船舶儀表現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量保障問(wèn)題研究

宋劍波 劉 方

(北京市7220信箱，北京 100072)

1 引 言

當(dāng)前,以維護(hù)我國(guó)海洋權(quán)益為核心,以遠(yuǎn)涉大洋、深入兩極的遠(yuǎn)洋船舶進(jìn)行遠(yuǎn)海測(cè)控及科學(xué)試驗(yàn)為標(biāo)志，中國(guó)船舶技術(shù)取得了跨越式發(fā)展。從船舶制造技術(shù)發(fā)展的規(guī)律看，系統(tǒng)越復(fù)雜、技術(shù)越先進(jìn)，對(duì)計(jì)量工作的要求就越高、依賴性也就越強(qiáng)。但是，受種種因素影響，尚無(wú)法在現(xiàn)場(chǎng)高效率實(shí)施原位計(jì)量保障工作，造成這些儀表計(jì)量保障周期長(zhǎng)，總體效果差[1]。如果不及時(shí)扭轉(zhuǎn)這種被動(dòng)局面，則船舶上相當(dāng)數(shù)量的儀表將超期使用，給船舶航行安全和設(shè)備可靠性帶來(lái)負(fù)面影響。為保證船舶航行安全和船載設(shè)備效能的可靠發(fā)揮，現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量保障工作顯得尤為重要。

隨著人們對(duì)船舶設(shè)備全壽命保障意識(shí)的提高，現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量保障工作越來(lái)越受到重視。我國(guó)船舶儀表計(jì)量保障工作，經(jīng)多年來(lái)的發(fā)展，已具備較強(qiáng)保障能力，但還存在一些突出問(wèn)題，需進(jìn)一步分析解決。

2 我國(guó)船舶儀表計(jì)量保障工作面臨的問(wèn)題

目前，我國(guó)船舶儀表的計(jì)量保障工作基本上是在船舶使用階段才展開(kāi)的，通過(guò)廣泛調(diào)研，當(dāng)前我國(guó)多數(shù)船載儀表所面臨的問(wèn)題[2]，主要有三點(diǎn)。

2.1 船載儀表檢定不及時(shí)

一般而言，船舶等級(jí)修理周期長(zhǎng)于船載儀表計(jì)量檢定周期，且二者基本無(wú)法同步，這也是目前船舶上多數(shù)儀表超出使用有效期的癥結(jié)所在。此外，塢修、小修時(shí)基本上不會(huì)對(duì)無(wú)明顯故障的儀表(但很可能示值已超差)進(jìn)行拆檢，中修時(shí)雖拆檢大部分儀表，但其周期一般很長(zhǎng)，特別是當(dāng)前船舶上許多設(shè)備或儀表在研制時(shí)沒(méi)有設(shè)計(jì)原位校準(zhǔn)接口，無(wú)法在現(xiàn)場(chǎng)快速實(shí)施計(jì)量保障，致使船載儀表檢定不及時(shí)，造成超期使用。

2.2 船舶嵌入式儀表拆檢周期長(zhǎng)

隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，特別是信息化技術(shù)的廣泛應(yīng)用，船舶上的設(shè)備，其自動(dòng)化、智能化程度和集成度越來(lái)越高，為監(jiān)測(cè)設(shè)備的技術(shù)狀態(tài)，在設(shè)備中集成了相關(guān)儀器儀表或傳感器，如狀態(tài)監(jiān)視設(shè)備中嵌入的指示儀表、飛行設(shè)備中嵌入的大氣數(shù)據(jù)傳感器等。這些儀器儀表的計(jì)量性能是否符合要求，決定著母體設(shè)備的監(jiān)視測(cè)量數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確可靠，也會(huì)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的安全性造成影響。

2.3 未充分考慮現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境影響

未充分考慮現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境影響的情況有兩種：一是儀表使用環(huán)境與檢定環(huán)境條件不吻合，在實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件中檢定合格的被檢儀表，帶到儀表實(shí)際使用現(xiàn)場(chǎng)后，使儀表指示數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏離，檢定結(jié)果的有效性大打折扣；二是為了保證儀表的受檢率,主動(dòng)將檢定工作推進(jìn)到現(xiàn)場(chǎng),但未考慮現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件因素變化對(duì)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)和檢定過(guò)程的影響,致使誤判風(fēng)險(xiǎn)增加,降低了檢定工作的有效性。

