船舶工程常見質(zhì)量問題的技術(shù)歸零方法

孫宏坤 張恭 毛斌峰 陳亞豪

摘? ? 要：船舶工程是一個(gè)多學(xué)科、多部件集成的復(fù)雜系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)建造過程中出現(xiàn)的質(zhì)量問題，需要開展技術(shù)和管理雙歸零工作。本文結(jié)合產(chǎn)品級(jí)、系統(tǒng)級(jí)、設(shè)備級(jí)等幾個(gè)不同層次的技術(shù)歸零案例，分析了船舶質(zhì)量事故發(fā)生后的常見技術(shù)歸零流程，給船舶科研技術(shù)人員提供一些借鑒和啟示。

關(guān)鍵詞：船舶設(shè)計(jì)；質(zhì)量歸零；技術(shù)歸零

中圖分類號(hào)：U673.2? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Technical Zeroing Methods of Common Quality

Problems of Ship Engineering

SUN Hongkun1，? ZHANG Gong2，? MAO Binfeng2，? CHEN Yahao2

（ 1.Guangzhou Bureau of Naval Equipment Department， Guangzhou 510250; 2. Guangzhou Marine Engineering Corporation，? Guangzhou 510250 ）

Abstract： Ship engineering is a multi-disciplinary and multi-component complex system. Both administrative and technical zeroing work should be done when quality problems occur during design and construction. Based on different levels of ships， systems and equipments quality problems， some technical zeroing methods are introduced as for the happening of marine quality problems， and provide some reference and experience for marine technical personnel.

Key words： ship design; quality problems zeroing; technical problems zeroing

1? ? 前言

船舶工程作為一個(gè)多學(xué)科、多系統(tǒng)、多部件集成的復(fù)雜系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、試驗(yàn)、鑒定中的每一個(gè)環(huán)節(jié)，都可能出現(xiàn)缺陷、故障和事故。在探索船舶質(zhì)量管理體系的初期，能否妥善處理產(chǎn)品的質(zhì)量問題，主要取決于個(gè)人技術(shù)水平和質(zhì)量意識(shí)的高低。單獨(dú)產(chǎn)品的歸零經(jīng)驗(yàn)，未能形成全體科研人員的共同財(cái)富[1]。從技術(shù)上和管理上分析質(zhì)量問題產(chǎn)生的原因，并采取糾正措施、預(yù)防措施，以避免問題重復(fù)發(fā)生，被稱為質(zhì)量歸零，包含技術(shù)歸零和管理歸零雙標(biāo)準(zhǔn)。

為了避免相似質(zhì)量問題重復(fù)出現(xiàn)，我國(guó)逐步提煉出一套完整質(zhì)量歸零的方法。一旦發(fā)生了質(zhì)量問題，首先應(yīng)該明確質(zhì)量歸零的牽頭單位：對(duì)于難以分清是設(shè)計(jì)問題還是生產(chǎn)問題時(shí)，由設(shè)計(jì)單位負(fù)責(zé)組織歸零；難以分清是總體問題還是系統(tǒng)問題時(shí)，由總體單位負(fù)責(zé)組織歸零；難以分清是系統(tǒng)問題還是單機(jī)問題時(shí)，由系統(tǒng)單位負(fù)責(zé)組織歸零。

本文結(jié)合船舶工程中的一些典型故障，對(duì)質(zhì)量問題的技術(shù)歸零方法進(jìn)行分析和探討。

2? ? 質(zhì)量問題產(chǎn)生的原因

船舶工程發(fā)生質(zhì)量問題的原因，主要包括：對(duì)設(shè)計(jì)任務(wù)書的理解和標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行不準(zhǔn)確；對(duì)船舶設(shè)計(jì)原理和工藝的掌握不足；對(duì)總體性能的仿真與試驗(yàn)有效性不充分；對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的識(shí)別不夠明確，工作接口的精細(xì)化程度不夠；關(guān)鍵配套產(chǎn)品的質(zhì)量管控能力不足等[2]。常見的質(zhì)量問題，涵蓋了船、機(jī)、電等各個(gè)專業(yè)，技術(shù)歸零的范圍 可以從產(chǎn)品范圍、時(shí)間范圍、流程范圍等幾個(gè)維度分別考慮，如表1所示。

本文結(jié)合產(chǎn)品級(jí)、系統(tǒng)級(jí)、設(shè)備級(jí)等三個(gè)不同層次的歸零案例，分析船舶工程質(zhì)量事故發(fā)生后的技術(shù)歸零流程。

3? ? 產(chǎn)品技術(shù)歸零的案例和方法

3.1? ?性能級(jí)的技術(shù)歸零

某型船舶在航行試驗(yàn)過程中，試航航速未能達(dá)標(biāo)。由總體設(shè)計(jì)單位牽頭歸零，對(duì)可能導(dǎo)致質(zhì)量問題的原因進(jìn)行逐一排查，其過程如下：

