某船用裝備的維修性設(shè)計(jì)分析與試驗(yàn)驗(yàn)證

郝雅靜 李斌斌

摘??要：維修性是裝備重要的通用質(zhì)量特性之一，良好的維修性既可提高裝備的戰(zhàn)備完好性和任務(wù)成功性，也能有效降低裝備的壽命周期費(fèi)用。該文基于裝備維修性相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，對某船用裝備的維修性進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對其進(jìn)行了FMECA和RCMA分析。結(jié)合船員級(jí)可維修更換作業(yè)實(shí)操情況，進(jìn)行裝備維修性試驗(yàn)驗(yàn)證。該裝備的定性、定量試驗(yàn)評(píng)定結(jié)果表明該設(shè)計(jì)滿足裝備的維修性要求。

關(guān)鍵詞：船用裝備??維修性設(shè)計(jì)??維修性驗(yàn)證??維修性工作

中圖分類號(hào)：U674.707????????????????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Design?Analysis?and?Test?Verification?of?the?Maintainability?of?a?Certain?Marine?Equipment

HAO?Yajing??Li?Binbin

（The?718th?Research?Institute?of?CSSC，?Handan，?Hebei?Province，056027?China）

Abstract：?Maintainability?is?one?of?the?important?general?quality?characteristics?of?equipment.?Good?Maintainability?can?not?only?improve?the?combat?readiness?and?mission?success?of?equipment，?but?also?effectively?reduce?the?life?cycle?cost?of?equipment.?Based?on?the?requirements?of?the?standards?related?to?the?maintainability?of?equipment，?this?paper?designs?the?maintainability?of?a?certain?marine?equipment，?and?performs?FMECA?and?RCMA?analysis?to?it.?Combined?with?the?practical?operation?of?the?crew-level?repairable?replacement?operation，?the?test?verification?of?the?maintainability?of?equipment?is?carried?out.?The?results?of?qualitative?and?quantitative?test?evaluation?of?the?equipment?show?that?the?design?meets?the?maintainability?requirements?of?the?equipment.

Key?Words：?Marine?equipment;?Maintainability?design;?Maintainability?verification;?Maintainability?work

裝備的通用質(zhì)量特性包括可靠性、維修性、保障性、測試性、安全性和環(huán)境適應(yīng)性，簡稱“六性”。裝備的“六性”要求現(xiàn)已成為與裝備性能指標(biāo)同等重要的設(shè)計(jì)要求[1]。其中，維修性是指產(chǎn)品（裝備）在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，按規(guī)定的程序和方法進(jìn)行維修時(shí)，保持或恢復(fù)到規(guī)定狀態(tài)的能力[2-3]。提高裝備的維修性會(huì)帶來裝備工作效能的提升，并節(jié)省裝備全壽命周期費(fèi)用。

船舶的整體維修性是各種船用裝備維修性的綜合反映，主要裝備的維修性直接影響船舶的整體維修性。在船舶設(shè)計(jì)制造初期，就應(yīng)綜合考慮船用裝備的維修性，基于船舶總體分配的維修性指標(biāo)要求，開展裝備的維修性設(shè)計(jì)、分析和試驗(yàn)驗(yàn)證，以切實(shí)提高裝備乃至船舶整體的維修性[4-5]。

1??維修性要求

維修性要求通常分為定性要求和指標(biāo)要求。

1.1??定性要求

根據(jù)船舶總體的要求，船用裝備的維修性定性要求可分解為以下幾個(gè)方面[6]。

（1）簡化設(shè)計(jì)與維修要求：盡可能簡化產(chǎn)品功能，采用簡單的結(jié)構(gòu)和外形，盡量減少零部件的品種和數(shù)量，簡化使用與維修工作。

（2）標(biāo)準(zhǔn)化和互換性設(shè)計(jì)：盡量提高裝備設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化和互換性，貫徹系列化、通用化、模塊化的設(shè)計(jì)理念，以便簡化維修過程。

（3）維修可達(dá)性設(shè)計(jì)：裝備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)具有良好的可達(dá)性，保證裝備維修時(shí)能夠方便地接近需維修的零部件，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮人機(jī)工程要求。