綜上所述，船舶儀表存在時(shí)效性差、受檢率低等計(jì)量保障問(wèn)題，有兩個(gè)主要原因：一是船舶論證研制階段未考慮后期計(jì)量問(wèn)題；二是缺乏對(duì)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展儀表計(jì)量保障合理性的明確認(rèn)識(shí)。

3 船舶儀表現(xiàn)場(chǎng)檢定和原位檢測(cè)設(shè)計(jì)可行性分析

為保證船舶具備隨時(shí)準(zhǔn)確執(zhí)行預(yù)定任務(wù)的能力，有必要在保證檢測(cè)活動(dòng)有效的前提下，開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量保障工作。這些計(jì)量保障工作，不只包含檢定，也包括校準(zhǔn)、測(cè)試等活動(dòng)。而為了使上述計(jì)量保障工作有章可循，就必須有針對(duì)性地研究?jī)x表的現(xiàn)場(chǎng)檢定技術(shù),針對(duì)不同參數(shù)的儀表,給出適用的現(xiàn)場(chǎng)檢定條件,推薦適用的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備,提出合理的檢定流程和現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)處理方法,使現(xiàn)場(chǎng)檢定工作能符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,滿足船舶計(jì)量保障工作的實(shí)際需要。船舶儀表原位可測(cè)性設(shè)計(jì)是為現(xiàn)場(chǎng)檢定提供條件的，下面，先討論開(kāi)展船舶儀表現(xiàn)場(chǎng)檢定工作的可行性[3]。

3.1 開(kāi)展船舶儀表現(xiàn)場(chǎng)檢定工作的可行性

3.1.1 影響現(xiàn)場(chǎng)檢定工作有效性的因素

影響現(xiàn)場(chǎng)檢定工作有效性的因素匯總?cè)缦拢?/p>

(1)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)確性。影響測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)確性和測(cè)量過(guò)程的最突出因素是溫度，就船舶上大量配備的壓力儀表的計(jì)量檢定而言，目前，多數(shù)計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)所用的便攜類測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，由于利用溫度補(bǔ)償措施，(0～40)℃內(nèi)，其準(zhǔn)確度可達(dá)0.05級(jí)。對(duì)于電學(xué)類儀表，在(0～40)℃內(nèi)，相應(yīng)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的不確定度雖然由于溫度附加誤差，造成其不確定度有所擴(kuò)大，但船舶上用于監(jiān)視測(cè)量電學(xué)參數(shù)的儀表，其準(zhǔn)確度等級(jí)較低，檢定時(shí)依然滿足1:4的量值傳遞要求。

(2)檢定條件的可控性。船舶艙室一般都有溫濕度控制措施，即使沒(méi)有這種空調(diào)設(shè)備，在實(shí)施檢修維護(hù)工作時(shí)，(0～40)℃的溫度范圍是容易滿足的。

(3)檢定操作的有效性。檢定過(guò)程要求檢定環(huán)境中無(wú)明顯振動(dòng)。船舶在停泊期間，艙室內(nèi)一般無(wú)明顯晃動(dòng)，此時(shí)，檢定操作有效，檢定工作可順利實(shí)施。

總之，在船舶艙室現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展儀表的檢定工作，測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)確性能滿足量值傳遞要求，檢定條件可控，檢定操作有效，技術(shù)上可行。

3.1.2 船舶靠泊港口環(huán)境條件分析

傳統(tǒng)意義上的檢定工作，一般是在校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行的。綜觀大部分儀器儀表的檢定規(guī)程或校準(zhǔn)規(guī)范，其中有一條，即是對(duì)檢定或校準(zhǔn)工作開(kāi)展時(shí)的環(huán)境條件進(jìn)行約定，約束的環(huán)境要素涉及到以下一條或多條：溫度、濕度、供電質(zhì)量、電磁干擾、機(jī)械振動(dòng)，在這樣的環(huán)境中，要求環(huán)境溫度、濕度可控，供電質(zhì)量易于保證。

