油料裝備可靠性設計分析

文/袁家安 萬書海 張德印

油料裝備是現代戰爭后勤保障的重要物質基礎，是實施油料儲存、送輸、加注、檢測、維修的專用設備和工具，是實施油料保障的重要手段，是后勤保障能力的重要組成部分[1]。安全、可靠的油料裝備系統是后勤部隊執行油料補給任務的重要保證。

隨著軍用油料裝備復雜程度和技術含量的增加，可靠性（Reliability）已成為與裝備功能、性能、效能同等重要的基本特性。現代戰爭的作戰空間廣闊、作戰進程快速、作戰方法多樣，對油料保障裝備的可靠性提出了更高、更嚴的要求[2]。同時，可靠性對軍用油料裝備的使用性能、作戰適應性和壽命周期費用有著越來越重要的影響，已成為油料裝備設計與研制過程中的重要組成部分。

1.油料裝備的可靠性

油料裝備的可靠性是指裝備在規定的條件下和規定的時間內，完成規定功能的能力。在不同的條件下，可靠性可分為固有可靠性和使用可靠性。固有可靠性是裝備在設計、制造中賦予的，是裝備的一種固有特性，它與裝備的材料、設計與制造工藝及檢驗精度有關。固有可靠性又分為基本可靠性和任務可靠性，基本可靠性是指在規定的條件下、規定的時間內，無故障工作的能力，它反映裝備對維修資源的要求，其指標一般用評價故障間隔時間表示；任務可靠性是指裝備在規定的任務剖面內完成規定功能的能力，它反映裝備完成規定任務的能力，在任務期間內裝備是不可維修的，其指標一般用可靠度來表示。使用可靠性是裝備在實際使用過程中表現出的一種性能保持能力的特性，它除了考慮固有可靠性的影響因素外，還考慮裝備的安裝、操作使用和維修保障等方面因素的影響，用于描述裝備在計劃的任務環境中使用的可靠性水平。裝備在整個壽命周期內，對可靠性起影響的因素如表1所示[3]。可見，對可靠性影響最大的是油料裝備的設計技術。

表1 裝備壽命周期內影響可靠性的因素及其影響程度

圖1 裝備故障率浴盆曲線

油料裝備可靠性分析就是研究裝備由正常狀態運轉到故障狀態過程中，故障隨著時間變化的一些特性和手段，包括故障發生的條件、規律，防止、消除和控制故障發生的技術與管理措施。油料裝備故障是指裝備不能完成預定功能任務的事件或狀態，可分為關聯故障和非關聯故障兩類。關聯故障是指完全或部分與產品自身缺陷有關的故障，包括設計缺陷、制造、裝配、調試缺陷等造成的故障；非關聯故障主要是指未按規定的條件使用而引起的故障。油料裝備的故障分布符合如圖1所示的“浴盆曲線”規律[4]。

從圖1中可見，油料裝備在使用初期，由于設計、制造缺陷和使用環境不適應，故障率一般很高，經過一段磨合時間后，故障率逐步降低，并趨于平穩。偶然故障期是裝備的穩定工作時期，決定了裝備的使用壽命。隨著機械磨損以及零部件的老化，裝備進入磨損故障期，隨著時間推移，故障率將不斷增加，使用經濟性變差。所以，要提高油料裝備的利用效率，就要利用好裝備的偶然故障期。

2.提高油料裝備可靠性的設計策略

隨著科學技術的發展，油料裝備逐步向標準化、單元化和集成化方向發展，對其可靠性的設計要求也越來越高[5]。為提高油料裝備的可靠性，在設計階段需采用如下策略。

（1）控制重要、關鍵部件的可靠性對于軍用油料裝備中的發動機、泵、取力器、油罐、管路、閥門、加油槍等重要部件，在研制和選用過程中要進行性能和可靠性試驗。對于一些關鍵技術，在研制型號前要開展預先研究、專題科研等方法，控制減少型號研制的技術風險，以此來提高關鍵部件和系統的可靠性。

（2）采取多輪樣機研制方式，控制和提高油料裝備的可靠性與其他機械裝備一樣[3]，軍用油料裝備的研制需經過原理樣機、方案樣機和正式樣機試制三個階段，在研制的第一、第二階段，需要對樣機進行原理、性能和可靠性試驗，在第三階段進行樣機性能和可靠性考核試驗。通過這三個階段的研制與試驗，充分暴露樣機的可靠性問題，不斷地改進設計，提高裝備的固有可靠性。

（3）簡化設計，優選成熟、穩定的技術設計，減少裝備的復雜性，提高其基本可靠性。盡量選用可靠的零部件，簡化系統結構，減少零部件數目。另外，盡量采用簡單、成熟的技術，提高系統可靠性。

（4）降額設計。通過提高元器件和零部件的強度，降低其承受應力，即降額，來提高裝備的可靠性。比如：在設計中，對系統的重要結構件選用強度高、工藝性好的材料；選用功率大的發動機、散熱器等，使系統（發動機、泵、油罐、管線、閥等）在低于其額定載荷（功率）的條件下工作。

（5）環境適應性設計選擇能克服或抵消環境影響的設計方案和材料，把環境的影響力控制在可接受的極限范圍內。采集環境適應性技術，比如海軍油料裝備具有防海水侵蝕的技術，通用油料裝備具有高低溫適應技術、電磁兼容性技術等，使油料裝備能克服惡劣環境帶來的影響，盡量減少非正常損壞。

（6）冗余設計具有重要功能，應采用多于一種的技術途徑來完成任務，以提高油料裝備的任務可靠性和安全性，尤其對裝備系統的薄弱環節，要采取冗余設計。比如：在長距離管線輸油中，中間泵站的開設應有冗余，以保證輸油的安全性和可靠性。

3.結論

隨著軍用油料裝備復雜程度和技術含量的增加，要滿足未來作戰后勤供油保障，系統的可靠性顯得越來越重要。從裝備可靠性的影響因素中得出，油料裝備的設計技術是影響其可靠性的主要因素。從油料裝備故障分布的“浴盆曲線”規律認識到，裝備的偶然故障期是其最穩定的工作時期。通過控制重要、關鍵部件的可靠性，采取多輪樣機研制方式，降額設計、環境適應性設計、冗余設計、簡化設計、優選成熟、穩定技術，可以有效提高油料裝備的可靠性。

[1]劉振志.軍用油料裝備[M].北京：解放軍出版社，2002.

[2]李學康，任艮全.加強裝備可靠性建設的思考[J].國防大學學報（軍事裝備研究），2005，10:93～94.

[3]楊為民.可靠性、維修性、保障性總論[M].北京：國防工業出版社，1995.

[4]韓軍，張德恩，楊宏等.軍用工程機械原理與技術[M].北京：國防工業出版社，2011.

[5]周慶忠.油料裝備可靠性設計系統研究[J].解放軍后勤工程學院學報，2011，3:9～13.