力。另外，在某些情況下，在研制試驗中，將預計結果作為回避對合同規范進行驗證的一種手段，導致不能符合使用試驗要求。高可靠性不是通過可靠性預計就能獲得的。

大部分人想到可靠性模型時，都會想到可靠性預計、可靠性框圖、失效模式影響與危害性分析、故障樹和可靠性增長等工具，當然，產品設計過程中采用上述工具以提高其可靠性是十分必要的。然而，最重要和最基本的可靠性工具是結構、熱、疲勞、故障機理和振動模型，設計單位使用他們來確保拿出無故障工作時間足夠長的產品。承制單位要經常進行熱分析和振動分析，研究潛在的失效機理和失效部位。當系統的可靠性工作的重點放在可靠性預計上時，很有可能會導致不確定的結果。

4對系統中采用的現成設備和部件進行可靠性工程分析

現成的民用設備為提高可靠性、減少成本和采用最新技術提供了很大的機會。然而，現成的民用設備并不意味著我們要摒棄工程分析和早期試驗。在許多場合，我們會聽到這樣一句話“那個設備是現成的產品，其可靠性就那樣了”。這種認識是十分片面的。熱、振動、疲勞和失效機理建模，以及早期的加速試驗，可以量化和最大限度降低現成民用設備在軍事使用環境中失效的幾率，畢竟軍用裝備有其特殊、嚴酷的使用環境。哪怕進行相對簡單的振動和熱分析也可以檢測出大部分潛在的故障。而如果不充分進行早期分析，導致的損失也可能是巨大的。此外，在采用現成民用部件時前，也應該進行嚴格和高標準的可靠性分配工作。

5在項目要求中明確激勵措施，提高承制單位對產品可靠性工作的投入力度和積極性

通常情況下，即使可靠性要求在技術規格書或規范中作了明確要求，裝備承制單位和設備廠也沒有太高的積極性來提高產品的可靠性，因為裝備承制單位經常不得不以低價投標來增強其競爭力。在他們調整其項目時，可靠性通常是首先被去掉的。更有甚者，對裝備承制單位特別是設備廠來說，不可靠的設備會導致部隊大量采購維修備件，從而從后續補充備件中獲得很大利潤。除非采用一定的方式激發裝備承制單位提高產品可靠性的積極性，否則盡管裝備承制單位有足夠的提高設備可靠性的技術能力，我們將會眼睜睜的將可靠性水平遠低于民用消費品的裝備投入戰場。

6結論

據估算，使用和保障費用占了裝備系統整個壽命周期費用的60%，提高可靠性直接影響到大部分的使用和保障費用。在一個重大系統的整個壽命周期內，適度的提高可靠性可以節省大量的維護保障費用。許多人認為高水平的可靠性必須花高價才能取得，這種認識基于這樣一種概念：只有昂貴的軍用的部件和頂級的材料才具有高可靠性水平，更高的可靠性等同于增加試驗次數和延遲項目進度。我們必須改變這種觀念。當把各種可靠性試驗和改進技術作為裝備設計和研制過程的一個組成部分時，就能得到良好性價比的高可靠性的裝備。另一方面，通過對如何提高可靠性問題的探討，從觀念和意識上，對如何提高和保證民用船舶設備質量和可靠性有一定的借鑒作用。

參考文獻

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