一般而言，影響檢定過(guò)程和檢定結(jié)果的因素有溫度、濕度、震動(dòng)和電磁干擾等。其中最突出的影響因素是溫度，確定檢定工作溫度范圍對(duì)分析現(xiàn)場(chǎng)檢定工作開(kāi)展的可行性具有重要意義。

船舶的活動(dòng)區(qū)域一般是在海上或沿海港口城市。自南向北，通過(guò)調(diào)研三亞、青島、興城等地的溫度變化情況，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，確定現(xiàn)場(chǎng)檢定工作溫度范圍。以下是三亞、青島和興城等3個(gè)地區(qū)自1971年至2000年共30年的溫度變化情況。

(1)三亞

三亞地處海南島最南端，極端氣溫:(5.1～35.9)℃，平均氣溫:(18.5～32.0)℃。表1是三亞基本氣候情況，圖1示出了該地區(qū)全年溫度變化趨勢(shì)。

圖1 三亞全年溫度變化趨勢(shì)圖Fig.1 Temperature variation tendency yearly in Sanya

表1 三亞基本氣候情況(據(jù)1971～2000年統(tǒng)計(jì))

(2)青島

青島地處山東半島南部，極端氣溫:( -14.3～37.4)℃，平均氣溫:(-3.3～28.4)℃。表2是青島基本氣候情況，圖2示出了該地區(qū)全年溫度變化趨勢(shì)。

表2 青島基本氣候情況(據(jù)1971～2000年統(tǒng)計(jì))

(3)興城

興城坐落于遼寧省葫蘆島市，極端氣溫:(-27.5～40.8)℃，平均氣溫: (-12.8～27.8)℃。表3是興城基本氣候情況，圖3示出了該地區(qū)全年溫度變化趨勢(shì)。

圖3 興城全年溫度變化趨勢(shì)圖Fig.3 Temperature variation tendency yearly in Xingcheng

表3 興城基本氣候情況(據(jù)1971～2000年統(tǒng)計(jì))

通過(guò)以上地區(qū)溫度變化情況分析可知，各地平均最高溫度均不高于35℃。在船舶系泊期間，當(dāng)船舶外溫度過(guò)低時(shí)，船舶內(nèi)一般也都有供暖設(shè)施，一般可保證船舶內(nèi)溫度不低于5℃。再綜合考慮測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備一般可正常工作的溫度范圍，故設(shè)定(5～35)℃為現(xiàn)場(chǎng)檢定溫度區(qū)間。但是，對(duì)于強(qiáng)制檢定項(xiàng)目而言，還要結(jié)合實(shí)際情況，適當(dāng)縮小溫度變化范圍，在具備強(qiáng)制檢定條件的環(huán)境中開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)檢定工作。

3.2 開(kāi)展船舶設(shè)備儀表原位可測(cè)性設(shè)計(jì)分析

為保證船舶技術(shù)狀態(tài)監(jiān)控儀表具備原位可測(cè)試性，在論證時(shí)，就必須從管理層面提出要求，而后由船舶論證和研制、生產(chǎn)部門(mén)按要求實(shí)施，并對(duì)所負(fù)責(zé)的船舶設(shè)備細(xì)化可測(cè)試性技術(shù)設(shè)計(jì)。

3.2.1 船舶設(shè)備監(jiān)控儀表原位可測(cè)試性論證要求

由計(jì)量技術(shù)管理部門(mén)論證提出包括總體要求、管理要求和技術(shù)要求在內(nèi)的可測(cè)試性設(shè)計(jì)要求，報(bào)請(qǐng)主管機(jī)關(guān)批準(zhǔn)，下發(fā)船舶各論證研制和生產(chǎn)單位嚴(yán)格執(zhí)行[4]。

(1)總體要求

對(duì)船舶關(guān)鍵艙室和部位的儀表實(shí)施原位可測(cè)試性設(shè)計(jì)，同時(shí)，保證儀表可視并方便拆卸修理，以保證能夠?qū)嵤┰挥?jì)量保障工作。

