艦船行業(yè)集約化檢驗技術的研究與應用

顧 香 石鴻飛

引言

艦船裝備經(jīng)過幾代的發(fā)展，顯現(xiàn)出批量化、大型化、復雜化以及經(jīng)濟價值高等發(fā)展趨勢；為了解決現(xiàn)有試驗和檢驗模式下管控不完善、層級不明確、“模塊化（區(qū)域化）”的集成度低、質量數(shù)字分散、數(shù)據(jù)原點不夠明確、效率低、成本高等問題，艦船裝備的生產(chǎn)已向現(xiàn)代化大協(xié)作方向發(fā)展，貼近實戰(zhàn)化考核要求，著重驗證系泊以及在航行狀態(tài)下艦船、系統(tǒng)和設備工作的協(xié)調(diào)性、穩(wěn)定性、安全性等主要功能和性能指標的符合性。同時，數(shù)字化技術應用、信息傳輸?shù)囊?guī)范化使得數(shù)據(jù)采信和共享變成可能，在我國艦船裝備已成批量建造以及顧客代表制度調(diào)整的背景下，質量管理理念與方法手段的應用使質量監(jiān)督效率與裝備建造發(fā)展存在較大差距。因此，需要尋求適應新時代、滿足艦船行業(yè)新要求的產(chǎn)品質量檢驗管理體系，即艦船行業(yè)集約化檢驗技術。

1 艦船行業(yè)集約化檢驗技術解析

集約化是指在社會經(jīng)濟活動中，在同一經(jīng)濟范圍內(nèi)，通過經(jīng)營要素質量的提高、要素含量的增加、要素投入的集中以及要素組合方式的調(diào)整，來增進效益的經(jīng)營方式。其本意是指在充分利用一切資源的基礎上，更集中合理地運用現(xiàn)代化管理與技術，充分發(fā)揮人力資源的積極效應，以提高工作效益和效率的一種形式。根據(jù)集約化的概念不難發(fā)現(xiàn)，集約化理念可以廣泛運用到社會經(jīng)濟活動的各個領域和層次之中，并為其提高效率、創(chuàng)造效益。因此利用集約化理念來實現(xiàn)艦船行業(yè)檢驗的質量管控，在理論上是可行的。

1.1 系統(tǒng)設備分級

艦船的建造是一個巨系統(tǒng)工程。艦船性能的實現(xiàn)大致分為平臺和特裝兩個階段。工程管理抓工程主線，以一種自上而下穿透式的方式考慮生產(chǎn)資源能力與生產(chǎn)需求的平衡，以服務于最終工程目標為目的，劃分平臺和特裝兩大模塊。根據(jù)不同系統(tǒng)技術屬性把艦船劃分為若干一級系統(tǒng)來構架平臺和特裝的性能試驗，一般包括船體與艦船裝置、電力系統(tǒng)、推進系統(tǒng)、全艦保障系統(tǒng)、特裝系統(tǒng)等。將一級系統(tǒng)根據(jù)其技術屬性分為二級系統(tǒng)并逐級細分為三級系統(tǒng)、四級系統(tǒng)，直至末端設備被確定為唯一獨立的組件。采用樹圖統(tǒng)計學方法將細分的系統(tǒng)層級進行歸集，如圖1所示。

圖1 典型工程主線與系統(tǒng)融合模型

1.2 試驗項目分層

分層是對試驗項目進行分類、分組和協(xié)同的過程。系統(tǒng)/設備末端組件的試驗項目一般分為綜合保障、安全防護、系統(tǒng)功能、單機特性四個層組，形成項目組件模型，以便更容易地理解試驗項目（見表1）。不同層組之間在其特征或結構方面有很大差異，每個層組為不同的需求相關方提供不同關注點。每個層組中的項目組件顆粒度盡可能小?？墒褂梅謱臃楣ぞ咄瓿稍摬襟E的設計。

