基于真實(shí)環(huán)境和工作剖面的可靠性試驗(yàn)

劉仁棟

（海軍駐昆明地區(qū)辦事處，昆明 650051）

基于真實(shí)環(huán)境和工作剖面的可靠性試驗(yàn)

劉仁棟

（海軍駐昆明地區(qū)辦事處，昆明 650051）

文章闡述了設(shè)備可靠性試驗(yàn)類型劃分、試驗(yàn)方案制定、試驗(yàn)方法選取內(nèi)容，說明了基于真實(shí)環(huán)境和工作剖面的測(cè)試和綜合分析，合理準(zhǔn)確地制定試驗(yàn)應(yīng)力剖面和采取行之有效的試驗(yàn)手段和方法，是有效開展可靠性試驗(yàn)的基礎(chǔ)。針對(duì)目前試驗(yàn)條件和手段受限的影響因素，提出了突破制約設(shè)備可靠性試驗(yàn)瓶頸的建議。

可靠性試驗(yàn)；應(yīng)力；剖面

0 引言

隨著技術(shù)日新月異的發(fā)展，船舶設(shè)備不斷改進(jìn)以及更新?lián)Q代，由于產(chǎn)品研發(fā)時(shí)間短，受各種條件所限，勢(shì)必會(huì)帶來如產(chǎn)品的穩(wěn)定性和可靠性問題，如產(chǎn)品雖然性能優(yōu)，但由于受嚴(yán)酷環(huán)境的實(shí)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(rùn)滑劑喪失潤(rùn)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(xué)性能下降；受鹽霧、海水浸濕后會(huì)引起機(jī)械強(qiáng)度和電性能降低，表面變質(zhì)，破壞非金屬材料的機(jī)械強(qiáng)度；受使用過程的沖擊影響和運(yùn)輸過程的振動(dòng)，機(jī)械或電器結(jié)構(gòu)松動(dòng)；船舶用設(shè)備受波浪、船上主機(jī)影響會(huì)產(chǎn)生沖擊、振動(dòng)甚至發(fā)生共振，引起設(shè)備疲勞、參數(shù)漂移、結(jié)構(gòu)破壞?？傊a(chǎn)品的可靠性和穩(wěn)定性在船舶行業(yè)中日益凸顯。

各種船舶設(shè)備的運(yùn)輸、貯存、裝載和使用狀態(tài)各有不同。因此，了解和掌握當(dāng)今船舶設(shè)備在全壽命周期內(nèi)運(yùn)輸、貯存、裝載、使用、維修任務(wù)中的溫濕度、振動(dòng)和沖擊環(huán)境數(shù)據(jù)，研究新型船舶設(shè)備的可靠性指標(biāo)體系的考核，制定準(zhǔn)確可行的可靠性試驗(yàn)應(yīng)力剖面，開展有效的可靠性試驗(yàn)是目前擺在船舶設(shè)備方面一項(xiàng)重要工作，這就要求考慮船舶設(shè)備在全壽命周期內(nèi)的各項(xiàng)使命要求，研究、測(cè)試、分析相關(guān)應(yīng)力情況，建立數(shù)據(jù)庫(kù)，為新型船舶設(shè)備可靠性試驗(yàn)合理正確地制定有效應(yīng)力剖面提供決策依據(jù)，同步研究可靠性試驗(yàn)方法和手段，開展有效的可靠性試驗(yàn)驗(yàn)證，確保船舶設(shè)備質(zhì)量穩(wěn)定和可靠。

2 基于實(shí)際應(yīng)力剖面的可靠性試驗(yàn)策劃

2.1 應(yīng)力剖面簡(jiǎn)析

應(yīng)力剖面分為壽命剖面、任務(wù)剖面、環(huán)境剖面和試驗(yàn)剖面。

壽命剖面涉及壽命期內(nèi)運(yùn)輸、貯存、裝載、試驗(yàn)與檢驗(yàn)、備用與等待狀態(tài)。

任務(wù)剖面是確定船舶設(shè)備在壽命期內(nèi)可能遇到的環(huán)境條件的基礎(chǔ)。任務(wù)剖面在不同階段一種設(shè)備可執(zhí)行一項(xiàng)或多項(xiàng)任務(wù)，任務(wù)剖面可以有一個(gè)或多個(gè)。

