關于保證和提高海洋環境監測設備質量和可靠性的若干思考

趙江濤

（國家海洋技術中心，天津 300112）

海洋環境監測設備是認知海洋的手段和基礎，是建設海洋強國的重要支撐。如何保證和提高海洋環境監測設備質量和可靠性，延長海洋環境監測設備無故障工作時間、減少設備故障、降低設備維修次數，是目前海洋環境監測設備研發單位和相關從業人員面臨的重大挑戰。本文通過分析國內海洋環境監測設備現狀及存在不足，對如何保證和提高海洋環境監測設備質量水平提出了具體措施，對推動海洋環境監測設備高質量發展有借鑒意義。

1 海洋環境監測設備分類

海洋環境監測設備是指借助機械、電子、材料、信息等多學科及其交叉技術，對海洋環境進行監測、觀測、調查設備的總稱。典型海洋環境監測設備按照其工作環境和使用方式的不同，可以分為岸基/船基海洋站、海洋環境專用傳感器、投棄式海洋環境測量設備、海洋環境定點觀測平臺、海洋移動觀測平臺等類型（圖1）。

圖1 典型海洋環境監測設備分類

岸基/船基海洋站設備主要包括海洋觀測站自動監測系統、海氣邊界層觀測系統、船舶水文氣象自動系統、船載大氣波導探測系統等；海洋環境專用傳感器主要包括溫、鹽、深、浪、流、潮、風、氣溫、氣壓、濕度等氣象海洋動力參數測量和營養鹽、pH、葉綠素等生態要素在線監測傳感器等；投棄式海洋環境測量設備主要包括投棄式溫深儀（XBT）、投棄式溫鹽深儀（XCTD）、投棄式海流計(XCP)和投棄式聲速儀(XSV)等；海洋環境定點觀測平臺主要包括錨系浮標、潛標與海床基等，錨系浮標按照功能用途可劃分為水文氣象浮標、水質浮標、波浪浮標、海冰浮標、海嘯浮標、通信浮標等，潛標可分為自容式潛標、定時通信潛標和實時通信潛標；海洋移動觀測平臺主要包括自治式水下潛器（AUV）、無人遙控潛器（ROV）、無人水面艇（USV）、載人潛水器（MUV）、剖面漂流浮標（Argo）和漂流浮標等（圖2）。

圖2 典型海洋環境監測設備

2 提高海洋環境監測設備質量和可靠性的迫切需求分析

我國是一個海洋大國，海洋是我們賴以生存的“第二疆土”和“藍色糧倉”，關系著我國的諸多重大安全和發展利益。進入21世紀，海洋在國家經濟發展中的作用愈加重要，在維護國家主權、安全、發展中的地位更加突出，在生態文明建設中的角色更加顯著。黨的十九大明確要求，“堅持陸海統籌，加快建設海洋強國”，對海洋事業發展提出了更高的要求。海洋環境監測設備是認知海洋的手段和基礎，是建設海洋強國的重要支撐。海洋科學研究、海洋資源開發、海洋防災減災和海洋權益維護均對高質量海洋環境監測設備提出了迫切需求，海洋技術裝備的發展受到了廣泛關注。

海洋環境監測設備在實際使用中，長期暴露在海洋大氣環境中，會經受海上高低溫、日照、高濕、鹽霧、振動、搖擺、沖擊等惡劣環境條件的考驗，尤其是極地、大洋、深海儀器設備，要經受一種或多種極寒、狂風、巨浪、大深度壓力、化學腐蝕等條件的多重考驗。錯綜復雜惡劣的海洋環境可能會導致海洋環境監測設備材料的老化、結構的損壞、性能的降低或功能的喪失。另一方面，大部分海洋環境監測設備受所處工作環境的影響使得其布放回收、維修維護難度大、耗時長、費用高。綜上，海洋環境監測設備惡劣的工作環境和運維方式，對海洋環境監測設備裝備的環境適應性、穩定性、可靠性等質量特性提出了近乎苛刻的要求。

