提高艦船裝備可靠性的對策研究

陳公昌

摘要：本文通過對艦船裝備可靠性要求的重要性分析，提出了系統(tǒng)不能滿足可靠性要求的五個(gè)可能的重要原因，相應(yīng)的，文章分別從這五個(gè)方面探討了如何提高可靠性的問題。

關(guān)鍵詞：艦船裝備；可靠性；對策研究

Abstract: This paper anlysizes the importance of reliability for ship equipment and dicusses five probable reasons for which a system do not meet the requiment of reliability. Finally, this paper puts forward suggestions how to improve the reliability of ship equipment.

Key words: Ship equipment;Reliability;Countermeasures

隨著艦船裝備系統(tǒng)性能越來越強(qiáng)大，其復(fù)雜性也大大增加，由于現(xiàn)代大型裝備系統(tǒng)各種零部件復(fù)雜繁多，若要使系統(tǒng)正常而穩(wěn)定的工作，發(fā)揮最大的作戰(zhàn)效能，系統(tǒng)的可靠性就顯的越來越重要。達(dá)不到可靠性要求會(huì)降低系統(tǒng)的任務(wù)效能，會(huì)增加系統(tǒng)壽命周期內(nèi)大量甚至難以預(yù)測的額外使用和保障費(fèi)用。然而，由于項(xiàng)目進(jìn)度的要求或系統(tǒng)復(fù)雜程度的影響，經(jīng)常出現(xiàn)裝備系統(tǒng)不能滿足其可靠性要求的情況。一般來說系統(tǒng)不能滿足可靠性要求的原因有很多，導(dǎo)致其重復(fù)發(fā)生的主要原因有五個(gè)：①研制過程早期可靠性設(shè)計(jì)不夠；②底層次的試驗(yàn)不充分；③主要依靠預(yù)計(jì)而不是依靠進(jìn)行工程設(shè)計(jì)分析；④缺乏對所采用的現(xiàn)成設(shè)備的工程分析；⑤對提高可靠性缺乏有效的激勵(lì)措施。本文從注重設(shè)計(jì)、底層試驗(yàn)、進(jìn)行相應(yīng)的分析、對現(xiàn)成設(shè)備進(jìn)行評估和對可靠性提出激勵(lì)等五個(gè)方面來探討如何提高可靠性的問題。

1加強(qiáng)研制過程早期的可靠性設(shè)計(jì)工作

研制和總體單位要對系統(tǒng)、分系統(tǒng)或部件所處的作戰(zhàn)使用環(huán)境有一個(gè)充分、全面的理解和認(rèn)識(shí)，并在可靠性分配時(shí)確保供貨方也對此有充分的理解和認(rèn)識(shí)。有了這種深刻的認(rèn)識(shí)為基礎(chǔ)，在研制過程早期就可發(fā)現(xiàn)并排除許多潛在的失效，另外，應(yīng)該最大程度的利用現(xiàn)有的外場試驗(yàn)結(jié)果來支持失效分析工作。

排除失效的工作需要采用多種技術(shù)方法和手段，包括做熱分析和振動(dòng)分析等，以研究潛在的失效機(jī)理和失效部位。這些分析經(jīng)常用到疲勞分析工具、有限元模型、動(dòng)態(tài)仿真、熱傳導(dǎo)分析和其他工程分析模型。目前，工業(yè)部門、科研單位和有些政府單位已經(jīng)用大量成熟的工程工具和試驗(yàn)方法來進(jìn)行該類試驗(yàn)，尤其在民用領(lǐng)域。如果設(shè)計(jì)低劣的部件進(jìn)入系統(tǒng)級(jí)的研制試驗(yàn)、使用試驗(yàn)，甚至更高層次的試驗(yàn)，諸如一些電路板因設(shè)計(jì)和安裝的問題，出現(xiàn)類似元件和導(dǎo)線間應(yīng)力過大的問題，這類問題在設(shè)計(jì)過程早期花費(fèi)很少的經(jīng)費(fèi)進(jìn)行工程分析就可發(fā)現(xiàn)，而進(jìn)一步去糾正發(fā)現(xiàn)的問題也只需要再多花更少的經(jīng)費(fèi)，而不過沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)的話，面臨的將可能是付出上百萬經(jīng)費(fèi)的代價(jià)進(jìn)行后續(xù)的補(bǔ)救。