3.1.1故障定位

采用繪制故障樹的方法，對(duì)可能導(dǎo)致航速不達(dá)標(biāo)的原因逐一排查，見表2、圖1所示。

故障定位過程如下：

（1）排查是否總體設(shè)計(jì)原因

復(fù)查阻力試驗(yàn)報(bào)告及自航試驗(yàn)報(bào)告，發(fā)現(xiàn)阻力數(shù)據(jù)比同類型船偏低，螺旋槳螺距比偏小。通過對(duì)比軸功率測(cè)試報(bào)告，發(fā)現(xiàn)主機(jī)功率在額定轉(zhuǎn)速下功率偏小，因此總體設(shè)計(jì)可能是產(chǎn)生質(zhì)量問題的主要原因；

（2）排查主機(jī)質(zhì)量問題

查閱臺(tái)架試驗(yàn)數(shù)據(jù)正常；輪機(jī)的滑油系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)工作正常，不存在高溫報(bào)警現(xiàn)象；

（3）查閱軸系、螺旋槳等外購件

船級(jí)社證書齊全、入廠精度檢驗(yàn)合格；滑油、燃油品質(zhì)二次檢驗(yàn)合格；動(dòng)力系統(tǒng)的加工安裝工藝符合要求；螺旋槳葉片光滑完整；

（4）查閱試航過程中的水深、風(fēng)浪記錄

均在試驗(yàn)大綱允許范圍以內(nèi)。

3.1.2故障原因分析

螺旋槳是主機(jī)功率轉(zhuǎn)化為船舶推進(jìn)動(dòng)力的主要設(shè)備之一，螺旋槳設(shè)計(jì)的螺距比過大會(huì)導(dǎo)致主機(jī)超負(fù)荷運(yùn)行，而螺距比偏小則會(huì)導(dǎo)致主機(jī)功率不能有效發(fā)出。通過總體設(shè)計(jì)院所牽頭，將船模在其他水池重新開展拖曳試驗(yàn)，得到新的阻力數(shù)據(jù)較原始數(shù)據(jù)大了10%，分析認(rèn)為第一次阻力試驗(yàn)的精度不足，導(dǎo)致螺旋槳設(shè)計(jì)存在問題。

研制單位檢查了船舶動(dòng)力系統(tǒng)的完整性后，重新進(jìn)行試航。根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)，試航過程中主機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下功率負(fù)荷僅有80%，航速仍不達(dá)標(biāo)，故障現(xiàn)象復(fù)現(xiàn)。對(duì)此，總體設(shè)計(jì)院所根據(jù)新的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，重新設(shè)計(jì)并定制了一對(duì)新的螺旋槳。安裝后進(jìn)行了新一輪航行試驗(yàn)，航速達(dá)標(biāo)，主機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下功率負(fù)荷達(dá)到92%，數(shù)據(jù)合理。

查閱本船有關(guān)回轉(zhuǎn)性、耐波性等涉及性能參數(shù)的文件記錄，分析外協(xié)試驗(yàn)和仿真數(shù)據(jù)的合理性，結(jié)果與實(shí)船試航數(shù)據(jù)符合。為此，把此次螺旋槳設(shè)計(jì)的問題通報(bào)給本單位其他船舶的設(shè)計(jì)項(xiàng)目組，防止類似情況再次發(fā)生。

3.2? ?系統(tǒng)級(jí)的技術(shù)歸零

某型快艇在試航過程中，在進(jìn)行倒車試驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)主機(jī)海水壓力低報(bào)警、淡水溫度上升較快等異常現(xiàn)象，無法按試驗(yàn)大綱要求完成倒車連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)。

3.2.1故障定位

采用繪制故障樹的方法，對(duì)可能導(dǎo)海水壓力低的原因逐一排查，如圖2所示。

故障定位過程如下：

經(jīng)檢查，海底門不存在堵塞情況，海水溫度正常；打開海水箱頂部人孔蓋觀察，主機(jī)由正車轉(zhuǎn)為倒車時(shí)海水箱水位下降較快，水位最低時(shí)海水總管進(jìn)口處外露約三分之一，并且倒車時(shí)海水夾雜的氣泡較多，其中一部分氣泡進(jìn)入主機(jī)及發(fā)電機(jī)組。經(jīng)分析，主機(jī)海水壓力低報(bào)警、淡水溫度上升較快的原因，可能是冷卻海水供水不足造成的。