(2)管理要求

船舶建造管理部門(mén)，應(yīng)結(jié)合監(jiān)控儀表可測(cè)試性設(shè)計(jì)要求，專門(mén)成立計(jì)量管理機(jī)構(gòu)，或結(jié)合已成立的型號(hào)計(jì)量師制度，對(duì)論證研制部門(mén)開(kāi)展的可測(cè)試性設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行統(tǒng)一管理和協(xié)調(diào)，保證可測(cè)試性設(shè)計(jì)符合維修性、安全性等質(zhì)量要求。

(3)技術(shù)要求

船舶論證研制部門(mén)應(yīng)在管理部門(mén)的統(tǒng)一協(xié)調(diào)下，在船舶論證研制過(guò)程中，認(rèn)真聽(tīng)取計(jì)量保障部門(mén)的意見(jiàn)建議，對(duì)關(guān)鍵儀表的可測(cè)試性、可視性和可拆卸性進(jìn)行充分論證；船舶計(jì)量保障部門(mén)應(yīng)按管理部門(mén)的要求，在船舶論證研制過(guò)程中，應(yīng)積極配合船舶論證研制部門(mén)，對(duì)關(guān)鍵儀表的可測(cè)試性設(shè)計(jì)進(jìn)行充分的技術(shù)論證，使所配儀表準(zhǔn)確度適當(dāng)，且便于實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量保障；根據(jù)需要，船舶計(jì)量保障部門(mén)應(yīng)視情進(jìn)行原位計(jì)量檢定測(cè)試，以驗(yàn)證可測(cè)試性設(shè)計(jì)效果，保證可實(shí)施對(duì)儀表的現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量保障工作。

要開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的儀表對(duì)象很多，按專業(yè)參數(shù)分，有力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)等，其中電學(xué)和壓力儀表占艙內(nèi)儀表總數(shù)的60%以上，特別是壓力儀表，它們?cè)诒O(jiān)視測(cè)量動(dòng)力系統(tǒng)狀態(tài)過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用。

下面以船舶動(dòng)力艙室壓力監(jiān)控儀表的可測(cè)試性設(shè)計(jì)為例，簡(jiǎn)要說(shuō)明船舶儀表現(xiàn)場(chǎng)可測(cè)試性設(shè)計(jì)思路。

3.2.2 船舶動(dòng)力艙室壓力監(jiān)控儀表的原位可測(cè)試性設(shè)計(jì)

所謂原位可測(cè)性設(shè)計(jì)，在此是指能夠在對(duì)儀表實(shí)施計(jì)量檢定時(shí)，相關(guān)部位具有將儀表與船舶被監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安全切斷的能力。以壓力儀表為例，其原位可測(cè)性設(shè)計(jì)的意思是在保證管道密封性和可靠性的前提下，具備三通接口，在對(duì)壓力儀表實(shí)施原位檢定時(shí)，能夠利用三通接口，切斷被檢壓力表與系統(tǒng)管道的聯(lián)系，便于在原位實(shí)施壓力表計(jì)量檢定工作。

如前所述，以往船舶在建造之初，并沒(méi)有考慮對(duì)這些儀表進(jìn)行原位可測(cè)性設(shè)計(jì)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題需要維修檢測(cè)時(shí)，只能拆卸下來(lái)開(kāi)展相關(guān)作業(yè)活動(dòng)。從地方工業(yè)部門(mén)反饋的情況看，有以下兩種主要觀點(diǎn)：

(1)在船舶壓力技術(shù)狀態(tài)監(jiān)控儀表所在部位設(shè)計(jì)可測(cè)性接口可能會(huì)影響密封性。通過(guò)調(diào)研，船舶上相當(dāng)一部分壓力儀表已設(shè)計(jì)了泄壓檢測(cè)閥體，在原有閥體基礎(chǔ)上增加一個(gè)系統(tǒng)切換通路，不會(huì)額外增加泄漏風(fēng)險(xiǎn)。

(2)在船舶技術(shù)狀態(tài)監(jiān)控儀表所在部位設(shè)計(jì)可測(cè)性接口，對(duì)儀表所在管路安全性不會(huì)增加風(fēng)險(xiǎn)，只是會(huì)增加一定的硬件成本。但帶來(lái)的好處是可方便實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量檢定，還可便于對(duì)管道和儀表實(shí)施維修檢測(cè)和調(diào)試，使得儀表和管路的測(cè)試性更趨完善，示值準(zhǔn)確性更易于得到保障。