2注重進(jìn)行較底層次的試驗(yàn)

元器件級(jí)的底層次試驗(yàn)，如高加速度壽命試驗(yàn)和高加速環(huán)境應(yīng)力篩選等試驗(yàn)項(xiàng)目，對于早期檢測失效和識(shí)別設(shè)計(jì)缺陷極為重要，因此要鼓勵(lì)多進(jìn)行這種以工程和失效機(jī)理分析為基礎(chǔ)的試驗(yàn)。如果對有些項(xiàng)目沒有或只對一小部分部件進(jìn)行了試驗(yàn)，或者只是對經(jīng)過分析認(rèn)為比較關(guān)鍵的部件進(jìn)行了試驗(yàn)，這雖然減少了開支，但是也留下了后患。其實(shí)，這種試驗(yàn)一般都是比較經(jīng)濟(jì)的，可是一旦出現(xiàn)縮減預(yù)算情況時(shí)，它們卻是首當(dāng)其沖被砍掉的。如果設(shè)備沒有經(jīng)過這種早期試驗(yàn)，以便發(fā)現(xiàn)問題并在設(shè)備開發(fā)早期進(jìn)行設(shè)計(jì)，那么后面就極有可能導(dǎo)致不可預(yù)見的問題，造成重大的進(jìn)度拖延和使用保障費(fèi)用的增加。另外，應(yīng)該盡可能的盡早將用戶納入試驗(yàn)和研制過程，這可以避免影響用戶使用的問題出現(xiàn)。此外，要重視研制試驗(yàn)，研制試驗(yàn)是上一層次糾正遺留問題和提高系統(tǒng)研制成功概率的最后一個(gè)機(jī)會(huì)。如果一個(gè)系統(tǒng)達(dá)到了研制試驗(yàn)的可靠性要求，那么就會(huì)有60%的概率符合使用試驗(yàn)的可靠性要求。一個(gè)研制項(xiàng)目的重大挫折經(jīng)常發(fā)生在試驗(yàn)受進(jìn)度或成本制約而減少或取消的時(shí)候。研制試驗(yàn)不僅對確保系統(tǒng)可靠性是必要的，而且可以降低使用試驗(yàn)過程中達(dá)不到可靠性要求的風(fēng)險(xiǎn)，不充分的研制試驗(yàn)方案經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)失效。

早期的底層試驗(yàn)加上有針對性的較高層次試驗(yàn)，是產(chǎn)生高可靠性產(chǎn)品的關(guān)鍵。如果沒有對大部分或所有關(guān)鍵裝配件的全面的較底層次試驗(yàn)，沒有重大集成綜合和研制試驗(yàn)，就幾乎沒有可能實(shí)現(xiàn)高水平的可靠性。

3在項(xiàng)目中多進(jìn)行精確的工程設(shè)計(jì)分析，減少使用可靠性預(yù)計(jì)

現(xiàn)在很多裝備和項(xiàng)目，如果需要了解可靠性工作情況時(shí)，我們看到的往往是一套系統(tǒng)或子系統(tǒng)的可靠性預(yù)計(jì)結(jié)果，但是，可靠性預(yù)計(jì)與產(chǎn)品的實(shí)際可靠性畢竟不會(huì)完全一致的。很多情況下，給出預(yù)計(jì)結(jié)果的人可能并不在研究設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)中。一直以來，設(shè)計(jì)單位注重預(yù)計(jì)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)，而不注重如何在設(shè)計(jì)過程中盡量消除失效，這極大的限制了生產(chǎn)出高可靠性產(chǎn)品的能力。另外，在某些情況下，在研制試驗(yàn)中，將預(yù)計(jì)結(jié)果作為回避對合同規(guī)范進(jìn)行驗(yàn)證的一種手段，導(dǎo)致不能符合使用試驗(yàn)要求。高可靠性不是通過可靠性預(yù)計(jì)就能獲得的。