表1 項目組件模型

1.3 形成關聯(lián)數(shù)據(jù)鏈

運用關聯(lián)圖統(tǒng)計方法分析項目組件與映射要素之間的關聯(lián)。通過項目組件與映射要素之間的關聯(lián)分析，運用試驗差異分析矩陣分析同一項目組件在不同階段（即不同環(huán)境下）映射要素數(shù)據(jù)的關聯(lián)，形成關聯(lián)數(shù)據(jù)鏈（見圖2、表2）。將關聯(lián)數(shù)據(jù)鏈進行差異化分析，分成差異化數(shù)據(jù)鏈、常態(tài)化數(shù)據(jù)鏈。常態(tài)化數(shù)據(jù)鏈關聯(lián)試驗項目的數(shù)據(jù)，是不受安裝平臺變化而變化的固化數(shù)據(jù)；差異化數(shù)據(jù)鏈關聯(lián)試驗項目的數(shù)據(jù)，是隨安裝平臺變化而變化的數(shù)據(jù)，通過與安裝平臺變化的關聯(lián)分析，總結規(guī)律耦合因素，在多樣本質量數(shù)字回歸分析統(tǒng)計后，重新設計對應質量數(shù)據(jù)的采集。

表2 試驗差異分析矩陣（舉例）

圖2 關聯(lián)圖

2 識別船試關重項目、關重數(shù)據(jù)

以艦船在系泊航行試驗階段的性能檢驗為研究對象，試驗項目通過安全和運行成熟性、重要性、復雜性進行關重（關鍵件、重要件）識別、評價和分類，確定關鍵、重要、一般質量數(shù)據(jù)，構建質量保證分級管控。在各級各階段質量保證分級管控的過程中，通過數(shù)據(jù)有序成組集約化的采集，最終實現(xiàn)質量數(shù)據(jù)的采信。艦船行業(yè)集約化檢驗技術應用研究實現(xiàn)了技術指標有效檢驗、模式合理、數(shù)據(jù)可靠、層級清晰。

2.1 按成熟性識別

按其在每個領域可利用的經(jīng)驗和成熟度來識別，衡量是否是有經(jīng)驗的單位和人員，以及被證實的設計和工藝。一般從設計成熟性、采購成熟性、制造和建造成熟性、運行成熟性、管理成熟性角度分析識別。

2.2 按安全和運行重要性識別

識別方法應考慮所描述的各領域或項目對一級系統(tǒng)總的安全和滿意運行履行的每一功能的重要性。一般來說，防止或減輕對艦員安全和健康可能造成過量危害的假想事故的系統(tǒng)、設備、部件有關的組件或項目，屬于關鍵項目；不包括在關鍵項目內(nèi)，但如果未能按設計額定值工作、可能影響一級系統(tǒng)按設計額定值運行能力，并且對安全影響不是最重要的系統(tǒng)、設備、部件，故障不會危及艦員安全且與運行關系重大的項目，也屬于重要項目；用于支持一級系統(tǒng)正常運行的系統(tǒng)、設備、部件，屬于一般項目，此類項目的功能故障不會危及安全且不足以影響一級系統(tǒng)按設計額定值運行能力。

2.3 按照復雜性識別

組件或項目也能按照所涉及的各個領域的單位、職能和活動的復雜性來識別。一般從設計復雜性、制造和建造復雜性、運行復雜性、管理復雜性角度分析。其中，設計復雜性僅反映設計過程的復雜性而不是組件或項目功能的復雜性。

3 集約化檢驗技術實船應用

系統(tǒng)裝備的研制屬性一般分為新研、改進和沿用三個類別。根據(jù)領域中成熟性、復雜性以及在安全和運行上的重要性進行分析識別，設置為關鍵項目、重要項目和固化項目；對設置的三類項目的試驗數(shù)據(jù)再進行分析識別，形成關鍵數(shù)據(jù)、重要數(shù)據(jù)和固化數(shù)據(jù)；按照試驗數(shù)據(jù)的重要程度，建立識別質量關重數(shù)據(jù)及其認證方法的集約檢驗模式，解決關重數(shù)據(jù)不明確、“關鍵少數(shù)”不突出、層級不清晰的問題，實現(xiàn)試驗項目分級管控、質量數(shù)據(jù)有機采信。典型識別模型如圖3所示。

3.1 設置關重數(shù)據(jù)