船舶動(dòng)力艙室分布著大量不同規(guī)格、監(jiān)測(cè)不同部位壓力的壓力儀表、壓力變送器和壓力傳感器。這些儀表對(duì)掌握動(dòng)力艙室各分系統(tǒng)的壓力技術(shù)狀態(tài)起著舉足輕重的重要作用，必須按期檢定。隨著船舶管理機(jī)關(guān)對(duì)船舶航行安全性認(rèn)識(shí)的逐步提高，以及船舶使用部門(mén)對(duì)儀表原位可測(cè)試性技術(shù)需求日益迫切，船舶論證和建造部門(mén)對(duì)此也給予了重視。在船舶上開(kāi)展可測(cè)性設(shè)計(jì)，并在艙室現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施儀表原位檢定工作是可行的。

從總體情況看，船舶動(dòng)力艙室水、氣、油管路上在安裝各類壓力表或壓力傳感器部位只要安裝原位可測(cè)試轉(zhuǎn)換裝置，通過(guò)旋鈕實(shí)現(xiàn)壓力測(cè)量通道與校驗(yàn)通道的切換，即可解決現(xiàn)場(chǎng)原位計(jì)量校準(zhǔn)的問(wèn)題。

圖4 壓力表與傳壓管路常規(guī)連接情況示意圖Fig.4 Schematic diagram of the pressure

如圖4所示，目前，被檢壓力表直接與傳壓管路相連。圖5所示是安裝了所研制的三通閥體的原位可測(cè)試性設(shè)計(jì)示意圖。其中的三通閥體的設(shè)計(jì)是被檢壓力表具備原位可測(cè)試性的關(guān)鍵，該閥體的作用是：在船舶執(zhí)行正常任務(wù)時(shí)，傳壓管路與壓力表直接相通；而在原位檢定壓力表時(shí)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)閥門(mén)(90度旋轉(zhuǎn))，壓力表與傳壓管路截止，而與壓力表(這里是氣壓表)原位可測(cè)試轉(zhuǎn)換裝置相通，啟動(dòng)壓力表現(xiàn)場(chǎng)檢定裝置，完成對(duì)壓力表的原位檢定。

圖5 壓力表原位可測(cè)試性設(shè)計(jì)示意圖Fig.5 Schematic diagram of the testability at the installation site of the pressure gauge

實(shí)際改裝和現(xiàn)場(chǎng)原位檢測(cè)試驗(yàn)情況表明，原位可測(cè)試性設(shè)計(jì)方案合理可行，能節(jié)省船舶在航計(jì)量保障時(shí)間和人力成本，船舶靠泊期間，可隨時(shí)進(jìn)行應(yīng)急計(jì)量保障或伴隨計(jì)量保障，這為開(kāi)展其它儀器儀表現(xiàn)場(chǎng)可測(cè)試性設(shè)計(jì)提供了借鑒。

與壓力儀表相比，電學(xué)類儀表(包括電壓表、電流表等)，其可測(cè)性設(shè)計(jì)只要在電信號(hào)進(jìn)出端設(shè)計(jì)觸頭開(kāi)關(guān)即可解決，對(duì)系統(tǒng)的安全性影響較小，成本更為低廉，實(shí)現(xiàn)的難度較低[5]。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文從船舶計(jì)量保障工作重要性分析出發(fā)，分析了船舶計(jì)量保障工作面臨的突出問(wèn)題及解決相應(yīng)問(wèn)題的依據(jù)，探討了船舶儀表現(xiàn)場(chǎng)檢定和原位檢測(cè)性設(shè)計(jì)的可行性，初步確定了合理的現(xiàn)場(chǎng)檢定溫度范圍，并對(duì)開(kāi)展船舶儀表原位可測(cè)性論證設(shè)計(jì)的流程進(jìn)行了論述，供船舶論證和綜合保障人員在開(kāi)展相應(yīng)工作時(shí)參考。