試驗(yàn)剖面是考慮了任務(wù)剖面以外的環(huán)境條件，對(duì)執(zhí)行一種任務(wù)的設(shè)備，試驗(yàn)剖面與環(huán)境剖面和任務(wù)剖面之間是一 一對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)用于執(zhí)行多項(xiàng)任務(wù)的設(shè)備則應(yīng)按照一定的規(guī)律將多個(gè)試驗(yàn)剖面合并為一個(gè)綜合試驗(yàn)剖面。

2.2 基于實(shí)際應(yīng)力剖面

要實(shí)施有效的可靠性試驗(yàn)，無論是可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)、可靠性摸底試驗(yàn)、可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)還是可靠性鑒定和驗(yàn)收試驗(yàn)，合理準(zhǔn)確地制定應(yīng)力剖面是可靠性試驗(yàn)策劃的關(guān)鍵?？煽啃栽囼?yàn)應(yīng)力剖面的制定只有基于實(shí)際壽命剖面、任務(wù)剖面和環(huán)境剖面進(jìn)行綜合分析，才能有效地進(jìn)行可靠性試驗(yàn)。

首先，應(yīng)根據(jù)船舶設(shè)備交付時(shí)的運(yùn)輸方式的不同，如火車、汽車、或者飛機(jī)裝載運(yùn)輸，裝船過程的中轉(zhuǎn)、吊運(yùn)，獲取上述過程中的溫度、濕度、振動(dòng)、沖擊數(shù)據(jù)。其次，根據(jù)船舶設(shè)備的試驗(yàn)和使用需求的不同海域地區(qū)的貯存情況（庫(kù)房、裝船前的地溫、濕度情況，船舶的溫濕度、振動(dòng)、沖擊情況），獲取上述相關(guān)數(shù)據(jù)。同時(shí)，還要考慮船舶設(shè)備在船舶裝載，如濕擱置、干擱置工況下的環(huán)境溫濕度、振動(dòng)和沖擊情況，獲取上述相關(guān)數(shù)據(jù)。最重要的是考慮船舶設(shè)備在使用時(shí)的溫度、振動(dòng)和沖擊以及實(shí)航時(shí)的工作溫度、振動(dòng)、沖擊等數(shù)據(jù)。

基于上述數(shù)據(jù)，根據(jù)各型船舶設(shè)備的可靠性指標(biāo)要求綜合分析，進(jìn)行應(yīng)力剖面和試驗(yàn)方法的制定也是可靠性試驗(yàn)的最關(guān)鍵工作。

3 加強(qiáng)逼真模擬真實(shí)環(huán)境應(yīng)力研究，確保試驗(yàn)有效

船舶設(shè)備可靠性試驗(yàn)按試驗(yàn)環(huán)境可分為實(shí)際環(huán)境下的可靠性試驗(yàn)、模擬真實(shí)環(huán)境可靠性試驗(yàn)以及實(shí)驗(yàn)室可靠性試驗(yàn)，按應(yīng)力可分為可靠性常規(guī)應(yīng)力試驗(yàn)及加速壽命強(qiáng)化應(yīng)力試驗(yàn)，按其作用可分為可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)、可靠性摸底試驗(yàn)、可靠性鑒定和驗(yàn)收試驗(yàn)。

目前，船舶設(shè)備可靠性試驗(yàn)是在電應(yīng)力、溫度、濕度、振動(dòng)、沖擊等綜合應(yīng)力和其他有關(guān)試驗(yàn)條件下進(jìn)行的，這些試驗(yàn)條件的量值制定需要綜合考慮任務(wù)剖面和環(huán)境剖面，為了盡量逼真地模擬設(shè)備在使用中遇到的實(shí)際環(huán)境，應(yīng)優(yōu)先使用實(shí)際遇到的實(shí)際測(cè)量應(yīng)力（特別是溫度、濕度、振動(dòng)和沖擊），在無實(shí)測(cè)應(yīng)力條件下也可使用估計(jì)先驗(yàn)數(shù)據(jù)。