3.2.2? 故障原因分析

倒車時(shí)，尾部受到螺旋槳反推力，艉部吃水小于艏部吃水，船體由前進(jìn)狀態(tài)轉(zhuǎn)為倒車狀態(tài)時(shí)出現(xiàn)艉抬現(xiàn)象；海水箱位于船體中后部，當(dāng)船體由前進(jìn)狀態(tài)轉(zhuǎn)為倒車狀態(tài)時(shí)，海水箱的水會(huì)瞬間下降；海水格柵后部設(shè)有導(dǎo)流擋水板，目的為增加格柵進(jìn)水量。在倒車時(shí)擋水板變成阻水板，進(jìn)水格柵處產(chǎn)生層流現(xiàn)象，海水不能及時(shí)進(jìn)入海水箱，導(dǎo)致海水總管進(jìn)口部分外露，螺旋槳處產(chǎn)生的氣泡有一部分隨水流經(jīng)格柵處與層流所產(chǎn)生的氣泡一并進(jìn)入海水箱。因此，解決問題的關(guān)鍵在于倒車時(shí)讓水流通暢，確保足夠水量進(jìn)入海水箱，全面解決因運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)海水箱水位快速下降導(dǎo)致海水總管外露情況。

由船廠組織清理海底門、疏通海水管路，并測(cè)試海水溫度在合適范圍內(nèi)以后，進(jìn)行倒車試驗(yàn)，仍然出現(xiàn)了主機(jī)海水壓力低報(bào)警情況。

經(jīng)分析，倒車時(shí)讓水流暢通進(jìn)入海水箱是解決問題的有效措施。為此，在擋水板后面增加一長(zhǎng)約600 mm、寬約150 mm、厚6 mm的導(dǎo)流板，其一端與擋水板焊接，另一端與船體焊接，從而構(gòu)成一個(gè)三角斜面，倒車時(shí)水由三角斜面順暢進(jìn)入海水箱，不會(huì)在擋水板處被阻擋，消除層流現(xiàn)象；增加導(dǎo)流板后，由正車轉(zhuǎn)為倒車時(shí)海水總管不會(huì)露出水面，倒車時(shí)氣泡也減少，海水箱水位明顯較之前高。經(jīng)多次試驗(yàn)，由正車?yán)磷畲蟮管嚕鳈C(jī)及發(fā)電機(jī)組均能穩(wěn)定運(yùn)行，主機(jī)淡水溫度最高約78 ℃，遠(yuǎn)低于報(bào)警值91 ℃。

查閱本型艇輪機(jī)系統(tǒng)的燃油系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)、消防系統(tǒng)等設(shè)計(jì)，分析是否存在管路連接不合理、泵組閥件選型不適宜，防止在實(shí)際使用過程中低壓、高溫報(bào)警等情況頻繁發(fā)生的可能性。

3.3? ?產(chǎn)品設(shè)備級(jí)的技術(shù)歸零

某型巡邏艇在試航過程中，進(jìn)行全艇電磁兼容性檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)某短波電臺(tái)、中高頻通信設(shè)備通話時(shí)，廣播主機(jī)產(chǎn)生嚴(yán)重串音干擾，影響廣播設(shè)備正常使用。

3.3.1 故障定位

某型短波電臺(tái)與中高頻通信設(shè)備通話時(shí)，廣播產(chǎn)生嚴(yán)重串音干擾。首先需從設(shè)備自身查找原因，檢查廣播主機(jī)、短波電臺(tái)、中高頻通信設(shè)備是否能夠正常工作；如設(shè)備本身無故障問題，則需檢查各設(shè)備工作時(shí)是否兼容；如判斷為設(shè)備間產(chǎn)生電磁干擾問題，則需進(jìn)一步排查干擾的原因和途徑。

根據(jù)以上分析，列出故障樹如圖3所示。

故障定位過程如下：

（1）檢查廣播主機(jī)

其外觀良好，連接器無變形、無粘污；廣播主機(jī)、短波電臺(tái)、中高頻通信設(shè)備分別單獨(dú)開機(jī)工作，廣播設(shè)備聲音清晰，無嘯叫等異常現(xiàn)象；短波電臺(tái)話音清晰、工作正常；中高頻通信設(shè)備話音清晰、工作正常。因此，排除設(shè)備自身故障導(dǎo)致串音問題。

（2）電磁兼容分析

廣播設(shè)備開機(jī)工作后，分別使用短波電臺(tái)、中高頻通信設(shè)備通話，均產(chǎn)生串音干擾；電臺(tái)停止喊話，則串音現(xiàn)象消失。可見該問題屬于電磁兼容問題，干擾源為短波電臺(tái)、中高頻通信設(shè)備，被干擾設(shè)備為廣播設(shè)備；干擾現(xiàn)象產(chǎn)生的原因可能是被干擾設(shè)備電纜屏蔽、接地工藝問題，也可能是空間耦合干擾原因。