關鍵數(shù)據(jù)：受安裝平臺變化影響且實船尚未驗證或性能指標的數(shù)據(jù)；

重要數(shù)據(jù)：不受安裝平臺變化影響但實船需要驗證的數(shù)據(jù)；

一般數(shù)據(jù)：不受安裝平臺變化影響且實船不需要驗證的數(shù)據(jù)。

3.2 試驗項目分級管控

綜合考慮被確定系統(tǒng)/設備、組件或項目及數(shù)據(jù)的成熟性、復雜性、在安全和運行上的重要性，評價和分類成三個不同的質量保證級別。第Ⅰ級表示一組控制最嚴格的質保要求等次，一般為新研設備/系統(tǒng)；第Ⅱ級表示一組控制的嚴格程度低于第一級的質保要求等次，但遠高于第Ⅲ級，一般為改進設備/系統(tǒng)；第Ⅲ級一般為在用設備/系統(tǒng)。對每一領域的每一質保級別，再進一步劃分并選擇各項質保要求的等次。一等要求完全執(zhí)行規(guī)定的質保要求，是最嚴格的等次，一般為關鍵項目；二等對應相同的質保要求，嚴格程度低于一等但高于三等，一般為重要項目；三等一般為一般項目。最后按每一領域、每個級別、每項質保要求，確立所有適用的質保要求的相應等次，進行質量分級管控。一般分三個級別，為顧客級、公司級、部門級。其中，顧客級領域一般由甲方代表負責質量管控；公司級領域一般由公司質量管理部門負責管控；部門級領域一般由生產(chǎn)部門負責質量管理工作的科室負責。另外，甲方代表及公司質量管理部門不僅只管控對應的領域，對部門級領域及其他流程中的質量相關事宜均保留職能職責，突出各層級管控關注重點。

3.3 試驗數(shù)據(jù)科學采信

試驗項目分級管控為質量數(shù)據(jù)的有機采信奠定了基礎，合理機制在正常運行下使得后續(xù)試驗可以科學采信前序充分驗證的質量數(shù)據(jù)，避免了不必要的重復試驗，減少了數(shù)據(jù)的重復采集，使得質量數(shù)據(jù)形成成組的采集、有序的傳遞、科學的采信。性能試驗項目分級提交時須提供該層級試驗驗證時的有效質量數(shù)據(jù)，公司質量管理部門的各專業(yè)檢驗員可采信生產(chǎn)部門質量員提供的部門級項目的數(shù)據(jù)；甲方代表可采信公司質量管理部門專業(yè)檢驗員提供的公司級項目的數(shù)據(jù)。

3.4 信息化融合

隨著兩化融合，信息化的運用是新時代艦船性能試驗的集約化檢驗體系構建的保障。江南造船集團開發(fā)的數(shù)字化造船集成系統(tǒng)把試驗項目的分級管控從線下轉變到了線上，通過平臺看板查詢各層級項目的管控狀態(tài)，信息化帶動工業(yè)化、集約化的步伐大步向前。

4 實施預演

本著試用先行、風險可控、評估定案的原則，確定方案實施首先在艦船電氣系統(tǒng)（一級系統(tǒng)）范圍內(nèi)進行，并根據(jù)電氣系統(tǒng)特性初選了電站系統(tǒng)（二級系統(tǒng)）作為試點實施預演，單機恢復和系統(tǒng)恢復的2028項試驗項目通過裁剪重復減少為1459項，試驗數(shù)據(jù)采集從10379組減少至7953組；每個單機組負載試驗從3小時縮短至1小時，并聯(lián)試驗從23組縮短至4組，6臺機組運行時間從41小時縮短至10小時，試驗效率實現(xiàn)49%的提升，大幅度減少了資源和能源投入，降低了約40%的試驗成本。

5 結束語

艦船行業(yè)集約化檢驗技術應用研究的成果已廣泛應用于集團在建的高新產(chǎn)品項目，包括特裝系統(tǒng)子系統(tǒng)和接口試驗、推進系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、全艦保障系統(tǒng)等。在民用產(chǎn)品方面，大型集裝箱和大型液化氣船已應用該技術進行管控、安裝、調(diào)試、驗收。通過艦船行業(yè)集約化檢驗技術應用研究，保證了試驗程序可控、模式合理、數(shù)據(jù)有效、層級明確；數(shù)字集成度提高，職責清晰，實現(xiàn)了試驗與使用相一致，使產(chǎn)品品質大幅提升，并向著精細化管理邁進了一步。同時，試驗得以大幅縮短周期，減少資源消耗，優(yōu)化試驗流程，提高試驗效率，也降低了裝備研制進度的風險。