電應(yīng)力一般為交流供電電壓額定值的±10%，額定電壓占通電時(shí)間的50%，上下限電壓各占通電時(shí)間的25%；振動(dòng)應(yīng)力的制定需根據(jù)實(shí)測(cè)運(yùn)輸過程和使用過程中所受到的振動(dòng)應(yīng)力和運(yùn)行一次典型操作所需時(shí)間數(shù)據(jù)進(jìn)行確定；濕度應(yīng)力根據(jù)實(shí)測(cè)貯存、運(yùn)輸、裝載過程地域環(huán)境濕度和時(shí)間制定，使用過程濕度采取浸泡方式；溫度應(yīng)力的制定根據(jù)實(shí)測(cè)貯存、工作溫度和時(shí)間制定；沖擊應(yīng)力和振動(dòng)應(yīng)力根據(jù)實(shí)測(cè)運(yùn)輸、使用前后與實(shí)航使用過程受到的沖擊應(yīng)力和運(yùn)行一次典型操作所需的時(shí)間數(shù)據(jù)進(jìn)行確定。上述應(yīng)力的工作循環(huán)周期運(yùn)行一次典型操作所需時(shí)間的一倍至幾倍，一半可以為4 h、8 h、16 h為一個(gè)循環(huán)，或24 h連續(xù)工作。

應(yīng)力剖面圖形的繪制應(yīng)綜合考慮任務(wù)剖面和環(huán)境剖面，也可以根據(jù)考核目的不同和運(yùn)行操作的不同情況進(jìn)行綜合考慮，進(jìn)行綜合操作可靠性試驗(yàn)或?qū)ｍ?xiàng)操作可靠性試驗(yàn)應(yīng)力剖面制定。應(yīng)力剖面制定的準(zhǔn)確與否關(guān)系到試驗(yàn)的有效性。

4 試驗(yàn)條件及方案制定好壞是試驗(yàn)成功的關(guān)鍵

可靠性試驗(yàn)最好的方法是能在真實(shí)環(huán)境下對(duì)壽命周期可能出現(xiàn)的任務(wù)剖面進(jìn)行全面考核，也就是涵蓋壽命剖面、環(huán)境剖面及任務(wù)剖面的考核，但由于可靠性試驗(yàn)費(fèi)時(shí)費(fèi)錢，且由于樣本資源少，時(shí)間進(jìn)度要求緊，至定型批產(chǎn)后，既沒有時(shí)間又受諸多因素的制約，不能完全實(shí)現(xiàn)，因此研究和采用正確又恰當(dāng)?shù)脑囼?yàn)方案和試驗(yàn)方法不僅為產(chǎn)品可靠性水平的驗(yàn)證提供充分依據(jù)，而且有利于資源的節(jié)約。

設(shè)備在壽命周期內(nèi)處于運(yùn)輸、貯存、使用、備用與等待狀態(tài)，涉及貯存可靠度、裝載可靠度、使用可靠度、壽命、抗振動(dòng)能力、抗沖擊能力要求，環(huán)境適應(yīng)性要求，這些都是影響產(chǎn)品性能穩(wěn)定可靠的重要因素。因此，如何有效地在設(shè)備部署之前對(duì)相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行充分驗(yàn)證和考核是重要的任務(wù)。

設(shè)備進(jìn)行運(yùn)輸、貯存、裝載等任務(wù)受到溫度、濕度應(yīng)力，進(jìn)行運(yùn)輸、裝載、備用與等待任務(wù)受到電應(yīng)力，溫度、濕度應(yīng)力，振動(dòng)、沖擊應(yīng)力，因此，其貯存可靠度、裝載可靠度、壽命、抗振動(dòng)能力、抗沖擊能力要求都可以在國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的綜合應(yīng)力試驗(yàn)室，通過對(duì)壽命剖面、環(huán)境剖面及任務(wù)剖面進(jìn)行分析，研究試驗(yàn)方案，制定試驗(yàn)剖面，施加相對(duì)應(yīng)條件下的常規(guī)或加速的強(qiáng)化綜合應(yīng)力，通過時(shí)間循環(huán)考核，對(duì)其可靠性進(jìn)行考核。