（4）防差錯(cuò)設(shè)計(jì)：設(shè)置完善的標(biāo)識(shí)標(biāo)記，防止操作和維修的人為錯(cuò)誤。

（5）檢測診斷設(shè)計(jì)：電氣控制系統(tǒng)和軟件的設(shè)計(jì)應(yīng)具備良好的測試性，確保裝備發(fā)生故障時(shí)能夠及時(shí)、準(zhǔn)確、快速地監(jiān)測、報(bào)警和隔離。

（6）人、機(jī)、環(huán)工程設(shè)計(jì)：充分考慮并保證維修人員維修作業(yè)姿態(tài)、空間和環(huán)境條件，提供合適的維修工具或采用通用工具，提高維修工作質(zhì)量。

（7）維修安全性設(shè)計(jì)：嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)置適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施，充分分析并排除裝備可能存在的維修安全隱患，采取有效措施避免安全隱患發(fā)生。

（8）維修保障性設(shè)計(jì)：裝備隨機(jī)提供充足的備件，并為使用方提供有力的技術(shù)支撐，提高裝備和船員在船舶整個(gè)壽命周期內(nèi)的維修保障能力。

1.2??維修性指標(biāo)

某船用裝備（以下簡稱裝備）選用平均修復(fù)時(shí)間（Mran?Time?To?Repair，?MTTR）作為維修性指標(biāo)，船用裝備的維修性指標(biāo)MTTR一般定位于船員級(jí)，裝備的維修性指標(biāo)為MTTR≤2?h（船員級(jí)）。

2??維修性分析

2.1??維修性任務(wù)初步分析

基于故障模式影響及危害性分析（Failure?Mode，Effects?and?Criticality?Analysis，?FMECA），對裝備各子系統(tǒng)及零部件進(jìn)行層次劃分，獲得裝備最低約定層次，即裝備最小組成單元、元器件，共計(jì)15項(xiàng)。通過生成裝備故障的FMECA分析表，初步分析裝備全部故障模式計(jì)90項(xiàng)，逐項(xiàng)進(jìn)行故障原因、故障影響、故障檢測方法、故障補(bǔ)償措施的分析，并對各項(xiàng)故障進(jìn)行嚴(yán)酷度等級(jí)和發(fā)生概率進(jìn)行分級(jí)。

基于以可靠性為中心的維修分析（Reliability?Centered?Maintenance?Analysis，RCMA），對裝備各故障模式及原因逐項(xiàng)分析，明確相應(yīng)的故障現(xiàn)象和維修工作內(nèi)容。故障現(xiàn)象用于船員辨別故障單元、元器件及故障原因。維修工作內(nèi)容包含維修類型、維修工作、維修間隔期，維修類型主要分為維護(hù)保養(yǎng)、定期檢修；維修工作為針對性的維修措施。根據(jù)維修工作內(nèi)容和維修間隔期，可明確裝備的預(yù)防性維修、保養(yǎng)工作、定期檢修、故障性檢修等工作內(nèi)容。

2.2??裝備壽命剖面和任務(wù)剖面

結(jié)合裝備整個(gè)壽命期的使用情況，劃分裝備的壽命剖面和任務(wù)剖面，如圖1所示。

2.3??維修等級(jí)劃分

根據(jù)裝備在壽命期后勤階段和使用階段的裝備狀態(tài)，結(jié)合FMECA分析和RCMA分析結(jié)果，針對裝備的全部故障模式逐項(xiàng)分析，進(jìn)一步明確相應(yīng)維修工作的維修等級(jí)、維修空間、維修所需時(shí)間、維修所需工具等信息。其中，維修等級(jí)按維修工作的復(fù)雜及難易程度由高及低分為基地級(jí)、中繼級(jí)、船員級(jí)?；丶?jí)維修一般為大修，需在基地或船廠完成；二級(jí)維修一般需要較高維修能力的團(tuán)隊(duì)和充足的器材支持才能完成；船員級(jí)維修一般由船員即可實(shí)施，主要包括裝備狀態(tài)檢查、利用隨機(jī)備件進(jìn)行易損壞元器件更換等。經(jīng)分析，裝備全部故障模式和維修工作的維修等級(jí)劃分見表1所示。