3 典型海洋環境監測設備國內現狀及存在問題

經過30年的發展，我國在海洋環境監測設備裝備研發方面，突破了一批核心關鍵技術，研發了一批儀器設備，打破了國外壟斷，填補了國內的空白，部分海洋環境監測設備實現了產品化生產和規模化應用，并已逐步替代進口設備。但是，部分高端海洋環境監測設備仍然嚴重依賴進口，設備的穩定性和可靠性有待進一步提升，總體水平與國際先進水平相比仍存在一定的差距。現就國內典型海洋環境監測設備現狀及存在問題分析如下。

我國海洋站技術裝備相對成熟，得到了廣泛應用，形成了業務化海洋環境觀測能力。目前，國產海洋站設備所搭載的部分測量傳感器（如氣壓、表皮溫等）仍依賴進口，相關配套國產傳感器在耐用性和穩定性上仍需進一步提升。

我國在海洋環境專用傳感器領域形成了系列化的儀器設備，部分傳感器在性能上已經達到了國際先進水平，尤其是代表該領域最高技術水平的高精度大深度CTD剖面測量儀，初步實現了產品化開發，打破了國外壟斷。目前，國產設備應用數量較少，還沒形成口碑效應，其長期穩定性和可靠性還有待在實際應用中進一步驗證。

自“九五”以來，我國在投棄式海洋環境測量裝備領域取得了良好進展，研發了系列化的船載、機載投棄式測量設備，其中XBT、XCTD已經完成了產品化研制并逐步替代了國外同類型產品。XSV、XCP等投棄式設備實現了關鍵技術突破，但仍需在海上應用試驗中不斷改進，逐步提高可靠性和成功率。

我國在浮標、潛標、海床基等技術裝備領域取得了良好進展，先后研制了多種型號和不同功能的錨系浮標、自容式潛標和淺海海床基設備，部分浮標實現了業務化運行，定時傳輸和實時傳輸潛標也已突破關鍵技術。但是，目前部分深遠海浮標、潛標和海床基系統的可靠性和穩定性與國外先進水平存在一定差距，所搭載的部分設備（如傳感器、聲學釋放器）還依賴進口。

近年來，我國移動式觀測平臺取得了良好進展并呈現多樣化發展趨勢，研制了多種型號的自治式水下潛器、無人水面艇、載人潛水器、剖面浮標（Argo）和漂流浮標等設備，部分設備與世界先進水平接近，但總體上仍然落后于世界發達國家同類產品。

4 保證和提高海洋環境監測設備質量和可靠性的若干思考

4.1 將質量管理體系要求融入海洋環境監測設備研制生產全壽命周期

適宜且高效的質量管理體系不僅能夠保證和提高一個單位產品的質量，而且有助于提高單位的核心競爭力。為保證海洋環境監測設備的質量和可靠性，各設備研制生產單位應充分認識質量管理體系的重要作用，根據自身特色和實際情況建立適宜自身發展的質量管理體系。在科研生產工作開展和質量管理體系運行過程中，加強質量管理體系文件宣貫、培訓，增強全員質量意識，將質量管理體系要求貫穿海洋環境監測設備立項論證、研制、生產以及售后服務的全壽命周期。此外，要充分發揮內審、外審在質量管理體系中的監督促進作用，加強質量管理體系年度管理評審力度，對發現的問題采取糾正措施，形成自我完善和自我改進的機制，確保質量管理體系高效運行和持續改進。

4.2 重視立項論證、優化設計，加強試驗驗證，提升設備研制階段質量

在設備研制或改進研制前，設備研發單位應充分調研設備現狀和用戶使用需求，系統論證設備的功能性能指標，形成研制任務書。設計研發是海洋環境監測設備質量形成的源頭。合適的材料是海洋環境監測設備質量的首要保證，在材料選擇時，要綜合考慮設計要求、技術可行性和經濟成本，首選耐老化、抗腐蝕、抗沖擊的材料。在結構設計和工藝防護方面，要遵循環境適應性和可靠性等質量特性設計準則，優化結構設計、加強工藝防護，確保設備能夠很好地保護其內部電子元器件。在海洋環境監測設備前期設計、材料選型、零部組件加工制造、系統集成等研發環節，要盡早、盡多地開展實驗室試驗、湖試或海試來暴露相關問題、驗證相關指標，對試驗中暴露的相關問題進行改進，經過“試驗-改進-再試驗-再改進”的設備改進過程，不斷完善設備性能、提高設備質量。

