船舶維修設計的原則及效能研究

周朝暉

（海軍工程大學 科研部，武漢 430033）

0 引 言

隨著科學技術的發展和需求的增長，船舶制造業進步到了一個新的高度。但由于新型船舶型號眾多、結構復雜、科技含量很高，伴隨而來的是維修的難度、費用、人員、周期等大量增加，維修觀念、研究、時機等相對滯后，缺乏對全過程、全壽命維修進行科學規劃的深刻認識和實踐。

1 維修設計現狀

1）船舶研制缺乏維修觀念。維修是保持或恢復船舶運行、延長船舶使用壽命的重要手段，而維修設計是與維修關系最為密切的質量特性，是由船舶設計賦予的使其維修簡便、迅速和經濟的固有特性。目前，設計和維修分屬不同階段，雖互有滲透，但通常是各行其道，設計與維修脫節，船舶設計、建造、使用和維修沒有形成統一整體。使得維修效益較低、維修的人力和物力大幅增加。同時，也無法通過船舶的使用和維修來評價設計效果，無法保證檢驗維修與設計的一致性。

2）船舶維修缺少全程監控。在役船舶的維修不是作為一個全程要素，在設計和研制之初就予以足夠的重視，缺少精細化維修保障和有效的全程質量監控，屬于粗放式維修。實際上，維修設計就是要達到模塊化設計、視情維修和按壽命更換的目的。因此必須將維修向前拓展，提前到船舶的設計論證甚至預研階段，使維修設計成為船舶設計的重要環節和關鍵過程。使得在船舶的全壽命周期內，形成維修的閉環系統，在各個環節、各個過程實施船舶維修全程監控。

3）不夠適應船舶維修規律。目前國內船舶維修力量較為分散，還沒有完全形成合力和拳頭，頂層設計和統籌規劃比較缺乏。而新時期船舶維修涉及的學科面廣且復雜，往往是跨學科、跨部門、跨專業的項目和工程，需要系統地評估和設計。另外，對船舶維修的標準化、通用化、模塊化研究不夠，對從總體上科學評估船舶的技術狀態、合理制定維修方案重視不夠，從而造成船舶維修工作形成了所謂的研制與維修脫節、成本與維修分離等現象，阻礙了維修質量和水平的提高。

2 國內外維修設計的發展動態

國外維修設計起源于20 世紀50 年代中期，以美軍發布MIL-M-26512《美國空軍航空空間系統與設備維修性要求》為標志。我國維修設計開始于20 世紀70 年代后期，頒布了有關標準，出版了專著，構建了虛擬原型平臺。

2.1 注重頂層設計工作

除了MIL-M-26512 外，美軍還陸續頒發了系列維修設計標準，比較知名的是，1966 年頒發實施的MIL-STD-470《維修性大綱要求》、MIL-STD-471《維修性驗證、演示和評估》、MIL-HDBK-472《維修性預計》等三個標準，以及1985 年頒發實施的MIL-STD-470A《系統及設備維修性管理大綱》、MIL-STD-2165《電子系統及設備的測試性大綱》等。與此同時，美軍還編纂出版了一些專著和教材，如1962 年美國陸軍器材司令部出版的《維修設計指導》、1976 年美陸軍出版的AMCP706-133《維修性工程的理論與方法》等。國內有關單位從20 世紀70 年代后期開始引進國外先進的維修科學，先后翻譯出版了《維修工程技術》、《維修設計指導》等美軍的有關重要文獻，并陸續出版了具有自主知識產權的《維修性工程理論與方法》［1］（2007 年）、《維修性及其設計技術》［2］（2005 年）、《航空船舶科學維修導論》［3］（2007 年）等專著。20 世紀80 年代以后，陸續編制出版了系列標準和規范。這些標準和專著的頒布和實施，有力地促進了維修設計的發展、普及和水平的提高。

2.2 定性與定量相結合

20 世紀50～60 年代，美軍的維修設計以定性化為主，涉及到電子設備維修、船舶設計的維修性特點和技術措施等領域。隨著科學技術的進步，20 世紀70 年代開始，維修設計發展為定性化與定量化相結合，提出了以維修時間作為維修性的定量度量參數，通過對維修過程的分析，把維修時間進一步分解為不能工作時間、修理時間和行政延誤時間等時間單元，并指出對大部分設備而言，維修時間服從對數正態分布，提出了維修時間分布的平均值和95%的百分位值作為維修性的度量參數，為定量預計船舶的維修性，控制維修設計過程，驗證維修設計結果打下了基礎［1］。20 世紀70 年代，隨著半導體集成電路及數字技術的迅速發展，設備的自測試、機內測試以及故障診斷在維修時大量使用［3］，電子設備維修的重點已從過去的拆卸及更換轉換到故障檢測和隔離，故障診斷能力、機內測試成為維修設計的重要內容。為此，美國防部成立了測試性技術協調小組，負責測試性研究計劃的組織、協調和實施。并頒發實施了有關測試性標準。