根據(jù)各項(xiàng)維修工作內(nèi)容，可分析獲得裝備船員級(jí)維修可更換器材，共計(jì)16項(xiàng)，其中10項(xiàng)可作為裝備的隨機(jī)備件，另外6項(xiàng)為密封墊、密封圈，密封材質(zhì)均有使用壽命，故無須作為裝備的隨機(jī)備件。

3??維修性設(shè)計(jì)

為了保障裝備維修性的一般要求和指標(biāo)要求，在設(shè)計(jì)階段，應(yīng)充分考慮裝備的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和主要內(nèi)容[7]。根據(jù)裝備的RCMA分析結(jié)果，可明確裝備各面（除底面）均為維修面，結(jié)合裝備的操作使用習(xí)慣，將裝備的正面確定為主操作面。根據(jù)維修可達(dá)性原則，獲得裝備各面的操作、維修空間，并為裝備在船上的合理化安裝提供依據(jù)。

4??維修性預(yù)計(jì)

對于16項(xiàng)船員級(jí)維修可更換器材，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)和產(chǎn)品生產(chǎn)制造商提供的維修性數(shù)據(jù)對各項(xiàng)器材的維修、更換時(shí)間進(jìn)行預(yù)計(jì)分析。

經(jīng)分析，液位變送器安裝密封墊、流量變送器密封墊和泵進(jìn)出口法蘭密封墊的預(yù)計(jì)更換時(shí)間較長，均約需1.5?h，其余器材的預(yù)計(jì)維修、更換時(shí)間均不超過0.5?h，整個(gè)裝備的維修性預(yù)計(jì)結(jié)果滿足裝備平均修復(fù)時(shí)間MTTR≤2?h（船員級(jí)）的維修性指標(biāo)要求。

5??維修性驗(yàn)證

針對裝備的維修性定性要求和指標(biāo)要求，分別開展定性試驗(yàn)評(píng)定和定量試驗(yàn)評(píng)估，以考核裝備是否達(dá)到規(guī)定的維修性要求。裝備的維修性驗(yàn)證的環(huán)境同裝備在船上安裝使用環(huán)境條件保持一致，在進(jìn)行維修性驗(yàn)證時(shí)，按要求滿足維修所需的工具、備件、裝備等保障資源，由使用方監(jiān)管機(jī)構(gòu)駐廠代表全程監(jiān)督和鑒證。

5.1?定性試驗(yàn)評(píng)定

定性試驗(yàn)評(píng)定針對裝備的維修性定性要求，對照裝備實(shí)物技術(shù)狀態(tài)，逐項(xiàng)進(jìn)行評(píng)定，評(píng)定結(jié)果主要如下。

（1）裝備整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡潔，各零部件、管路布局合理，采用了模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，各模塊部件均可利用維修空間（正面、側(cè)面、背面）實(shí)現(xiàn)維修可達(dá)，裝備電氣控制系統(tǒng)和機(jī)械結(jié)構(gòu)部分的電子元器件、機(jī)械加工部件、閥門、儀表等均可使用通用工具進(jìn)行拆卸、維修。

（2）裝備設(shè)計(jì)充分考慮了裝備維修的標(biāo)準(zhǔn)化、互換性和通用性，維修時(shí)只需要更換出現(xiàn)故障的功能模塊，考慮了模塊拆卸的方便性。各模塊可進(jìn)行備件的互換，各模塊連接方式均采用標(biāo)準(zhǔn)形式，使用普通通用工具即可完成故障模塊的更換；裝備使用時(shí)需要組裝的外置零部件的接口均采用標(biāo)準(zhǔn)接口，連接形式采用手動(dòng)連接和拆裝的方式，不需要工具即可安全組裝和使用；裝備的維修和拆裝對操作維修人員操作技能要求較低。

（3）裝備的維修面主要集中在裝備正前方和側(cè)方，裝備正面、頂面、后面、左側(cè)面和右側(cè)面的維修空間設(shè)置合理，可滿足維修人員的活動(dòng)度，避免了維修人員以跪、臥、蹲和趴等易疲勞或智商的姿勢進(jìn)行維修操作。

