基于真實環境和工作剖面的可靠性試驗

劉仁棟

（海軍駐昆明地區辦事處，昆明 650051）

基于真實環境和工作剖面的可靠性試驗

劉仁棟

（海軍駐昆明地區辦事處，昆明 650051）

文章闡述了設備可靠性試驗類型劃分、試驗方案制定、試驗方法選取內容，說明了基于真實環境和工作剖面的測試和綜合分析，合理準確地制定試驗應力剖面和采取行之有效的試驗手段和方法，是有效開展可靠性試驗的基礎。針對目前試驗條件和手段受限的影響因素，提出了突破制約設備可靠性試驗瓶頸的建議。

可靠性試驗；應力；剖面

0 引言

隨著技術日新月異的發展，船舶設備不斷改進以及更新換代，由于產品研發時間短，受各種條件所限，勢必會帶來如產品的穩定性和可靠性問題，如產品雖然性能優，但由于受嚴酷環境的實際影響，如受高溫影響，器件易熱老化，絕緣失效，電性能降低；受低溫影響，潤滑劑喪失潤滑特性，電性能降低，橡膠、聚砜等非金屬材料脆裂；受高濕影響，物理性能、絕緣電阻、力學性能下降；受鹽霧、海水浸濕后會引起機械強度和電性能降低，表面變質，破壞非金屬材料的機械強度；受使用過程的沖擊影響和運輸過程的振動，機械或電器結構松動；船舶用設備受波浪、船上主機影響會產生沖擊、振動甚至發生共振，引起設備疲勞、參數漂移、結構破壞。總之，產品的可靠性和穩定性在船舶行業中日益凸顯。

各種船舶設備的運輸、貯存、裝載和使用狀態各有不同。因此，了解和掌握當今船舶設備在全壽命周期內運輸、貯存、裝載、使用、維修任務中的溫濕度、振動和沖擊環境數據，研究新型船舶設備的可靠性指標體系的考核，制定準確可行的可靠性試驗應力剖面，開展有效的可靠性試驗是目前擺在船舶設備方面一項重要工作，這就要求考慮船舶設備在全壽命周期內的各項使命要求，研究、測試、分析相關應力情況，建立數據庫，為新型船舶設備可靠性試驗合理正確地制定有效應力剖面提供決策依據，同步研究可靠性試驗方法和手段，開展有效的可靠性試驗驗證，確保船舶設備質量穩定和可靠。

2 基于實際應力剖面的可靠性試驗策劃

2.1 應力剖面簡析

應力剖面分為壽命剖面、任務剖面、環境剖面和試驗剖面。

壽命剖面涉及壽命期內運輸、貯存、裝載、試驗與檢驗、備用與等待狀態。

任務剖面是確定船舶設備在壽命期內可能遇到的環境條件的基礎。任務剖面在不同階段一種設備可執行一項或多項任務，任務剖面可以有一個或多個。

試驗剖面是考慮了任務剖面以外的環境條件，對執行一種任務的設備，試驗剖面與環境剖面和任務剖面之間是一 一對應關系，對用于執行多項任務的設備則應按照一定的規律將多個試驗剖面合并為一個綜合試驗剖面。

2.2 基于實際應力剖面

要實施有效的可靠性試驗，無論是可靠性增長試驗、可靠性摸底試驗、可靠性強化試驗還是可靠性鑒定和驗收試驗，合理準確地制定應力剖面是可靠性試驗策劃的關鍵。可靠性試驗應力剖面的制定只有基于實際壽命剖面、任務剖面和環境剖面進行綜合分析，才能有效地進行可靠性試驗。

首先，應根據船舶設備交付時的運輸方式的不同，如火車、汽車、或者飛機裝載運輸，裝船過程的中轉、吊運，獲取上述過程中的溫度、濕度、振動、沖擊數據。其次，根據船舶設備的試驗和使用需求的不同海域地區的貯存情況（庫房、裝船前的地溫、濕度情況，船舶的溫濕度、振動、沖擊情況），獲取上述相關數據。同時，還要考慮船舶設備在船舶裝載，如濕擱置、干擱置工況下的環境溫濕度、振動和沖擊情況，獲取上述相關數據。最重要的是考慮船舶設備在使用時的溫度、振動和沖擊以及實航時的工作溫度、振動、沖擊等數據。

基于上述數據，根據各型船舶設備的可靠性指標要求綜合分析，進行應力剖面和試驗方法的制定也是可靠性試驗的最關鍵工作。

3 加強逼真模擬真實環境應力研究，確保試驗有效

船舶設備可靠性試驗按試驗環境可分為實際環境下的可靠性試驗、模擬真實環境可靠性試驗以及實驗室可靠性試驗，按應力可分為可靠性常規應力試驗及加速壽命強化應力試驗，按其作用可分為可靠性增長試驗、可靠性摸底試驗、可靠性鑒定和驗收試驗。

目前，船舶設備可靠性試驗是在電應力、溫度、濕度、振動、沖擊等綜合應力和其他有關試驗條件下進行的，這些試驗條件的量值制定需要綜合考慮任務剖面和環境剖面，為了盡量逼真地模擬設備在使用中遇到的實際環境，應優先使用實際遇到的實際測量應力（特別是溫度、濕度、振動和沖擊），在無實測應力條件下也可使用估計先驗數據。