目前船舶設(shè)備使用可靠度試驗(yàn)均采用模擬真實(shí)環(huán)境的湖上以及真實(shí)環(huán)境的試驗(yàn)進(jìn)行，雖然是在真實(shí)環(huán)境下，每次試驗(yàn)由于其任務(wù)剖面、運(yùn)行操作時(shí)間的不同，試驗(yàn)水域的不同等等，均會(huì)影響可靠度考核與評(píng)估的全面和充分性，不能達(dá)到貼近真實(shí)環(huán)境下的試驗(yàn)結(jié)果。因此，試驗(yàn)室的考核不失為一種相對(duì)見效快、耗費(fèi)低的好方法。如何能達(dá)到模擬真實(shí)船舶設(shè)備使用的狀態(tài)也是當(dāng)今急迫任務(wù)，然而目前的綜合應(yīng)力試驗(yàn)條件與船舶設(shè)備實(shí)際環(huán)境的差異性較大，船舶設(shè)備在水介質(zhì)工作的特殊試驗(yàn)環(huán)境，為船舶設(shè)備的散熱提供了良好的條件。現(xiàn)有的綜合應(yīng)力試驗(yàn)方法和設(shè)備不太適用利用殼體散熱的船舶設(shè)備。當(dāng)前在各類可靠性鑒定試驗(yàn)要求中溫度應(yīng)力循環(huán)考核是一項(xiàng)重要的考核項(xiàng)目，然而考核結(jié)果不能完全充分地反應(yīng)其真實(shí)的可靠性。

綜上所述，可靠性試驗(yàn)方案的制定應(yīng)基于各型船舶設(shè)備在其壽命剖面、不同環(huán)境剖面和任務(wù)剖面中的實(shí)際應(yīng)力情況，不應(yīng)千篇一律遵循某一特定的要求，且實(shí)際應(yīng)力情況要有充分?jǐn)?shù)據(jù)。因此，有針對(duì)性地收集測(cè)試在研型號(hào)、現(xiàn)有型號(hào)或以往相似型號(hào)船舶設(shè)備壽命期內(nèi)的運(yùn)輸、存貯和使用等狀態(tài)下、各種環(huán)境條件下的應(yīng)力數(shù)據(jù)，是進(jìn)行可靠性試驗(yàn)的一項(xiàng)關(guān)鍵工作。如何正確采取可靠性試驗(yàn)方法和研發(fā)適合船舶設(shè)備的可靠性設(shè)施是進(jìn)行船舶設(shè)備可靠性試驗(yàn)的又一項(xiàng)關(guān)鍵工作。

5 結(jié)論

曾經(jīng)嘗試首次在船舶設(shè)備領(lǐng)域開展全產(chǎn)品綜合應(yīng)力摸底試驗(yàn)，不僅為該型產(chǎn)品后續(xù)試驗(yàn)提供了經(jīng)驗(yàn)，也為其他船舶設(shè)備的試驗(yàn)提供了很好的借鑒作用，意義重大。

船舶設(shè)備可靠性試驗(yàn)是一項(xiàng)龐大的、系統(tǒng)性的長(zhǎng)遠(yuǎn)工作，通過試驗(yàn)也充分認(rèn)識(shí)到船舶設(shè)備可靠性試驗(yàn)方案和試驗(yàn)方法受限于目前諸多因素的影響。要突破制約船舶設(shè)備可靠性試驗(yàn)的瓶頸，需要有足夠的時(shí)間、人力、物力和財(cái)力作為支撐。需要上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)和各級(jí)人員的重視，積極開展船舶設(shè)備全壽命周期的各種任務(wù)剖面下、環(huán)境條件下的應(yīng)力測(cè)試分析、研究，提出適宜的船舶設(shè)備試驗(yàn)應(yīng)力剖面，同步開展可靠性試驗(yàn)方法研究、試驗(yàn)條件和設(shè)施的研發(fā)，進(jìn)行試驗(yàn)評(píng)估方法研究，進(jìn)一步提高可靠性試驗(yàn)的有效性，保證船舶設(shè)備性能穩(wěn)定可靠。

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

[2] 曾聲奎. 可靠性設(shè)計(jì)與分析[M]. 北京: 國(guó)防工業(yè)出版社. 2014.

[3] 王曉紅. 可靠性試驗(yàn)技術(shù)[M]. 北京: 北京航空航天大學(xué)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(shè)備管理。