（4）裝備的電氣控制系統(tǒng)主要集中于控制箱，采用主板布置方式，各低壓電器及控制模塊均固定安裝在背部安裝板上，一體性和維修性較好；電氣控制系統(tǒng)采用模塊式元器件，控制部分采用PLC軟件實(shí)時(shí)檢測運(yùn)行狀態(tài)的觸摸操作屏人機(jī)控制界面，界面友好、直觀，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)流程顯示并配置故障實(shí)時(shí)提醒及查詢界面，設(shè)置聲光報(bào)警按鈕，在裝備出現(xiàn)故障時(shí)，提供醒目的聲光報(bào)警信息；觸控操作屏位置高度為1.5?m左右，便于操作人員以正常站立的姿勢觀察和操作；所有電纜均有明顯的標(biāo)記，與各電氣零部件一一對應(yīng)?？刂葡涓麟娮釉骷惭b設(shè)計(jì)考慮維修安全，各電子元器件的接線線束根據(jù)接線的情況均勻布置在安裝板兩側(cè)，各電子元器件布置緊湊合理，電子元器件的連接穿線規(guī)整美觀，更換備件及查線方便快捷；控制箱的所有外接電纜，均采用航空電連接器，各插座位置均放置永久固定接插件標(biāo)牌，便于操作人員識(shí)別和區(qū)分；裝備的外接電纜采用防差錯(cuò)唯一性設(shè)計(jì)，只能一對一進(jìn)行插接；控制箱面板上表示裝置運(yùn)行和操作狀態(tài)的各種開關(guān)、信號(hào)指示和蜂鳴器均有醒目的文字永久固定標(biāo)牌，便于船員識(shí)別和操作。

（6）在考慮維修人員的安全方便前提下，兼顧裝備的使用安全。裝置不帶電金屬部位設(shè)置安全可靠接地；各結(jié)構(gòu)性機(jī)械框架及固定裝備的邊緣均采用圓角或斜角過渡設(shè)計(jì)，可有效避免維修人員在接近維修、操作時(shí)，造成意外的金屬劃傷。

裝備實(shí)物狀態(tài)的定性試驗(yàn)評(píng)定結(jié)果證明裝備的維修性設(shè)計(jì)滿足裝備的維修性定性要求。

5.2??定量試驗(yàn)評(píng)定

定量試驗(yàn)評(píng)估由經(jīng)過培訓(xùn)并具備裝備維修作業(yè)能力的人員執(zhí)行維修更換作業(yè)，針對裝備維修性指標(biāo)要求，根據(jù)維修性分析結(jié)果，對16項(xiàng)船員級(jí)維修可更換器材逐項(xiàng)進(jìn)行更換實(shí)操作業(yè)，并對維修作業(yè)時(shí)間進(jìn)行計(jì)時(shí)和統(tǒng)計(jì)。

實(shí)測結(jié)果顯示，裝備船員級(jí)維修更換器材時(shí)間最長為90?min，最短為5?min，16項(xiàng)船員級(jí)維修可更換器材的更換實(shí)操作業(yè)時(shí)間一共為460?min，更換作業(yè)實(shí)測MTTR=460?min÷16≈28.75?min＜2?h。如圖2所示。

由實(shí)測結(jié)果可知，對于全部船員級(jí)維修可更換器件維修、更換時(shí)間均不高于預(yù)計(jì)維修、更換時(shí)間，更換作業(yè)實(shí)測MTTR遠(yuǎn)低于裝備MTTR設(shè)計(jì)要求，故可驗(yàn)證裝備的維修性設(shè)計(jì)和分析合理可行，滿足維修性指標(biāo)要求。

6??結(jié)語

本文依據(jù)維修性相關(guān)國軍標(biāo)，針對某船用裝備的維修性定性要求和指標(biāo)要求，開展了裝備的維修性設(shè)計(jì)和分析，通過FMECA和RCMA分析法對裝備的維修任務(wù)、維修工作等進(jìn)行了等級(jí)劃分，開展了裝備的維修性驗(yàn)證，通過對裝備實(shí)物狀態(tài)進(jìn)行定性試驗(yàn)評(píng)定和定量試驗(yàn)評(píng)定，可知裝備的維修性設(shè)計(jì)滿足裝備的維修性定性要求和維修性指標(biāo)要求。

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