油料裝備可靠性設(shè)計(jì)分析

文/袁家安 萬書海 張德印

油料裝備是現(xiàn)代戰(zhàn)爭后勤保障的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，是實(shí)施油料儲存、送輸、加注、檢測、維修的專用設(shè)備和工具，是實(shí)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(tǒng)是后勤部隊(duì)執(zhí)行油料補(bǔ)給任務(wù)的重要保證。

隨著軍用油料裝備復(fù)雜程度和技術(shù)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(xiàn)代戰(zhàn)爭的作戰(zhàn)空間廣闊、作戰(zhàn)進(jìn)程快速、作戰(zhàn)方法多樣，對油料保障裝備的可靠性提出了更高、更嚴(yán)的要求[2]。同時(shí)，可靠性對軍用油料裝備的使用性能、作戰(zhàn)適應(yīng)性和壽命周期費(fèi)用有著越來越重要的影響，已成為油料裝備設(shè)計(jì)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(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)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(shè)計(jì)、制造中賦予的，是裝備的一種固有特性，它與裝備的材料、設(shè)計(jì)與制造工藝及檢驗(yàn)精度有關(guān)。固有可靠性又分為基本可靠性和任務(wù)可靠性，基本可靠性是指在規(guī)定的條件下、規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，無故障工作的能力，它反映裝備對維修資源的要求，其指標(biāo)一般用評價(jià)故障間隔時(shí)間表示；任務(wù)可靠性是指裝備在規(guī)定的任務(wù)剖面內(nèi)完成規(guī)定功能的能力，它反映裝備完成規(guī)定任務(wù)的能力，在任務(wù)期間內(nèi)裝備是不可維修的，其指標(biāo)一般用可靠度來表示。使用可靠性是裝備在實(shí)際使用過程中表現(xiàn)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(jì)劃的任務(wù)環(huán)境中使用的可靠性水平。裝備在整個(gè)壽命周期內(nèi)，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(shè)計(jì)技術(shù)。

表1 裝備壽命周期內(nèi)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(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)到故障狀態(tài)過程中，故障隨著時(shí)間變化的一些特性和手段，包括故障發(fā)生的條件、規(guī)律，防止、消除和控制故障發(fā)生的技術(shù)與管理措施。油料裝備故障是指裝備不能完成預(yù)定功能任務(wù)的事件或狀態(tài)，可分為關(guān)聯(lián)故障和非關(guān)聯(lián)故障兩類。關(guān)聯(lián)故障是指完全或部分與產(chǎn)品自身缺陷有關(guān)的故障，包括設(shè)計(jì)缺陷、制造、裝配、調(diào)試缺陷等造成的故障；非關(guān)聯(lián)故障主要是指未按規(guī)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(guī)律[4]。

從圖1中可見，油料裝備在使用初期，由于設(shè)計(jì)、制造缺陷和使用環(huán)境不適應(yīng)，故障率一般很高，經(jīng)過一段磨合時(shí)間后，故障率逐步降低，并趨于平穩(wěn)。偶然故障期是裝備的穩(wěn)定工作時(shí)期，決定了裝備的使用壽命。隨著機(jī)械磨損以及零部件的老化，裝備進(jìn)入磨損故障期，隨著時(shí)間推移，故障率將不斷增加，使用經(jīng)濟(jì)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(shè)計(jì)策略

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，油料裝備逐步向標(biāo)準(zhǔn)化、單元化和集成化方向發(fā)展，對其可靠性的設(shè)計(jì)要求也越來越高[5]。為提高油料裝備的可靠性，在設(shè)計(jì)階段需采用如下策略。

（1）控制重要、關(guān)鍵部件的可靠性對于軍用油料裝備中的發(fā)動機(jī)、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(jìn)行性能和可靠性試驗(yàn)。對于一些關(guān)鍵技術(shù)，在研制型號前要開展預(yù)先研究、專題科研等方法，控制減少型號研制的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，以此來提高關(guān)鍵部件和系統(tǒng)的可靠性。

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

（3）簡化設(shè)計(jì)，優(yōu)選成熟、穩(wěn)定的技術(shù)設(shè)計(jì)，減少裝備的復(fù)雜性，提高其基本可靠性。盡量選用可靠的零部件，簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，減少零部件數(shù)目。另外，盡量采用簡單、成熟的技術(shù)，提高系統(tǒng)可靠性。

（4）降額設(shè)計(jì)。通過提高元器件和零部件的強(qiáng)度，降低其承受應(yīng)力，即降額，來提高裝備的可靠性。比如：在設(shè)計(jì)中，對系統(tǒng)的重要結(jié)構(gòu)件選用強(qiáng)度高、工藝性好的材料；選用功率大的發(fā)動機(jī)、散熱器等，使系統(tǒng)（發(fā)動機(jī)、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(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)選擇能克服或抵消環(huán)境影響的設(shè)計(jì)方案和材料，把環(huán)境的影響力控制在可接受的極限范圍內(nèi)。采集環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)，比如海軍油料裝備具有防海水侵蝕的技術(shù)，通用油料裝備具有高低溫適應(yīng)技術(shù)、電磁兼容性技術(shù)等，使油料裝備能克服惡劣環(huán)境帶來的影響，盡量減少非正常損壞。

（6）冗余設(shè)計(jì)具有重要功能，應(yīng)采用多于一種的技術(shù)途徑來完成任務(wù)，以提高油料裝備的任務(wù)可靠性和安全性，尤其對裝備系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，要采取冗余設(shè)計(jì)。比如：在長距離管線輸油中，中間泵站的開設(shè)應(yīng)有冗余，以保證輸油的安全性和可靠性。

3.結(jié)論

隨著軍用油料裝備復(fù)雜程度和技術(shù)含量的增加，要滿足未來作戰(zhàn)后勤供油保障，系統(tǒng)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(shè)計(jì)技術(shù)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(guī)律認(rèn)識到，裝備的偶然故障期是其最穩(wěn)定的工作時(shí)期。通過控制重要、關(guān)鍵部件的可靠性，采取多輪樣機(jī)研制方式，降額設(shè)計(jì)、環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)、冗余設(shè)計(jì)、簡化設(shè)計(jì)、優(yōu)選成熟、穩(wěn)定技術(shù)，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(xué)康，任艮全.加強(qiáng)裝備可靠性建設(shè)的思考[J].國防大學(xué)學(xué)報(bào)（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(yè)出版社，1995.

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

[5]周慶忠.油料裝備可靠性設(shè)計(jì)系統(tǒng)研究[J].解放軍后勤工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，3:9～13.