一般情況下，裝船設(shè)備及其電纜的良好的屏蔽、接地措施是確保設(shè)備間電磁兼容工作的重要手段。若設(shè)備或電纜的屏蔽、接地工藝措施不到位，或者隨著設(shè)備的長(zhǎng)期使用，受海上鹽霧、潮濕等惡劣環(huán)境的影響，設(shè)備及電纜絕緣、接地指標(biāo)不滿足要求，則可能出現(xiàn)電磁干擾問題，影響設(shè)備正常工作。經(jīng)測(cè)試，廣播電源端子對(duì)地絕緣電阻、天線絕緣電阻及廣播主機(jī)接地電阻均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，可排除設(shè)備及電纜屏蔽、接地工藝措施因素。

廣播設(shè)備廠家采用濾波手段，在廣播接收天線輸入端增加電感濾波器后，電臺(tái)與廣播的串?dāng)_現(xiàn)象明顯減弱。據(jù)此判斷，由于廣播天線通過空間耦合干擾，引入高頻干擾信號(hào)，導(dǎo)致廣播與短波電臺(tái)串音問題。

3.3.2故障原因分析

短波的傳播主要受電離層的影響，電臺(tái)的發(fā)射天線存在一定的方向和仰角，它在傳播過程中容易受到大氣層及阻擋物的影響，從而被廣播天線耦合進(jìn)入廣播主機(jī)，形成串音干擾，因此接收到強(qiáng)烈干擾信號(hào)時(shí)，應(yīng)盡量減輕干擾程度；廣播主機(jī)的收音機(jī)干擾問題的原因，為短波電臺(tái)、中高頻通信設(shè)備在使用過程產(chǎn)生干擾信號(hào)，干擾信號(hào)通過收音機(jī)天線耦合進(jìn)入收音機(jī)，形成信號(hào)干擾。

短波電臺(tái)、中高頻通信設(shè)備為強(qiáng)電磁能量輻射設(shè)備，在發(fā)射工作狀態(tài)會(huì)對(duì)外輻射大量電磁能量信號(hào)，而廣播接收天線作為比較敏感的接收設(shè)備，容易受到其他強(qiáng)干擾設(shè)備的電磁干擾。由于甲板空間有限，廣播接收天線通過空間耦合，接收到短波電臺(tái)高頻輻射信號(hào)產(chǎn)生的3次諧波后，其3次諧波正好落入廣播收音接收頻段，引入廣播主機(jī)，造成與短波電臺(tái)串音問題。

由總體設(shè)計(jì)院所牽頭，協(xié)調(diào)廣播設(shè)備廠家及對(duì)串?dāng)_問題進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)排查。各設(shè)備開機(jī)后，短波電臺(tái)、中高頻通信設(shè)備通話時(shí)，廣播設(shè)備出現(xiàn)串音干擾現(xiàn)象，故障現(xiàn)象復(fù)現(xiàn)；在廣播接收天線輸入端增加電感濾波器后，電臺(tái)與廣播的串?dāng)_現(xiàn)象消失，拆下電感濾波器則串?dāng)_現(xiàn)象再次出現(xiàn)。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)排查中采取的辦法，在天線輸入端兩個(gè)線分別串入50 mH、100 mH、200 mH的電感以及RC振蕩濾波電路，發(fā)現(xiàn)串入100 mH電感時(shí)濾波效果最好，廣播僅有輕微串音，基本不影響設(shè)備正常使用；通過廣播接收天線輸入端增加電感濾波器，對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行濾波隔離，提高了廣播設(shè)備抗干擾能力，將廣播天線接收到的輻射噪聲排除在接收門限外，因此有效改善了串音問題。

檢查本型艇其他通導(dǎo)設(shè)備是否存在電磁兼容性問題，將可能發(fā)生干擾的通導(dǎo)設(shè)備進(jìn)行一一分析，檢查其天線布置、線纜接地等是否符合電磁兼容性要求，并通過系泊和航行試驗(yàn)，在設(shè)備的全部工作頻率范圍內(nèi)做細(xì)致的測(cè)試，避免其他系統(tǒng)出現(xiàn)信號(hào)干擾、難以通聯(lián)的情況。

4? ? 結(jié)語

船舶作為一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，在設(shè)計(jì)建造過程中難以避免的會(huì)發(fā)生一些質(zhì)量問題，船舶科研設(shè)計(jì)人員在遇到問題時(shí)不必慌張，只要熟練掌握技術(shù)歸零的方法，通過不斷探索、實(shí)踐、檢驗(yàn)，經(jīng)驗(yàn)積淀越多就越能避免問題發(fā)生，實(shí)現(xiàn)降本增效，產(chǎn)品的可靠性也能得到顯著提高。實(shí)踐證明，船舶工程中的前期歸零工作越徹底，后期總裝、試航、鑒定階段問題就越少。

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