電應力一般為交流供電電壓額定值的±10%，額定電壓占通電時間的50%，上下限電壓各占通電時間的25%；振動應力的制定需根據實測運輸過程和使用過程中所受到的振動應力和運行一次典型操作所需時間數據進行確定；濕度應力根據實測貯存、運輸、裝載過程地域環境濕度和時間制定，使用過程濕度采取浸泡方式；溫度應力的制定根據實測貯存、工作溫度和時間制定；沖擊應力和振動應力根據實測運輸、使用前后與實航使用過程受到的沖擊應力和運行一次典型操作所需的時間數據進行確定。上述應力的工作循環周期運行一次典型操作所需時間的一倍至幾倍，一半可以為4 h、8 h、16 h為一個循環，或24 h連續工作。

應力剖面圖形的繪制應綜合考慮任務剖面和環境剖面，也可以根據考核目的不同和運行操作的不同情況進行綜合考慮，進行綜合操作可靠性試驗或專項操作可靠性試驗應力剖面制定。應力剖面制定的準確與否關系到試驗的有效性。

4 試驗條件及方案制定好壞是試驗成功的關鍵

可靠性試驗最好的方法是能在真實環境下對壽命周期可能出現的任務剖面進行全面考核，也就是涵蓋壽命剖面、環境剖面及任務剖面的考核，但由于可靠性試驗費時費錢，且由于樣本資源少，時間進度要求緊，至定型批產后，既沒有時間又受諸多因素的制約，不能完全實現，因此研究和采用正確又恰當的試驗方案和試驗方法不僅為產品可靠性水平的驗證提供充分依據，而且有利于資源的節約。

設備在壽命周期內處于運輸、貯存、使用、備用與等待狀態，涉及貯存可靠度、裝載可靠度、使用可靠度、壽命、抗振動能力、抗沖擊能力要求，環境適應性要求，這些都是影響產品性能穩定可靠的重要因素。因此，如何有效地在設備部署之前對相關指標進行充分驗證和考核是重要的任務。

設備進行運輸、貯存、裝載等任務受到溫度、濕度應力，進行運輸、裝載、備用與等待任務受到電應力，溫度、濕度應力，振動、沖擊應力，因此，其貯存可靠度、裝載可靠度、壽命、抗振動能力、抗沖擊能力要求都可以在國內現有的綜合應力試驗室，通過對壽命剖面、環境剖面及任務剖面進行分析，研究試驗方案，制定試驗剖面，施加相對應條件下的常規或加速的強化綜合應力，通過時間循環考核，對其可靠性進行考核。

目前船舶設備使用可靠度試驗均采用模擬真實環境的湖上以及真實環境的試驗進行，雖然是在真實環境下，每次試驗由于其任務剖面、運行操作時間的不同，試驗水域的不同等等，均會影響可靠度考核與評估的全面和充分性，不能達到貼近真實環境下的試驗結果。因此，試驗室的考核不失為一種相對見效快、耗費低的好方法。如何能達到模擬真實船舶設備使用的狀態也是當今急迫任務，然而目前的綜合應力試驗條件與船舶設備實際環境的差異性較大，船舶設備在水介質工作的特殊試驗環境，為船舶設備的散熱提供了良好的條件。現有的綜合應力試驗方法和設備不太適用利用殼體散熱的船舶設備。當前在各類可靠性鑒定試驗要求中溫度應力循環考核是一項重要的考核項目，然而考核結果不能完全充分地反應其真實的可靠性。

綜上所述，可靠性試驗方案的制定應基于各型船舶設備在其壽命剖面、不同環境剖面和任務剖面中的實際應力情況，不應千篇一律遵循某一特定的要求，且實際應力情況要有充分數據。因此，有針對性地收集測試在研型號、現有型號或以往相似型號船舶設備壽命期內的運輸、存貯和使用等狀態下、各種環境條件下的應力數據，是進行可靠性試驗的一項關鍵工作。如何正確采取可靠性試驗方法和研發適合船舶設備的可靠性設施是進行船舶設備可靠性試驗的又一項關鍵工作。

5 結論

曾經嘗試首次在船舶設備領域開展全產品綜合應力摸底試驗，不僅為該型產品后續試驗提供了經驗，也為其他船舶設備的試驗提供了很好的借鑒作用，意義重大。

船舶設備可靠性試驗是一項龐大的、系統性的長遠工作，通過試驗也充分認識到船舶設備可靠性試驗方案和試驗方法受限于目前諸多因素的影響。要突破制約船舶設備可靠性試驗的瓶頸，需要有足夠的時間、人力、物力和財力作為支撐。需要上級領導和各級人員的重視，積極開展船舶設備全壽命周期的各種任務剖面下、環境條件下的應力測試分析、研究，提出適宜的船舶設備試驗應力剖面，同步開展可靠性試驗方法研究、試驗條件和設施的研發，進行試驗評估方法研究，進一步提高可靠性試驗的有效性，保證船舶設備性能穩定可靠。

[1] 中國船舶重工集團公司.艦船可靠性工作指南[S]//《艦船可靠性工程指南》編委會. 北京：2006.

[2] 曾聲奎. 可靠性設計與分析[M]. 北京: 國防工業出版社. 2014.

[3] 王曉紅. 可靠性試驗技術[M]. 北京: 北京航空航天大學出版社. 2012.

Reliability Test Based on Real Environment and Working Profile

LIU Rendong

(Naval Forces in Kunming Area Office, Kunming 650051, China)

The paper describes the types of equipment reliability test, test program establishment and selecting content of test method. The test and comprehensive analysis based on the real environment and working profile are described. The reasonable and accurate establishment of test stress profiles and effective means and methods are the basis for effective reliability tests. For the factors that affect the current test conditions and limited means, recommendations are proposed to break through the bottleneck restricting equipment reliability.

reliability test; stress; profile

U661.7

A

10.14141/j.31-1981.2017.03.012

劉仁棟（1991—），男，助理工程師，研究方向：設備管理。