4.3 加強海上試驗考核和“研制轉生產”評審，固化技術和工藝狀態

海上試驗是海洋環境監測設備考核驗收的必要條件。海洋環境監測設備完成研制階段主體工作后，務必通過科學嚴謹、程序規范的海上試驗來檢驗和評價其是否達到了研制任務書中規定的指標要求。海洋環境監測設備通過海上試驗考核驗收后，設備研發單位應針對不同設備的技術特點，編制可指導批量生產的生產、測試、試驗等工藝文件以及相應的檢驗規范，逐步固化設備生產技術狀態和工藝狀態，為批量生產能力的形成做好準備。設備轉入生產階段前，設備研制單位應組織專家開展“研制轉生產”評審，對設備后續批量生產工藝和生產條件進行審查，對設備是否可從研制階段轉入批量生產階段進行綜合評價，確保所研制的設備技術狀態已凍結，確保形成的圖樣和工藝文件可以指導以后生產和驗收。

4.4 加強生產過程控制和試驗檢驗監督，確保設備生產階段質量

海洋環境監測設備質量是在研發過程中確定、在生產過程中形成的。為保證海洋環境監測設備質量，在生產過程中要嚴格按照作業指導書、工藝手冊等工藝文件進行零部組件的加工制造、軟件的注入和整機的裝配調試，切不可隨意更改設備技術狀態；加強關重件以及關鍵過程、特殊過程的質量控制，保留相關生產過程記錄；加強對外購器材的質量控制，在合格供方名錄內選擇關鍵件、重要件等外購器材供貨廠家，確保外購器材質量穩定可靠。生產過程中的檢驗試驗是保證海洋環境監測設備質量形成的重要環節。要加強生產過程中的檢驗試驗的監督管理，按照配套采購產品檢驗細則、關重件檢驗細則、過程（工序）檢驗細則和最終出廠檢驗細則等檢驗規范要求進行檢驗。各類試驗檢驗應有專（兼）職質檢員參與并進行監督，確保試驗檢驗項目完整齊全、操作正確可行，在試驗中要真實、完整地記錄相關數據，及時分析和處理質量問題，保障設備的最終質量。

4.5 以用戶為關注焦點，重視設備交付后服務，不斷提升設備質量

用戶是海洋環境監測設備的最終使用者，是設備研發單位生存和發展的基礎。做好海洋環境監測設備交付后的技術服務，是確保用戶滿意和提升設備質量的重要環節。各設備研發單位要以顧客為關注焦點，建立健全售后服務保障機制，做好設備交付后服務保障工作。設備交付時，設備研發單位應編制培訓教材，為用戶單位提供設備使用和技術培訓，減少以后因人為失誤造成的設備故障。設備交付后，設備研發單位除按要求到用戶單位進行現場技術服務外，還應定期或不定期地前往用戶單位進行質量外訪，了解設備使用情況，征求用戶單位意見，收集、歸類、分析、研究設備使用過程中出現的故障信息，提出明確的改進意見并及時進行解決，不斷提高設備質量。

5 結語

近年來，我國在海洋環境監測設備研發方面取得了良好的進展，但是，國產設備在可靠性和穩定性方面與國外先進水平還存在一定差距。高質量水平的海洋環境監測設備是建設海洋強國的重要支撐手段，采取有效措施提升海洋環境監測設備質量和可靠性是十分必要且重要的。提高國產海洋環境監測設備的質量和可靠性是一個長期而艱巨的工作，需要設備研發機構和設備用戶單位通力合作，在設備立項論證、研制、生產及使用過程中采取相應措施保證和提高其質量和可靠性水平，并以此推動我國海洋事業的發展。