大部分人想到可靠性模型時(shí)，都會(huì)想到可靠性預(yù)計(jì)、可靠性框圖、失效模式影響與危害性分析、故障樹和可靠性增長等工具，當(dāng)然，產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中采用上述工具以提高其可靠性是十分必要的。然而，最重要和最基本的可靠性工具是結(jié)構(gòu)、熱、疲勞、故障機(jī)理和振動(dòng)模型，設(shè)計(jì)單位使用他們來確保拿出無故障工作時(shí)間足夠長的產(chǎn)品。承制單位要經(jīng)常進(jìn)行熱分析和振動(dòng)分析，研究潛在的失效機(jī)理和失效部位。當(dāng)系統(tǒng)的可靠性工作的重點(diǎn)放在可靠性預(yù)計(jì)上時(shí)，很有可能會(huì)導(dǎo)致不確定的結(jié)果。

4對系統(tǒng)中采用的現(xiàn)成設(shè)備和部件進(jìn)行可靠性工程分析

現(xiàn)成的民用設(shè)備為提高可靠性、減少成本和采用最新技術(shù)提供了很大的機(jī)會(huì)。然而，現(xiàn)成的民用設(shè)備并不意味著我們要摒棄工程分析和早期試驗(yàn)。在許多場合，我們會(huì)聽到這樣一句話“那個(gè)設(shè)備是現(xiàn)成的產(chǎn)品，其可靠性就那樣了”。這種認(rèn)識(shí)是十分片面的。熱、振動(dòng)、疲勞和失效機(jī)理建模，以及早期的加速試驗(yàn)，可以量化和最大限度降低現(xiàn)成民用設(shè)備在軍事使用環(huán)境中失效的幾率，畢竟軍用裝備有其特殊、嚴(yán)酷的使用環(huán)境。哪怕進(jìn)行相對簡單的振動(dòng)和熱分析也可以檢測出大部分潛在的故障。而如果不充分進(jìn)行早期分析，導(dǎo)致的損失也可能是巨大的。此外，在采用現(xiàn)成民用部件時(shí)前，也應(yīng)該進(jìn)行嚴(yán)格和高標(biāo)準(zhǔn)的可靠性分配工作。

5在項(xiàng)目要求中明確激勵(lì)措施，提高承制單位對產(chǎn)品可靠性工作的投入力度和積極性

通常情況下，即使可靠性要求在技術(shù)規(guī)格書或規(guī)范中作了明確要求，裝備承制單位和設(shè)備廠也沒有太高的積極性來提高產(chǎn)品的可靠性，因?yàn)檠b備承制單位經(jīng)常不得不以低價(jià)投標(biāo)來增強(qiáng)其競爭力。在他們調(diào)整其項(xiàng)目時(shí)，可靠性通常是首先被去掉的。更有甚者，對裝備承制單位特別是設(shè)備廠來說，不可靠的設(shè)備會(huì)導(dǎo)致部隊(duì)大量采購維修備件，從而從后續(xù)補(bǔ)充備件中獲得很大利潤。除非采用一定的方式激發(fā)裝備承制單位提高產(chǎn)品可靠性的積極性，否則盡管裝備承制單位有足夠的提高設(shè)備可靠性的技術(shù)能力，我們將會(huì)眼睜睜的將可靠性水平遠(yuǎn)低于民用消費(fèi)品的裝備投入戰(zhàn)場。

6結(jié)論

據(jù)估算，使用和保障費(fèi)用占了裝備系統(tǒng)整個(gè)壽命周期費(fèi)用的60%，提高可靠性直接影響到大部分的使用和保障費(fèi)用。在一個(gè)重大系統(tǒng)的整個(gè)壽命周期內(nèi)，適度的提高可靠性可以節(jié)省大量的維護(hù)保障費(fèi)用。許多人認(rèn)為高水平的可靠性必須花高價(jià)才能取得，這種認(rèn)識(shí)基于這樣一種概念：只有昂貴的軍用的部件和頂級(jí)的材料才具有高可靠性水平，更高的可靠性等同于增加試驗(yàn)次數(shù)和延遲項(xiàng)目進(jìn)度。我們必須改變這種觀念。當(dāng)把各種可靠性試驗(yàn)和改進(jìn)技術(shù)作為裝備設(shè)計(jì)和研制過程的一個(gè)組成部分時(shí)，就能得到良好性價(jià)比的高可靠性的裝備。另一方面，通過對如何提高可靠性問題的探討，從觀念和意識(shí)上，對如何提高和保證民用船舶設(shè)備質(zhì)量和可靠性有一定的借鑒作用。

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