2.3 融合現代高新技術

隨著維修性、測試性工程技術方法的完善和發展，維修性、測試性技術方法應用的計算機輔助化和智能化開始凸現。此時國內外采取各種措施和方法加強可靠性、維修性和保障性工作計算機輔助的研究，到20 世紀90 年代，這些領域的計算機輔助水平已經達到了與機械、電子計算機輔助設計相當的水平。在這個時期，美軍先后開發了大量的分析計算軟件，用于計算機輔助維修設計，如可靠性、維修性和保障性大綱剪裁專家系統（RMSTAILOR）、可靠性維修性計算機輔助設計系統（RAMCAD）等。20 世紀90 年代中后期，隨著虛擬現實技術和產品數據管理技術的快速發展和廣泛應用，維修設計技術進入了一個新的發展時期。美軍先后在F22 和JSF 戰斗機上運用虛擬現實技術進行維修性分析和評價，取得了很好的效果，大大提高了這兩個型號的維修設計水平。我國在“九五”和“十五”期間，維修性工程基本實現了計算機輔助化，開發出了具有自主產權的維修設計分析軟件平臺。基于虛擬現實技術的維修設計分析技術取得了很大進展，開發出虛擬維修樣機［4］。基于產品數據管理平臺的維修設計分析技術業取得了重要突破，完成了信息集成、過程集成等方面的研究工作，開發的平臺已經與企業的數字化改造實現無縫連接。部分院校已經開展維修性設計可視化評價工作［5］。

3 船舶維修設計的原則

3.1 堅持系統性和全面性

利用系統工程的思想和方法，以船舶全系統為研究對象，探索各系統之間的關聯和約束關系，牢牢抓住船舶使用可用度、固有可用度、準備完好率、任務可靠度、維修度、致命性故障間隔任務時間、平均故障間隔時間、評價修復時間、評價維修間隔時間、使用和貯存壽命等關鍵指標，實現系統之間“相互協調、互為補充、降低費用、全面提高”的維修目標，提升船舶維修水平。

3.2 堅持全過程和全壽命

將現代質量管理體系融入到船舶研制、設計、使用和維修全過程，在船舶全壽命周期內，堅持可靠性與維修性的有機融合，充分研究和考慮相似產品的維修性、維修性水平分析、預期采用的技術使船舶可能達到的維修性水平、費用進度等約束條件分析、壽命剖面分析、任務剖面分析等，建立“整體設計、整體維修、整體優化”三位一體的維修理念，從根本上扭轉設計和維修脫節的現象。

3.3 堅持決策支持和服務優先

緊緊圍繞著決策支持和服務優先這兩根主線，認真梳理維修思想、合理配置維修資源、切實優化維修方法、加強維修頂層設計，認真考慮維修的環境條件、資源條件、費用條件等因素，以在役船舶和在研船舶為研究對象，開展船舶設計與維修設計一體化研究，船舶全壽命維修研究，維修設計持續發展研究，維修的可達性、可裝連性、防差錯性、可互換性、測試診斷性、安全性、可修復性、可搶修性、可監控性、可調試性研究以及軟件的維護性等研究，為船舶設計、制造、使用等提供前瞻決策。

4 船舶維修設計主要效能

1）加速推進船舶設計標準化。在船舶研究、設計階段，綜合考慮維修性問題，全面推進船舶設計的標準化、系列化、通用化、模塊化，提高船舶設計質量，降低維修的難度和費用。

2）改革傳統的船舶維修模式。從總體上科學評估船舶的技術狀態，合理制定維修方案，從而改變傳統的船舶使用、船舶修理、船舶維護模式，真正實現按“需”修理、視情修理、快速修理。

3）實現全壽命維修質量管理。將維修工作向船舶發展前端延伸，在船舶維修中全面引進質量管理的理念、方法，實現船舶設計、制造和維修的全過程、全壽命質量控制和管理。

4）提高船舶維修水平。利用維修設計技術，在維修的不同階段，通盤設計使用維修新技術，如船舶自動檢測、在線檢測、遠程診斷、虛擬現實等，全面提升維修水平。

5）提高軟件系統質量。軟件系統已是現代船舶制造中重要的組成部分之一。而在軟件的生存周期中，其維護的工作量和費用約占總體的67%，軟件的維護性已成為軟件質量的重要標志。因此維修設計對軟件系統尤為重要。

［1］ 于永利，郝建平，杜曉明，等.維修性工程理論與方法［M］.北京：國防工業出版社，2007.

［2］ 童時中，童和欽.維修性及其設計技術［M］.北京：中國標準出版社，2005.

［3］ 張鳳鳴，鄭東良，呂振中.航空裝備科學維修導論［M］.北京：國防工業出版社，2007.

［4］ 楊英炎，蔣科藝，李本威，等.虛擬維修仿真的研究進展［J］.海軍航空工程學院學報，2009，24（4）：413-418.

［5］ 曾毅，尚建忠，曹玉君，等.維修性設計中可視性評價方法研究［J］.工程圖學學報，2009（1）：70-74.